基于履带车自适应鲁棒控制器的研究

王晓丽 孙晓莉 王谞衡

摘要：自适应鲁棒控制算法一直是非线性控制领域研究的热门课题。对于履带控制，正好是一个多输入多输出、非线性的系统，符合自适应鲁棒控制算法的设计思想，本篇论文以履带车行走控制为研究对象，对已建好的履带车样机为控制对象，使用MATLAB/Simulink仿真软件，对自适应鲁棒控制算法进行建模，设计出合适的控制律，从而驱动履带车行走的实际状态，最终得到履带车行走控制，快速且平稳的到达期望的状态。

关键词：自适应鲁棒控制算法;非线性系统;自适应控制;履带车;Matlab/Simulink

0  引言

履带车的运动较复杂，本文以自适应鲁棒控制算法为研究基础，设计履带车自适应控制系统，以履带车行走三种工况为例展开研究。三种运动工况分别是：蛇形运动、圆周运动、八字形运动。其中蛇形运动情况最为复杂[1]。结合对于履带车控制律的设计，以这三种运动工况为例，对设计好的自适应控制器进行模拟仿真。

1  建立履带车样机仿真模型

履带车样机测试模型如图1所示。

2  三种工况下仿真实验分析

根据以上对于履带车控制律的设计，对蛇形、圆周、八字形运动三种运动工况为例，对自适应控制器进行模拟仿真分析[2]。

2.1 蛇形运动

蛇形运动履带线速度角速度分别为：

使用Matlab软件中的Simulink对蛇形运动进行模拟仿真，可以得到图2结果。

2.2 圆周运动

圆周运动履带线速度角速度分别为vr和ωr，利用Matlab软件中的Simulink，对圆周运动进行模拟仿真，得到图3波形。

2.3 八字型运动

八字型運动履带线速度角速度分别为：

继续使用Matlab软件中的Simulink建立八字型运动的仿真模型，可以得到图4结果。

3  履带行走装置虚拟样机仿真

3.1 履带行走装置的运动学模型

对于履带车的控制结合履带车运动学分析，可知履带车左、右轮角速度与线速度的关系为：

其中ωl、ωr分别为履带车左、右轮角速度。

由式（3）履带车左、右轮角速度与线速度之间的关系，假设履带车质心的速度为v0，角速度为ω0，则有如下关系的关系：

通过式（4）能够得出履带车左右驱动轮电机的输出转速：

3.2 仿真结果

连接Matlab软件中的Simulink，仿真结果如图5所示。

由图5可见履带车的行驶速度能够迅速接近假设路径。仿真结果在预计范围之内，误差也在允许范围内，从而可知得出该控制方法有效，具有可行性。

4  结论

通过自适应鲁棒控制算法的研究，采用此方法所设计的控制律作用在履带车控制系统中，具有稳定性。故通过此方法，将会有效提高履带行走装置的自适应行走效率和控制精度，大大提高智能履带的实际应用价值。

参考文献：

[1]岳红云.几类非线性系统的自适应Backstepping模糊控制研究[D].导师：李俊民.西安电子科技大学，2014.

[2]李超群，陈澜.基于Backstepping的带推力矢量飞艇姿态控制系统设计[J].现代电子技术，2014，02：9-12.

[3]王传安，王再兴.大坡度履带台车重心对车辆性能的影响研究[J].内燃机与配件，2017（02）：16-17.