基于履帶車(chē)自適應(yīng)魯棒控制器的研究

王曉麗 孫曉莉 王谞衡

摘要：自適應(yīng)魯棒控制算法一直是非線(xiàn)性控制領(lǐng)域研究的熱門(mén)課題。對(duì)于履帶控制，正好是一個(gè)多輸入多輸出、非線(xiàn)性的系統(tǒng)，符合自適應(yīng)魯棒控制算法的設(shè)計(jì)思想，本篇論文以履帶車(chē)行走控制為研究對(duì)象，對(duì)已建好的履帶車(chē)樣機(jī)為控制對(duì)象，使用MATLAB/Simulink仿真軟件，對(duì)自適應(yīng)魯棒控制算法進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)出合適的控制律，從而驅(qū)動(dòng)履帶車(chē)行走的實(shí)際狀態(tài)，最終得到履帶車(chē)行走控制，快速且平穩(wěn)的到達(dá)期望的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)魯棒控制算法;非線(xiàn)性系統(tǒng);自適應(yīng)控制;履帶車(chē);Matlab/Simulink

0? 引言

履帶車(chē)的運(yùn)動(dòng)較復(fù)雜，本文以自適應(yīng)魯棒控制算法為研究基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)履帶車(chē)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以履帶車(chē)行走三種工況為例展開(kāi)研究。三種運(yùn)動(dòng)工況分別是：蛇形運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、八字形運(yùn)動(dòng)。其中蛇形運(yùn)動(dòng)情況最為復(fù)雜[1]。結(jié)合對(duì)于履帶車(chē)控制律的設(shè)計(jì)，以這三種運(yùn)動(dòng)工況為例，對(duì)設(shè)計(jì)好的自適應(yīng)控制器進(jìn)行模擬仿真。

1? 建立履帶車(chē)樣機(jī)仿真模型

履帶車(chē)樣機(jī)測(cè)試模型如圖1所示。

2? 三種工況下仿真實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)以上對(duì)于履帶車(chē)控制律的設(shè)計(jì)，對(duì)蛇形、圓周、八字形運(yùn)動(dòng)三種運(yùn)動(dòng)工況為例，對(duì)自適應(yīng)控制器進(jìn)行模擬仿真分析[2]。

2.1 蛇形運(yùn)動(dòng)

蛇形運(yùn)動(dòng)履帶線(xiàn)速度角速度分別為：

使用Matlab軟件中的Simulink對(duì)蛇形運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬仿真，可以得到圖2結(jié)果。

2.2 圓周運(yùn)動(dòng)

圓周運(yùn)動(dòng)履帶線(xiàn)速度角速度分別為vr和ωr，利用Matlab軟件中的Simulink，對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬仿真，得到圖3波形。

2.3 八字型運(yùn)動(dòng)

八字型運(yùn)動(dòng)履帶線(xiàn)速度角速度分別為：

繼續(xù)使用Matlab軟件中的Simulink建立八字型運(yùn)動(dòng)的仿真模型，可以得到圖4結(jié)果。

3? 履帶行走裝置虛擬樣機(jī)仿真

3.1 履帶行走裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

對(duì)于履帶車(chē)的控制結(jié)合履帶車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可知履帶車(chē)左、右輪角速度與線(xiàn)速度的關(guān)系為：

其中ωl、ωr分別為履帶車(chē)左、右輪角速度。

由式（3）履帶車(chē)左、右輪角速度與線(xiàn)速度之間的關(guān)系，假設(shè)履帶車(chē)質(zhì)心的速度為v0，角速度為ω0，則有如下關(guān)系的關(guān)系：

通過(guò)式（4）能夠得出履帶車(chē)左右驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速：

3.2 仿真結(jié)果

連接Matlab軟件中的Simulink，仿真結(jié)果如圖5所示。

由圖5可見(jiàn)履帶車(chē)的行駛速度能夠迅速接近假設(shè)路徑。仿真結(jié)果在預(yù)計(jì)范圍之內(nèi)，誤差也在允許范圍內(nèi)，從而可知得出該控制方法有效，具有可行性。

4? 結(jié)論

通過(guò)自適應(yīng)魯棒控制算法的研究，采用此方法所設(shè)計(jì)的控制律作用在履帶車(chē)控制系統(tǒng)中，具有穩(wěn)定性。故通過(guò)此方法，將會(huì)有效提高履帶行走裝置的自適應(yīng)行走效率和控制精度，大大提高智能履帶的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]岳紅云.幾類(lèi)非線(xiàn)性系統(tǒng)的自適應(yīng)Backstepping模糊控制研究[D].導(dǎo)師：李俊民.西安電子科技大學(xué)，2014.

[2]李超群，陳瀾.基于Backstepping的帶推力矢量飛艇姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，02：9-12.

[3]王傳安，王再興.大坡度履帶臺(tái)車(chē)重心對(duì)車(chē)輛性能的影響研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（02）：16-17.