基于空间MPC算法的矿用车辆轨迹跟踪研究

摘要

针对矿井无人运输车辆轨迹跟踪控制问题,提出了一种改进的空间模型预测控制(SMPC)算法。首先,将传统的基于时间的车辆运动学模型转换为基于空间的偏差模型,降低预测方程维度,减小控制器的计算负担;其次,让目标函数最小化车辆转向曲率的1、2阶导数和横向位移偏差,通过优化车辆转向曲率的1、2阶导数减少转向角突然变化对转向部件和车辆结构造成的损伤,保证轨迹跟踪精确性的同时确保车辆行驶的平稳性;最后,将目标函数转化为二次规划问题进行求解最优曲率。模拟井下巷道条件在双移线工况和实际工况下对车辆进行仿真实验,结果表明:在2种工况下,SMPC控制算法均能保证轨迹跟踪的精确性和平稳性,且控制效果优于标准MPC。此外,SMPC算法在不同负载下也具有良好的鲁棒性。