基于再生核理論的月球車軌跡跟蹤控制

摘 要：針對平整坡面上行駛的月球車，研究了基于再生核理論的月球車軌跡跟蹤控制新方法。它是基于描述月球車運動的動力學模型方程，對有限時間內的期望軌跡進行采樣，利用再生核方法，數值求解控制參數，從而實現月球車期望軌跡的跟蹤控制。該方法計算量小、方法簡單、精度高、且可實現任意的非線性曲線的期望軌跡追蹤。數值實驗驗證了該方法的正確性和有效性。

關鍵詞：再生核;軌跡跟蹤;月球車

中圖分類號：TP393.04文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695(2007)06-0277-03

0引言

近年來，自然地形環境下行星探測車的研究引起了廣泛的關注［1－5］。研究領域包括車體結構設計［1］、自主導航［2］、感知和路徑規劃［3］、避障［4］以及運動學模型［5］等。由于動力學分析的復雜性，對行星車運動控制的研究較少。但最近研究人員對行星車運動控制進行了研究［6－8］。文獻[6]給出了基于滑移率的動力學模型及在小滑移率范圍內的行星車控制方法。文獻[7]基于車體的物理模型，對車輪力矩進行優化，從而限制車輪的滑移，近而改進了行星車的爬行能力。文獻[8]提出了車輪與地面接觸角的估計算法，通過接觸角改變車體力的分布，從而達到控制車體運動的目的。

本文針對平整坡面上行駛的月球車，研究了基于再生核理論的月球車軌跡跟蹤控制方法，它是基于描述月球車運動的動力學模型方程，對在有限時間內的期望軌跡進行采樣，也就是提取期望軌跡上一些離散點作為采樣點，利用再生核方法，數值求解控制參數，即左、右輪滑移率λs1，λs2及其方向角ψ，實現希望軌跡的跟蹤。該方法計算量小、方法簡單、可以實現任意的非線性曲線的期望軌跡追蹤，并且是基于動力學模型方程實現對月球車的控制，從而具有較高的控制精度。

1 再生核理論

1.1 定義

1.2 標準正交基

2 利用再生核方法求解運動學模型方程

2.1 動力學模型方程

在平整坡面上行駛的月球車動力學模型如下［10］：

2.2 模型方程的再生核數值解法

3 數值實驗

在仿真實驗中，月球車載荷及車體幾何參數及力學特性參數范圍設置如下：

4 結束語

針對平整坡面上行駛的月球車，研究了基于再生核理論的月球車軌跡跟蹤控制方法，它是基于描述月球車運動的動力學模型方程，對在有限時間內的期望軌跡進行采樣，利用再生核方法，數值求解控制參數，即左、右輪滑移率λs1，λs2及其方向角ψ，從而對月球車進行控制操作，實現希望軌跡的跟蹤。實驗結果表明，實際追蹤軌跡與期望軌跡誤差很小。

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