矿用铰接式车辆路径跟踪控制研究现状与进展

来源期刊：工程科学学报2021年第2期

论文作者：白国星 罗维东 刘立 孟宇 顾青 李凯伦

文章页码：193 - 204

关键词：矿用;车辆;铰接式;无人驾驶;路径跟踪;现状;进展;

摘    要：铰接式车辆的路径跟踪控制是矿山自动化领域中的关键技术,而数学模型和路径跟踪控制方法是铰接式车辆路径跟踪控制中的两项重要研究内容.在数学模型研究中,铰接式车辆的无侧滑经典运动学模型较为适合作为低速路径跟踪控制的参考模型,而有侧滑运动学模型作为参考模型时则可能导致侧滑加剧.此外基于牛顿–欧拉法建立的铰接式车辆四自由度动力学模型原则上满足路径跟踪控制的需求,但是还需要解决当前的四自由度模型无法同时反映瞬态转向特性和稳态转向特性的问题.在路径跟踪控制方法研究中,反馈线性化控制、最优控制、滑模控制等无前馈信息的控制方法无法有效解决铰接式车辆跟踪存在较大幅度曲率突变的参考路径时误差较大的问题,前馈–反馈控制可以用于解决上述问题,但是在参考路径具有不同幅度的曲率突变时需要解决自动调整预瞄距离的问题,而模型预测控制,尤其是非线性模型预测控制,可以更加有效地利用前馈信息,且不需要考虑预瞄距离的设置,从而可以有效提高铰接式车辆跟踪存在较大幅度曲率突变的参考路径时的精确性.此外,对于基于非线性模型预测控制的铰接式车辆路径跟踪控制,还需深化三个方面的研究.首先,该控制方法仍然存在误差最大值随参考速度增大而增加的趋势.其次,目前该控制方法以运动学模型作为预测模型,无法解决铰接式车辆以较高的参考速度运行时侧向速度导致的精确性下降和安全性恶化的问题.最后,还需对这种控制方法进行实时性方面的优化研究.