基于履帶車自適應魯棒控制器的研究

王曉麗 孫曉莉 王谞衡

摘要：自適應魯棒控制算法一直是非線性控制領域研究的熱門課題。對于履帶控制，正好是一個多輸入多輸出、非線性的系統，符合自適應魯棒控制算法的設計思想，本篇論文以履帶車行走控制為研究對象，對已建好的履帶車樣機為控制對象，使用MATLAB/Simulink仿真軟件，對自適應魯棒控制算法進行建模，設計出合適的控制律，從而驅動履帶車行走的實際狀態，最終得到履帶車行走控制，快速且平穩的到達期望的狀態。

關鍵詞：自適應魯棒控制算法;非線性系統;自適應控制;履帶車;Matlab/Simulink

0? 引言

履帶車的運動較復雜，本文以自適應魯棒控制算法為研究基礎，設計履帶車自適應控制系統，以履帶車行走三種工況為例展開研究。三種運動工況分別是：蛇形運動、圓周運動、八字形運動。其中蛇形運動情況最為復雜[1]。結合對于履帶車控制律的設計，以這三種運動工況為例，對設計好的自適應控制器進行模擬仿真。

1? 建立履帶車樣機仿真模型

履帶車樣機測試模型如圖1所示。

2? 三種工況下仿真實驗分析

根據以上對于履帶車控制律的設計，對蛇形、圓周、八字形運動三種運動工況為例，對自適應控制器進行模擬仿真分析[2]。

2.1 蛇形運動

蛇形運動履帶線速度角速度分別為：

使用Matlab軟件中的Simulink對蛇形運動進行模擬仿真，可以得到圖2結果。

2.2 圓周運動

圓周運動履帶線速度角速度分別為vr和ωr，利用Matlab軟件中的Simulink，對圓周運動進行模擬仿真，得到圖3波形。

2.3 八字型運動

八字型運動履帶線速度角速度分別為：

繼續使用Matlab軟件中的Simulink建立八字型運動的仿真模型，可以得到圖4結果。

3? 履帶行走裝置虛擬樣機仿真

3.1 履帶行走裝置的運動學模型

對于履帶車的控制結合履帶車運動學分析，可知履帶車左、右輪角速度與線速度的關系為：

其中ωl、ωr分別為履帶車左、右輪角速度。

由式（3）履帶車左、右輪角速度與線速度之間的關系，假設履帶車質心的速度為v0，角速度為ω0，則有如下關系的關系：

通過式（4）能夠得出履帶車左右驅動輪電機的輸出轉速：

3.2 仿真結果

連接Matlab軟件中的Simulink，仿真結果如圖5所示。

由圖5可見履帶車的行駛速度能夠迅速接近假設路徑。仿真結果在預計范圍之內，誤差也在允許范圍內，從而可知得出該控制方法有效，具有可行性。

4? 結論

通過自適應魯棒控制算法的研究，采用此方法所設計的控制律作用在履帶車控制系統中，具有穩定性。故通過此方法，將會有效提高履帶行走裝置的自適應行走效率和控制精度，大大提高智能履帶的實際應用價值。

參考文獻：

[1]岳紅云.幾類非線性系統的自適應Backstepping模糊控制研究[D].導師：李俊民.西安電子科技大學，2014.

[2]李超群，陳瀾.基于Backstepping的帶推力矢量飛艇姿態控制系統設計[J].現代電子技術，2014，02：9-12.

[3]王傳安，王再興.大坡度履帶臺車重心對車輛性能的影響研究[J].內燃機與配件，2017（02）：16-17.