基于预瞄距离的地下矿用铰接车路径跟踪预测控制

来源期刊：工程科学学报2019年第5期

论文作者：孟宇 甘鑫 白国星

文章页码：662 - 671

关键词：铰接式车辆;路径跟踪;运动控制;模型预测控制;预瞄控制;

摘    要：矿用车辆无人驾驶是实现矿山无人化开采的关键技术,而路径跟踪控制是无人驾驶系统的核心技术之一.路径跟踪控制系统是多变量、多约束系统,采用传统方法在多约束条件下存在执行器饱和等问题.针对上述问题,本文引入模型预测控制方法,通过考虑车辆的姿态与位置之间的关系,以跟踪路径的横向偏差最小化和车辆的航向角偏差最小化为目标对预测控制的目标函数进行优化,以获得车辆速度和铰接角度的最优控制量,实现对多变量、多约束系统的求解.针对模型预测控制算法不能提前判断道路曲率突变而导致跟踪超调的问题,提出基于预瞄距离的控制方法,通过提前判断道路突变信息,提高车辆路径跟踪精确性和稳定性.使用Matlab/Adams仿真软件进行对比仿真试验,结果表明:使用模型预测跟踪控制器能够解决多变量、多约束系统控制问题,有效防止执行器饱和;而使用基于预瞄距离的模型预测跟踪控制器能够使车辆的横向位置偏差保持在±0. 04 m,航向角偏差保持在±1. 8°范围内,相较于改进前的控制器,其横向位置偏差减少了80. 9%,航向角偏差减少了59. 1%,证明改进后的控制器具有更好的横向稳定性和精确性.