农用铰接车无人驾驶滑模轨迹跟踪控制算法研究

本文主要探讨了"农用轮式铰接车辆滑模轨迹跟踪控制算法"，由赵翾等人在《农业工程学报》第31卷第10期发表。针对农业机械驾驶员工作条件恶劣的问题，特别是无人驾驶系统中铰接车的精确路径跟踪需求，研究者提出了一种创新的控制策略。 首先，作者构建了农用轮式铰接车辆的运动学模型，这是设计控制系统的基础，通过该模型能够理解和预测车辆在各种工况下的动态行为。在此基础上，他们设计了一个滑模变结构路径跟踪控制器，采用了著名的Ackermann公式，确保了车辆能够有效地进行转向操作。滑模控制律采用了指数趋近律，这种控制方法的优点在于它能快速响应外部输入，同时减少振动，提高系统的稳定性。 然而，滑模控制器通常会伴随着固有抖振问题。为解决这一问题，研究者对趋近律中的符号函数进行了改进，采用连续函数替代，避免了数值的突然变化，从而降低了抖振现象，保证了控制过程的平滑性。 作者还运用Lyapunov稳定性理论对所提出的控制算法进行了理论分析，证明了该控制器在保持系统稳定性的前提下，能够有效地实现精确的轨迹跟踪。通过硬件在环仿真的方式，研究人员验证了控制器的实际运行效果，结果显示，该控制器能够在仿真环境中控制铰接车的横向位置偏差、航向角偏差、曲率偏差分别在0.21 rad (12°)、100 mm、0.17 rad (1°)和0.005 m-1的范围内，各项偏差在10秒内趋于平稳，且误差控制在5%以内，充分体现了其高效和精确的性能。 这项研究对于改善农用轮式铰接车辆的自动驾驶能力，提升驾驶员的工作效率，以及在复杂地形条件下实现精准路径追踪具有重要的实践价值。通过该算法，农用铰接车可以更加稳定、高效地执行预设任务，为无人驾驶技术在农业领域的应用奠定了坚实基础。