兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 129-139.doi: 10.12382/bgxb.2022.0886
所属专题: 特种车辆理论与技术
唐泽月, 刘海鸥*(), 薛明轩, 陈慧岩, 龚小杰, 陶俊峰
收稿日期:
2022-10-06
上线日期:
2023-02-10
通讯作者:
基金资助:
TANG Zeyue, LIU Haiou*(), XUE Mingxuan, CHEN Huiyan, GONG Xiaojie, TAO Junfeng
Received:
2022-10-06
Online:
2023-02-10
摘要:
简化模型带来的模型失配以及外部环境不确定性是导致轨迹跟踪误差的主要原因,尤其对于无人履带车辆,其复杂的物理特性和工作环境更放大了两大因素的不利影响。针对该问题,将基于模型和基于数据的控制方法结合起来,提出一种基于模型预测控制结合无模型自适应控制补偿的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制方法。在平衡建模准确度和求解耗时的基础上,利用模型预测控制进行前馈求解。针对模型预测控制中简化模型与车辆实际模型之间必然存在的差异以及环境不确定性,基于动态跟踪效果构建无模型自适应控制算法进行补偿,即利用车辆实际轨迹与模型预测所得轨迹之间的误差,对模型预测控制求解的两侧履带速度控制量进行实时修正。仿真实验结果表明,该方法能够在一定程度上抑制系统内外部不确定因素的影响,提高动态环境下双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制的精度。
中图分类号:
唐泽月, 刘海鸥, 薛明轩, 陈慧岩, 龚小杰, 陶俊峰. 基于MPC-MFAC的双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 129-139.
TANG Zeyue, LIU Haiou, XUE Mingxuan, CHEN Huiyan, GONG Xiaojie, TAO Junfeng. Trajectory Tracking Control of Dual Independent Electric Drive Unmanned Tracked Vehicle Based on MPC-MFAC[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(1): 129-139.
图4 基于MPC-MFAC双侧独立电驱动无人履带车辆轨迹跟踪控制算法整体结构图
Fig.4 Overall structure diagram of trajectory tracking control algorithm for dual independent electric drive unmanned tracked vehicle based on MPC-MFAC
车辆参数 | 数值 |
---|---|
整车质量m/kg | 2960 |
车长L/mm | 2616 |
车宽W/mm | 1598 |
车高H/mm | 1060 |
履带中心距B/mm | 1232 |
质心离地高度Hg/mm | 200 |
表1 仿真模型参数
Table 1 Parameters of the simulated vehicle
车辆参数 | 数值 |
---|---|
整车质量m/kg | 2960 |
车长L/mm | 2616 |
车宽W/mm | 1598 |
车高H/mm | 1060 |
履带中心距B/mm | 1232 |
质心离地高度Hg/mm | 200 |
MPC参数 | 数值 |
---|---|
预测时域 | 12 |
控制时域 | 12 |
时间步长/s | 0.1 |
横向偏差权重 | 100 |
航向偏差权重 | 120 |
速度偏差权重 | 30 |
左侧控制量变化率权重 | 50 |
右侧控制量变化率权重 | 50 |
表2 MPC控制器参数
Table 2 MPC controller parameters
MPC参数 | 数值 |
---|---|
预测时域 | 12 |
控制时域 | 12 |
时间步长/s | 0.1 |
横向偏差权重 | 100 |
航向偏差权重 | 120 |
速度偏差权重 | 30 |
左侧控制量变化率权重 | 50 |
右侧控制量变化率权重 | 50 |
MFAC参数 | 数值 |
---|---|
[ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,ρ5,ρ6] | [0.1,0.5,0.9,0.5,0.8,1.0] |
η | 1.1 |
λ | 18.5 |
μ | 1.2 |
φ1(1)=φ2(1)=φ3(1) | |
φ4(1)=φ5(1)=φ6(1) |
表3 MFAC控制器参数
Table 3 MFAC controller parameters
MFAC参数 | 数值 |
---|---|
[ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,ρ5,ρ6] | [0.1,0.5,0.9,0.5,0.8,1.0] |
η | 1.1 |
λ | 18.5 |
μ | 1.2 |
φ1(1)=φ2(1)=φ3(1) | |
φ4(1)=φ5(1)=φ6(1) |
控制方法 | 参数 | 均值 | 标准差 | 最大值 |
---|---|---|---|---|
横向绝对偏差/m | 0.2090 | 0.1636 | 1.0029 | |
纯MPC | 航向绝对偏差/(°) | 1.6142 | 1.3643 | 9.4634 |
求解用时/ms | 29.2679 | 6.7551 | 44.4548 | |
横向绝对偏差/m | 0.1525 | 0.1235 | 1.0029 | |
MPC+MFAC | 航向绝对偏差/(°) | 1.2391 | 0.7161 | 5.7133 |
MFAC求解用时/ms | 6.2606 | 2.1833 | 27.2119 | |
总求解用时/ms | 35.5285 | 7.2582 | 65.4892 |
表4 仿真实验轨迹跟踪效果统计
Table 4 Statistical results of tracking performance of simulation
控制方法 | 参数 | 均值 | 标准差 | 最大值 |
---|---|---|---|---|
横向绝对偏差/m | 0.2090 | 0.1636 | 1.0029 | |
纯MPC | 航向绝对偏差/(°) | 1.6142 | 1.3643 | 9.4634 |
求解用时/ms | 29.2679 | 6.7551 | 44.4548 | |
横向绝对偏差/m | 0.1525 | 0.1235 | 1.0029 | |
MPC+MFAC | 航向绝对偏差/(°) | 1.2391 | 0.7161 | 5.7133 |
MFAC求解用时/ms | 6.2606 | 2.1833 | 27.2119 | |
总求解用时/ms | 35.5285 | 7.2582 | 65.4892 |
[1] |
陈慧岩, 张玉. 军用地面无人机动平台技术发展综述[J]. 兵工学报, 2014, 35(10): 1696-1706.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.026 |
|
|
[2] |
李睿, 项昌乐, 王超, 等. 自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1128-1137.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.002 |
|
|
[3] |
|
[4] |
doi: 10.1109/ACCESS.2019.2944894 |
[5] |
杨福威, 孟红, 朱强. 基于模型预测控制的履带式无人平台轨迹跟踪控制算法研究[J]. 舰船电子工程, 2018, 38(3):44-50.
|
|
|
[6] |
胡家铭, 胡宇辉, 陈慧岩, 等. 基于模型预测控制的无人驾驶履带车辆轨迹跟踪方法研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(3): 456-463.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.03.002 |
|
|
[7] |
熊光明, 鲁浩, 郭孔辉, 等. 基于滑动参数实时估计的履带车辆运行轨迹预测方法研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(3): 600-607.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.03.025 |
|
|
[8] |
doi: 10.1146/annurev-control-042920-020211 URL |
[9] |
doi: 10.1002/rob.21587 URL |
[10] |
侯忠生. 无模型自适应控制[M]. 北京: 北京交通大学, 2013.
|
|
|
[11] |
doi: 10.1016/j.ins.2015.08.025 URL |
[12] |
张之得, 王正杰, 郝智渊. 基于数据驱动的小型柔性翼飞行器控制研究[J]. 北京理工大学学报, 2021, 42(2):177-185.
|
|
|
[13] |
|
[14] |
侯忠生. 非参数模型及其自适应控制理论[M]. 北京: 科学出版社, 1999.
|
|
|
[15] |
田涛涛, 侯忠生, 刘世达, 等. 基于无模型自适应控制的无人驾驶汽车横向控制方法[J]. 自动化学报, 2017, 43(11):1932-1940.
|
|
|
[16] |
叶心, 马凯, 陈静, 等. 非结构化道路的无人车MFAC大曲率横向控制方法研究[J]. 重庆理工大学学报:自然科学, 2022, 36(2):11-19.
|
|
|
[17] |
赵梓烨, 刘海鸥, 陈慧岩. 分布式电驱动无人高速履带车辆越野环境轨迹预测方法研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(4): 680-688.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.04.002 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.04.002 |
|
[18] |
|
[19] |
芮强, 王红岩, 王钦龙, 等. 基于剪应力模型的履带车辆转向力矩分析与试验[J]. 兵工学报, 2015, 36(6): 968-977.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.06.002 |
|
|
[20] |
安杰, 周志立, 曹付义. 履带滑移和转向中心线偏移对车辆稳态转向特性的影响[J]. 河南科技大学学报:自然科学版, 2006, 27(5):18-24.
|
|
[1] | 刘江涛, 周乐来, 李贻斌. 复杂地形六轮独立驱动与转向机器人轨迹跟踪与避障控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 166-183. |
[2] | 许鹏, 邢伯阳, 刘宇飞, 李泳耀, 曾怡, 郑冬冬. 基于扩张状态观测器和模型预测方法的四足机器人抗干扰复合控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 12-21. |
[3] | 许鹏, 赵建新, 范文慧, 邱天奇, 江磊, 梁振杰, 刘宇飞. 四足机器人特定复杂运动技能控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 135-145. |
[4] | 李曹妍, 郭振川, 郑冬冬, 魏延岭. 基于分布式模型预测控制的多机器人协同编队[J]. 兵工学报, 2023, 44(S2): 178-190. |
[5] | 刘佳, 刘海鸥, 陈慧岩, 毛飞鸿. 基于融合特征的无人履带车辆道路类型识别方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1267-1276. |
[6] | 陈美杉, 刘赢, 曾维贵, 钱坤. 空射诱饵弹干扰资源动态分配策略[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1443-1455. |
[7] | 卢佳兴, 刘海鸥, 关海杰, 李德润, 陈慧岩, 刘龙龙. 基于双参数自适应优化的无人履带车辆轨迹跟踪控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 960-971. |
[8] | 陶俊峰, 刘海鸥, 关海杰, 陈慧岩, 臧政. 基于可通行度估计的无人履带车辆路径规划[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3320-3332. |
[9] | 张渊博, 项昌乐, 王伟达, 陈泳丹. 基于粒子群优化-蚁群融合算法的分布式电驱动车辆模型预测转矩协调控制策略[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3253-3258. |
[10] | 蒋岩, 丁语嫣, 张兴龙, 徐昕. 基于模型预测与策略学习的智能车辆人机协同控制算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(11): 3465-3477. |
[11] | 周球, 周悦, 孙洪鸣, 郭威, 吴凯, 兰彦军. 深海着陆车路径规划及跟踪控制方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 298-306. |
[12] | 宋佳睿, 陶刚, 李德润, 臧政, 吴绍斌, 龚建伟. 参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(1): 84-97. |
[13] | 陈慧岩, 关海杰, 刘海鸥, 龚建伟, 吴贺禹. 履带平台无人驾驶系统基于语义信息的模块串联方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2705-2716. |
[14] | 陈路明, 廖自力, 马晓军, 刘春光. 基于分层控制的混合动力车辆实时能量管理策略[J]. 兵工学报, 2021, 42(8): 1580-1591. |
[15] | 刘聪, 刘辉, 韩立金, 陈科. 分布式电驱动车辆极限越野环境下高速避障与稳定性控制[J]. 兵工学报, 2021, 42(10): 2102-2113. |
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