基于变前视距离的四轮同步转向农机改进纯跟踪控制

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯跟踪模型,在此基础上考虑航向误差得到改进纯跟踪模型,进行RTK定位坐标修正,根据量化误差的评价函数搜索前视区域最优目标点,得到最优前视距离。本文算法能实时确定四轮同步转向农机改进纯跟踪模型中的前视距离,使航向误差和横向误差最小化,实现目标点的自适应优化。仿真结果表明,本文方法转弯时平均绝对横向误差减至0.035 m,平均绝对航向误差减至0.212°;水田实验结果表明,当四轮同步转向农机作业速度为3.6 km/h时,四轮转向农机轨迹跟踪平均绝对横向误差减至0.109 m,平均绝对航向误差减至2.799°,转弯跟踪精度显著提高。

基于前视距离的路侧交通标志设置方法

为了保证在复杂环境下驾驶员发现交通标志后有充足的时间完成标志信息的读取,在分析交通标志使用过程的基础上,提出标志设置的前视距离,并建立约束条件。为进一步确保车辆能够在危险点或分岔口前安全、顺畅地完成车辆行驶状态的改变,基于标志前视距离的约束条件和对目前标志设置方法中存在问题的分析,结合标志设置对路侧安全的影响,建立了新的路侧交通标志设置方法。

基于动态前视距离纯追踪模型的温室农机路径跟踪研究

为提高温室内智能农机自动导航的路径跟踪精度,提出一种基于粒子群算法的纯追踪模型动态前视距离确定方法及其路径跟踪控制方法。利用超宽带(UWB)模块和电子陀螺获取温室内智能农机的位置偏差和航向偏差;为提高纯追踪模型的自适应能力,对农机位姿偏差进行定量分析并根据位姿偏差程度构建适应度函数,通过粒子群优化(PSO)算法实时确定纯追踪模型中的最优前视距离,为提升算法求解效率对惯性权重系数进行改进;根据农机位姿偏差程度构建速度控制函数对农机进行变速控制。样机试验结果表明:在3种初始状态下的直线路径跟踪时,平均偏差均值为24.4 cm,稳态偏差平均值为4.3 cm,导航时间平均值为13.2 s,稳定距离平均值为318.1 cm。路径跟踪的各项指标均优于同等条件下的恒速固定视距试验。

驾驶员前视距离对汽车稳定性的影响

本文采用预瞄最优曲率模型来仿真驾驶员的控制行为。假设驾驶员向前预视一个距离d ,并根据汽车的即时状态 y(t)与 y·(t) ,来确定一个最优的轨迹曲率 1 /R ,从而确定输入一个适当的转向盘转角。分析了系统响应的稳定性条件 ,并对等速输入时系统的响应作了仿真计算 ,结果证实了稳定性条件 。

基于RBF-Q学习的多品种CSPS系统前视距离控制

研究一类多品种工件到达的传送带给料加工站系统(CSPS)的前视距离(Look-ahead)优化控制问题,以提高系统的工作效率。在工件品种数增加的情况下,系统状态规模会呈现指数性增长,考虑传统Q学习在面对大规模离散状态空间所面临的维数灾难,且难以直接处理前视距离为连续化变量的问题,引入了RBF网络来逼近Q值函数,网络的输入为状态行动对,输出为该状态行动对的Q值。给出RBF-Q学习算法,并应用于多品种CSPS系统的优化控制中,实现了连续行动空间的Q学习。针对不同的品种数情况进行仿真分析,仿真结果表明, RBF-Q学习算法可以对多品种CSPS系统性能进行有效优化,并且提高学习速度。

垄耕模式的无人四驱四转移动作业平台路径跟踪控制

为了提高垄耕模式的无人四驱四转(four-wheel independent driving and four-wheel independent steering,4WID-4WIS)移动作业平台路径跟踪控制精度和稳定性,该研究提出一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NOB)的路径跟踪控制策略。考虑到转弯区域跟踪误差较大,引入原地转向数学模型,设计基于原地转向的航向角PI控制与纯追踪控制的切换控制策略,以实现转弯路径精准跟踪。在此基础上,根据横向偏差和路径弯曲度,设计基于前视距离函数的纯追踪算法及模糊比例补偿器,构建基于NOB的前馈补偿器,以减小上线距离和位置超调。最后对所设计的跟踪控制策略进行仿真和试验验证,结果表明:与传统纯追踪控制相比,所设计的路径跟踪控制策略在3种初始横向偏差下,上线距离、超调、全线平均绝对误差分别减小了32.2%~43.4%、0~42.4%和27.7%~49.5%,且曲线区域平均绝对误差减小33.7%~39.5%;在颠簸硬石板、草地、农田翻耕路况下的稳态区平均绝对误差分别减小了6.25%、33.3%和41.7%。该路径跟踪控制策略有效提高了系统鲁棒性和作业路径跟踪精度,可为垄耕模式的无人四驱四转农业机械导航系统开发提供创新思路和技术参考。

基于超宽带无线定位的农业设施内移动平台路径跟踪研究

为实现农业设施内车辆自动导航,提出了一种基于超宽带(ultrawideband,UWB)无线定位的路径跟踪方法。运用4个基站组建UWB无线定位系统,采用加权最小二乘法(weighted least squares,WLS)法解超静定方程组,提高了移动标签的定位精度。重新定义前视距离,根据车体航向与前视直线的夹角界定车体偏差程度,并提出基于动态前视距离的改进型纯追踪模型。在MATLAB 2016a软件环境下的仿真说明该文算法优于采用固定视距的传统纯追踪算法,并进行实车试验。结果显示,在UWB定位系统的引导下,车体在不同初始状态下均能很好地收敛到期望直线,当速度为0.5 m/s时,在4种初始状态下进行直线跟踪,稳态偏差为5.4~8.4 cm,稳态偏差均值为6.3 cm。在矩形路径跟踪时,当横向偏差和航向偏差均为0的初始状态下,全程平均偏差为20.6 cm,跟踪偏差主要出现在90°转向处,最大偏差为85.5 cm,说明改进后的纯追踪算法的路径追踪质量均优于采用固定视距的传统纯追踪模型,能满足农业设施内移动平台自动导航的需求。该方法可为农业设施内车辆导航提供新思路。

一种快速有限时间收敛的轨迹跟踪引导律

针对参考轨迹曲率变化大导致前视距离(LAD)调整不及时,使得无人船(USV)轨迹跟踪误差收敛慢的问题,本文利用轨迹跟踪几何关系,建立位置跟踪误差动态系统,引入曲率参数设计一种新型的时变前视距离(NTLAD),提出一种快速有限时间收敛的轨迹跟踪引导律(FFTC-GL),包括期望艏向引导律和期望巡航速度引导律研究,以快速准确跟踪大范围曲率的轨迹.首先,构造NTLAD的稳定约束条件,结合图解法求解NTLAD函数,实现法向误差快速有限时间收敛,并且引入曲率参数,快速准确地跟踪不同曲率的轨迹.其次,基于切向误差的有限时间技术,设计快速有限时间速度引导律,实现切向误差动态系统的有限时间稳定.最后,通过对比有限时间上确界,表明引导律对位置跟踪误差收敛的快速性.轨迹跟踪仿真表明FFTC-GL能够在有限时间内跟踪参考轨迹,保证曲线拐点位置跟踪误差快速收敛.

基于反馈纯跟踪的智能车路径跟随方法

为提高智能车在不同速度和载荷下的路径跟随精度和稳定性,提出一种基于反馈纯跟踪的智能车路径跟随方法。首先,基于车辆运动学模型和纯跟踪模型分析影响控制效果的因素;然后根据车辆速度和路径曲率动态调整前视距离,将横向偏差作为反馈变量对传统纯跟踪控制方法进行补偿;接着通过仿真试验选定控制参数,分析控制参数对路径跟随精度和车辆稳定性的影响;最后通过实车试验,验证该方法在实车环境中的控制性能。结果表明,该方法具有较高的路径跟随精度,在不同速度和载荷下保持良好的适应性和稳定性。

高速公路保持安全车距的重要性

《中华人民共和国道路交通安全法》第四十三条规定:同车道行驶的机动车,后车应当与前车保持足以采取紧急制动措施的安全距离。没有保持安全车距导致的事故屡见不鲜,总听到保持安全车距的提示,但驾驶中,无法用具体数值来衡量安全车距的距离,那么保持安全距离,驾驶人需要从“前视距离”和“跟车距离”做起。

插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法

插秧机田间行驶路径包括直线作业段和地头曲线转弯段,因此需要对传统的纯追踪算法进行改进,使其满足曲线路径跟踪。以约翰迪尔Starfire3000型接收机、GS2630型显示器和ATU200型电动方向盘为主要硬件设备,针对给定的曲线路径,提出了一种路径跟踪控制算法,并通过模型仿真和田间试验相结合的方法,对该导航控制算法进行了验证分析。该导航控制算法首先根据车辆速度和路径弯曲程度来动态调整前视距离,其次在利用预见控制求得车辆目标点的基础上,利用改进的纯追踪算法设计控制器,最后按照插秧机作业时的路径进行仿真和试验。试验结果表明,车辆以1 m/s的速度行驶且在转弯半径为0.9 m时,最大跟踪误差可控制在0.159 m以内。

基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法研究

为提高农机作业时直线行驶的精度,提出了一种基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法。在建立了运动学模型和纯追踪模型的基础上,对农机直线跟踪方法进行研究;针对GPS导航精度易受噪声干扰的问题,通过卡尔曼滤波对航向误差以及横向误差进行了平滑处理,以获取更高精度的航向误差和横向误差;为提高纯追踪模型的自适应能力,以横向误差和航向误差的均方根误差为基础,构建适应度函数,并设计了权重函数,采用横向误差作为主要决策参数,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法实时确定纯追踪模型中的前视距离;为使粒子群减少计算时间、尽快进行局部搜索,对PSO算法中惯性权重系数进行了改进。以东方红1104-C型拖拉机为试验平台,设计了农机自动导航控制系统,进行了农田播种试验。结果表明:当农机行驶速度为0.7 m/s时,采用基于改进纯追踪模型的农机路径跟踪算法,直线跟踪的最大横向误差为0.09 m;当行驶距离超过5 m后,最大横向误差为0.02 m,该算法能够有效地提高农机作业时的直线行驶精度。

基于超宽带无线定位的农业设施内移动平台路径跟踪研究

为实现农业设施内车辆自动导航,提出了一种基于超宽带(ultrawideband,UWB)无线定位的路径跟踪方法。运用4个基站组建UWB无线定位系统,采用加权最小二乘法(weighted least squares, WLS)法解超静定方程组,提高了移动标签的定位精度。重新定义前视距离,根据车体航向与前视直线的夹角界定车体偏差程度,并提出基于动态前视距离的改进型纯追踪模型。在MATLAB 2016a软件环境下的仿真说明该文算法优于采用固定视距的传统纯追踪算法,并进行实车试验。结果显示,在UWB定位系统的引导下,车体在不同初始状态下均能很好地收敛到期望直线,当速度为0.5 m/s时,在4种初始状态下进行直线跟踪,稳态偏差为5.4～8.4 cm,稳态偏差均值为6.3 cm。在矩形路径跟踪时,当横向偏差和航向偏差均为0的初始状态下,全程平均偏差为20.6 cm,跟踪偏差主要出现在90°转向处,最大偏差为85.5 cm,说明改进后的纯追踪算法的路径追踪质量均优于采用固定视距的传统纯追踪模型,能满足农业设施内移动平台自动导航的需求。该方法可为农业设施内车辆导航提供新思路。

基于纯追踪模型的路径跟踪改进算法

针对前视距离随车辆位置、速度变化而调整的问题,将模糊控制器与纯追踪算法相结合,把速度和航向偏角作为模糊控制器的输入量,利用驾驶经验制定模糊控制规则,输出前视距离,从而使前视距离得到动态调整,以达到理想的跟踪效果。在直线道路和折线道路上,对动态前视距离纯追踪算法和固定前视距离纯追踪算法进行仿真对比,结果表明改进的算法使得路径跟踪效果得到明显提高。

履带式移动机器人自主跟随算法研究

基于履带式移动机器人自主跟随控制平台,研究并设计了一种履带式农业机械自主跟随控制系统.结合神经模糊控制(ANFIS)思想,提出一种自适应前视距离自主跟随算法,并进行了履带式移动机器人的运动学求解并建立其纯追踪模型,在纯追踪算法中对前视距离参数进行动态调节.通过将引导车行驶路径划分成多段直线路径组合成的折线路径,使跟随车自主跟随的本质转化为对折线路径的快速跟踪,实现跟随车对引导车的自主跟随.仿真及试验结果表明:折线路径平均横向偏差由0.092m减少为0.022m,调节时间缩短约50%,该算法对折线路径的跟踪精度较高,响应时间短,满足自主跟随需求.

拖拉机自动导航变曲度路径跟踪控制

针对当前拖拉机自动导航曲线跟踪控制精度不能满足生产需要的问题,该研究提出一种基于前轮转角前馈补偿策略的变曲度路径跟踪控制方法。综合考虑农机作业速度和目标路径曲度对前视距离的影响,通过调整前视区域和计算预瞄点,动态调整前视距离和前轮转角前馈量,在追踪预瞄点的过程中,利用农机与目标路径偏差设计变曲度路径跟踪模糊控制器,通过实时调整拖拉机前轮转角补偿量减小稳态误差。以DF2204无级变速拖拉机为试验平台,设计并研发了自动导航系统,开展21组变曲度路径跟踪控制试验。试验结果表明,拖拉机以1.0、1.5、2.0和3.0 m/s速度行驶时的平均绝对误差的平均值分别为2.7、2.7、3.3和4.0 cm,均方根误差的平均值分别为3.4、3.7、4.6和5.0 cm,满足农业生产需求。所提方法可有效提高农机曲线路径跟踪精度,减少漏耕,提高农田利用率。

两步纯追踪航向校正模型算法

为了提高农业机械导航精度,在纯追踪算法的基础上,设计了两步纯追踪航向校正模型算法,通过校正车体的航向角,减小车体的横向误差。在MATLAB环境下仿真结果表明,该算法比纯追踪算法的精度高,最大误差和标准差均有所减小。在4轮电动车上,搭建液压系统和卫星接收系统,进行现场试验,验证了两步纯追踪航向校正模型算法的可行性和有效性。

基于改进纯跟踪算法的无人车路径跟踪研究

为了提高低速无人车在自动寻迹直线、转弯路段的跟踪精度,提出了一种基于改进纯跟踪模型的无人车路径跟踪算法。针对传统的纯跟踪算法设置的预估前视距离跟踪理想路径误差较大的问题,文中以无人巴士为载体,在获取到车辆RTK-GPS定位数据的基础上,对纯跟踪算法进行改进,设计了一种用二次多项式来表示预估前视距离的方法,该方法可以用车辆实时速度和GPS轨迹与当前车辆位置之间的最短距离来调整前视距离的大小,减少了无人车在跟踪理想路径,尤其是转弯路段时的横向误差。试验结果表明,文中提出的跟踪算法相较于传统的纯跟踪算法在路径跟踪上具有更高的精度和平稳性。

基于纯追踪曲线跟踪模型的车辆自动导航

介绍具有仿生性的基于纯追踪曲线跟踪模型的曲线跟踪算法。该算法以简化二轮车模型为基础,通过选择合适前视距离计算车辆逼近预定义路径所需摆角达到跟踪效果。通过MATLAB/Simulink仿真,对算法中前视距离和车辆速度两个重要参数对车辆跟踪效果的影响进行了仿真探讨。仿真结果说明该算法容易实现,稳定性高,跟踪预定义路径所需时间较短,跟踪精度较高。

自动导航插秧机路径跟踪系统稳定性模糊控制优化方法

为了提高自动导航插秧机路径跟踪系统的稳定性,提出了一种利用模糊控制调整纯追踪模型前视距离的路径跟踪方法。在考虑自动转向系统一阶惯性环节的情况下,建立插秧机运动学模型,分析了在跟踪直线时纯追踪模型的稳定性条件;基于此稳定性条件,以速度和横向偏差为输入,以前视距离为输出,建立模糊控制模型实时调整纯追踪模型的前视距离;以洋马VP6E型水田插秧机为实验平台对所提出方法进行了实验验证,结果证明,该方法能有效提高路径跟踪系统的稳定性。