基于模糊补偿的离散全局滑模控制自动导航系统研究

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1、2015年7月农机化研究第7期基于模糊补偿的离散全局滑模控制自动导航系统研究12籍颖，刘兆祥(1．河北农业大学信息科学与技术学院，河北保定071000;2．中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室，北京100083)摘要:阐述了一种基于模糊补偿的离散全局滑模导航控制方法。为了提高农用车辆自动导航的精度和稳定性，引入滑模变结构控制方法，并对其进行了改进。为了降低系统的抖振，采用模糊规则，对补偿控制量进行有效的估计，以消除不确定项的影响。仿真实验表明:该方法优于传统的离散的滑模控制，在理论上是

2、可行的。关键词:滑膜控制;模糊控制;自动导航;农用车中图分类号:TP24文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)07－0074－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.07.017［4］问题的一种有效方法。0引言［5］［6］［7］Chang、Fukao和Park等曾将滑膜控制理论农用车辆本质上是一种大延迟、大惯性和高度非应用到非完整轮式移动机器人的轨迹追踪中。因此，线性的系统，而且农田地面复杂多变，使得农用车辆将滑模变结构控制方法引入农用车辆自动导航控制在自动导航

3、过程中容易受到建模误差、参数摄动、外方法中，是一种有益的尝试。［1］部干扰等不确定因素影响。为了提高农用车辆自1农用车辆导航控制决策原理动导航的精度和稳定性，许多学者对导航控制方法进行了深入的研究，目前常用的导航算法有:线性模型农用车辆的导航决策控制是指根据农用车辆的位控制方法、模糊控制方法、最优控制方法、神经网络控置、航向以及运动状态等信息决策合适的控制量(通制方法及纯跟踪算法等。常是期望前轮偏角)，以修正路径跟踪误差。导航决［2］滑模变结构控制是一种鲁棒性控制算法，滑动策控制是农用车辆自动导航系统

4、的控制核心，期望前模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，使得变轮偏角的决策是否合理，直接影响后续的转向执行动结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏及作，进而影响整个导航系统的性能。拖拉机导航决策［3］无需系统在线识别等优点，是解决非线性系统控制控制的基本原理如图1所示。图1拖拉机导航决策控制原理农用车辆利用导航传感器，如GPS、摄像机、姿态及运动参数，将车辆的位置和航向信息和预设路径进传感器及速度传感器等实时获取车辆的位置、姿态以行比较，确定车辆相对预设导航路径的横向偏差和航向偏差;通过导航决

5、策控制器，计算出合适的控制量收稿日期:2014－06－30即期望前轮偏角，发送给转向操纵控制器执行;转向基金项目:河北省教育厅项目(QN2014095);河北农业大学理工基金项目(LG20120603)操纵控制器控制前轮跟踪期望偏角，从而实现自动导作者简介:籍颖(1977－)，女，河北保定人，副教授，博士，(E－航。mail)hdjiying@163．com。·74·2015年7月农机化研究第7期数对系统的响应时间有较大的影响。符号函数的增2滑模变结构益参数ε是系统克服摄动及外干扰的主要参数，ε越［8

6、］变结构控制(VariableStructureControl，VSC)出大，系统克服摄动和外干扰的能力就越强。但是，过现于20世纪50年代，控制是不连续的，本质上是一类大的增益将会导致系统抖振的加大，一般而言，系统［4］非线性控制。其控制策略的特点是在产生控制作用的抖振幅度与ε成正比。的动态过程中系统的“结构”是可以有目的地不断变4基于等效控制和模糊补偿的离散全局滑模化;可以在动态过程中，根据系统的当前状态(如偏差控制及各阶导数)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，所以又常

7、称变结构控制对单输入不确定离散系统，有为滑动模态控制(SlidingModeControl，SMC)，即滑模x(k+1)=(A+ΔA)x(k)+变结构控制。由于滑动模态可以进行设计且与对象(B+ΔB)u(k)+Df(k)(7)参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响n，u(k)∈Ｒ，f(k)∈Ｒ，A和B其中，x(k)∈Ｒ应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识及为已知，ΔA和ΔB为参数变化，D为外加干扰。物理实现简单等优点。但该方法也有其自身缺点，当假设系统满足匹配条件状态轨迹到达滑模面后，难

8、于严格地沿着滑面向着平～～～ΔA=BA，ΔB=BB，D=BD(8)衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，从而产生颤则抖。x(k+1)=Ax(k)+B［u(k)+E(k)］(9)3离散系统滑模变结构控制其中，E(k)包含不确定项和外加干扰，即～～～离散系统状态方程E(k)=Ax(k)+Bu(k)+Df(k)(10)x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)(1)文献［9－10］所述方法并不能直接推广于此类高设计切换函数为阶离散系统。针对其控制算法的缺陷，提出一种新