高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪模型预测控制

分类： 农、林、牧、渔 >> 农、林、牧、渔业科学其他学科 提交时间： 2023-02-17 合作期刊: 《智慧农业（中英文）》

王子杰 刘国海 张多 沈跃 姚震 张贺

摘要： 针对传统燃油驱动、前轮转向的高地隙喷雾机传动效率低、碳排放高、环境污染、智能化水平低、 灵活性差等问题，本研究提出了一种适用于无人驾驶的高地隙四轮独立驱动（Four Wheel Independent Drive， 4WID） 喷雾机。其采用混合动力、前后双转向桥的4WID，转向半径小，前后轮的运行轨迹高度一致，能够 减少田间植保作业时的压苗现象。考虑水田极端作业环境下驱动轮的滑移、陷坑等问题，基于喷雾机线性 时变的运动学模型（LTV），构建了考虑驱动轮滑移的分层路径跟踪控制。上层模型预测控制（Model Predic⁃ tive Control，MPC） 器根据预期路径、车辆当前位置，获得喷雾机的转向角和运动速度，实现路径跟踪。下 层以模糊控制和积分分离PID控制构建驱动轮滑移控制器，从而实现路径跟踪、运动速度、驱动轮滑移的有 效控制，提高了喷雾机在复杂作业环境中的稳定性和路径跟踪精度。采用Adams/Matlab的联合仿真结果表 明，在复杂的工况条件下，喷雾机驱动轮的滑移率依然控制在20%之内，防止驱动轮发生过度滑移对车速 和转向角产生不良影响，有利于喷雾机稳定性的提升。本喷雾机能够快速准确地跟踪期望路径，与未考虑 驱动轮滑移的控制相比，能够适应更加复杂的工作环境，跟踪精度有明显提升。

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