无人碾压机轨迹跟踪算法及能耗规律研究

摘要

无人碾压机是降低人工作业负担、改善碾压作业品质和效率的重要技术途径.但由于碾压机吨位高、转向阻力大,且经常工作在复杂非结构路面上,常规车辆轨迹跟踪算法的能耗通常较高,影响了控制系统的电能平衡、可靠性以及综合能效.为此,针对运行在水电大坝上的无人碾压机,提出了面向节能的串级抗扰轨迹跟踪算法,同时研究了该算法对无人碾压机转向系统能耗的影响规律.首先,针对碾压机高吨位造成的转向速度慢、寻迹易超调的问题,采用位置预瞄算法对转向系统进行提前控制,进而减少超调量,降低能耗.其次,针对车辆受路面起伏干扰定位量测噪声大的问题,提出了车身姿态校正算法,通过测取无人碾压机前、后车身的横滚角对定位结果进行修正,减少噪声干扰,降低能耗.最后,为定位中小幅度高频噪声的干扰,通过采用非线性误差反馈控制律控制,降低方向盘在小距离误差带内的高频波动,实现转向系统节能.在水电大坝建设现场开展了实车试验,结果表明;①采用优化的预瞄距离与无预瞄的标称控制器相比,可降低转向电机能量消耗24.7%,使得轨迹跟踪精度稳定在±0.15 m;②采用姿态校正算法可以减少转向电机29.2%的能量消耗,并将轨迹跟踪精度改善了33.0%;③采用非线性误差反馈控制律在距离误差无明显恶化(0.06 m内)情况下,可降低转向电机能耗31.8%.