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重庆交通大学学报(自然科学版) ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (09): 1-6.DOI: 10.3969/j.issn.16740696.2019.09.01

• 交通+大数据人工智能 •    下一篇

基于MPC的无人驾驶拖拉机轨迹跟踪控制

严国军1,2,3 ,贲能军1 , 顾建华1 , 杨彦1   

  1. (1. 盐城工业职业技术学院 江苏 盐城 224000; 2. 东南大学,江苏 南京 211189; 3. 南京理工大学,江苏, 南京 210094)
  • 收稿日期:2018-03-01 修回日期:2019-02-26 出版日期:2019-09-18 发布日期:2019-09-18
  • 作者简介:严国军(1973—),男,江苏盐城人,副教授,主要研究方向为测控与机电设备自动控制。Email:ygj6961@163.com。 通信作者:贲能军(1985—),男,江苏东台人,博士研究生,主要研究方向为农业机械设计及智能控制。Email:beneric@126.com。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划重点专项(2016YFD0700905);江苏省国内访问学者资助项目(2016GRFX062);盐城市2015年度农业科技创新专项引导资金(YKN2015030);盐城市2016年度农业科技创新专项引导资金(YK2016_06); 盐城工业职业技术学院科研基金项目资助(YGY1703)。

Trajectory Tracking Control of Intelligent Tractor Based on MPC Algorithm

YAN Guojun1,2,3, BEN Nengjun1, GU Jianhua1, YANG Yan1   

  1. (1. Yancheng Vocational Institute of Industry Technology, Yancheng 224000, Jangsu, P. R. China; 2. Southeast University, Nanjing 211189, Jiangsu, P. R. China; 3. Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, P. R. China)
  • Received:2018-03-01 Revised:2019-02-26 Online:2019-09-18 Published:2019-09-18

摘要: 针对无人驾驶拖拉机在给定行驶路径的情况下,通过对建立的拖拉机运动学非线性模型进行线性化处理,得到线性时变系统,运用模型预测控制算法对拖拉机转向进行控制达到轨迹跟踪的目的;为了优化控制器运算速度,提出自适应MPC控制器,该控制器的预测时域能够根据参考轨迹曲率的变化自动调节,在确保轨迹跟踪效果的前提下,降低控制器的运算时间,保证控制系统的实时性。研究结果表明,基于MPC设计的轨迹跟踪控制器能够使拖拉机在车速为10 m/s行驶时有效跟踪既定的行驶轨迹,距离误差小于0.03 m,航向角误差小于0.015 rad。

关键词: 车辆工程, MPC, 轨迹跟踪, 拖拉机

Abstract: This research focuses on the MPC controller design, which makes unmanned tractors follow the reference trajectory. By linearizing the nonlinear kinematics model of the tractor, the linear variable system was obtained, and the MPC algorithm was used to control the steering of the tractor to achieve the purpose of trajectory tracking. In order to optimize the computation speed of the controller, an adaptive MPC controller was proposed. The predicted horizon of the adaptive MPC controller could automatically adjust itself with the change of the reference trajectory curvature, the adaptive MPC controller could shorten the calculation time and ensure the realtime performance of the control system and ensure the trajectory tracking result. The simulation results show that the trajectory tracking controller effectively tracks the reference trajectory when the tractors speed is 10m / s with a distance error of less than 0.03m, and the heading angle error of less than 0.015rad.

Key words: vehicle engineering, MPC, trajectory tracking, tractor

中图分类号: