[发明专利]基于新型趋近律滑模控制器的智能收获机转向控制方法

说明书

本发明公开了一种基于新型趋近律滑模控制器的智能收获机转向控制方法，包括如下步骤：1、通过标定试验，确定收获机转向系统的延迟系数和系统常量增益分量；2、建立收获机转向系统模型；3、利用双天线卫星接收机获取收获机的位姿信息，通过纯追踪路径跟踪算法解算期望航向角；4、通过角度传感器采集收获机当前转向角度，计算当前转向误差，求解趋近律函数值；5、依据趋近律函数值解算收获机转向系统控制量，输入至驱动模块驱动转向系统进行转动，实现收获机的转向控制。该方法能够提高转向系统对外界和控制信号等干扰的鲁棒性，加快系统收敛速度，消除滑摸控制器抖振现象，改善了转向控制系统和路径跟踪控制系统的性能。

技术领域

本发明属于智能收获机无人驾驶控制领域，具体涉及一种基于新型趋近律滑模控制器的智能收获机转向控制方法。

背景技术

智能收获机辅助驾驶系统可有效降低驾驶员工作强度，提高作业精度，提升收获效率。辅助驾驶系统的控制精度受导航精度和控制精度限制，控制误差主要由路径跟踪控制误差和转向控制误差构成。提高转向系统的控制精度可直接优化辅助驾驶系统的作业效率。稻麦联合收获机具有体积大、质量大、惯性大、高延迟的特点，为收获机的转向控制带来挑战。喂入量和粮食载荷的变化，直接影响转向系统的模型参数。固定参数的转向控制模型无法适应此时变系统，严重影响辅助驾驶精度，降低作业效率。农田平整度较差，常存在不规则起伏，为转向控制系统引入干扰，影响辅助驾驶系统的稳定性。

滑模控制器作为一种变结构控制方法，表现为控制的不连续性，具有快速响应、对参数变化及扰动不敏感、物理实现简单的特点，适用于大型稻麦联合收获机的转向控制系统。。通过设计滑模函数，根据系统状态实时调整控制量，迫使系统按照预设滑模面运动。但其切换函数的开关特性使控制器产生抖振现象，降低系统控制精度，增加系统能量消耗，破坏系统性能，甚至损坏系统部件。实际系统中的时间滞后、空间滞后、系统惯性、系统延迟和测量误差等客观原因，进一步加大了抖振的问题。抑制抖振现象是滑模控制器的研究重点。

开展收获机转向系统滑摸控制器抑制抖振现象的研究，对智能收获机辅助驾驶技术的发展，实现智能农业、精准农业的战略目标具有重要意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了基于新型趋近律滑模控制器的智能收获机转向控制方法，该方法能够抑制滑摸控制器的抖振现象，增强转向系统对系统不确定性、外界干扰、时变参数的鲁棒性，提高转向系统控制精度，提升收获机辅助驾驶系统的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

基于新型趋近律滑模控制器的智能收获机转向控制方法，包括如下步骤：

(1)通过标定试验，确定收获机转向系统的延迟系数τ和系统常量增益分量k_con，依据经验设计系统时变增益分量k_t。一般取k_t＝0.1×m_t，m_t为每秒进入粮仓的粮食质量。

(2)建立收获机转向系统模型x₁＝θ_n为当前收获机转向角度，系统增益k_s＝k_con+k_t，dK为转向系统上的非线性干扰，取值范围为(-η_K,η_K)，d为其他干扰，取值范围为(-η_d,η_d)。

(3)在当前k时刻，利用双天线卫星接收机获取收获机的位置和航向角，计算收获机与期望路径的距离偏差d_e(k)和航向偏差y_e(k)，通过纯追踪路径跟踪算法解算期望航向角θ_d(k)。