路灯车的路径偏移饱和控制    佛山路灯车出租, 佛山路灯车租赁, 佛山路灯车价格  铰接式工程车辆只需要按照固定的路径行进就可以完成作业，这些地方一般都具有环境条件恶劣、作业量大、形式单一等特点，操作者现场作业存在危险系数高，工作效率低等弊端，而通过对车辆的改进，实现无人操控作业，能够避免恶劣的环境对操作者的伤害，可以提高生产效率，降低成本。目前已经出现了一些自动化作业的车辆，如矿井铰接式运输车、农业播种机等。路灯车因其地形适应能力强，功能上可扩展性好，适用于多种工况，为了更好地发挥其优势，在危险恶劣环境中高效率作业，研究其无人操控技术极具应用价值。车辆无人操控的核心是车辆的运动控制，而控制算法的优劣则决定了整个车辆控制系统的好坏。铰接式车辆在运动中，使车辆运动路径偏离原路径的因素很多，包括：车轮与地面相互作用产生的滑移、滑转；每个车轮与地面接触的滚动摩擦系数不同引起的转向阻力；车辆结构设计中车轮驱动力分配误差；液压转向机构的柔性引起的转向扰动；车架装配中，前后车体存在转向偏差；前后车体的车桥相对摆动引起的运动方向偏移等，由于上述问题的存在，需要对路灯车进行路径偏移控制。由于在工程应用中普遍存在控制输入饱和现象，目前对于轮式移动机械的路径偏移控制中，有关控制输入饱和的问题研究较少，因此针对路灯车路径偏移控制中执行器饱和问题的研究具有重要的意义。

     执行器饱和现象及研究方法在工程应用中，很多系统都具有非线性的特点，在非线性系统中，当执行器的输入量较小时，输出一般呈线性增加，当输入增大到一定程度时，输出达到某一量值而不再增加，这种现象就称为执行器（控制输入）饱和。执行器饱和是在工程上普遍存在的现象，在线性系统中，一般控制输入的大小是没有约束区间的，可以取任意值，但是在实际的应用中，所有的执行机构都具有固有的物理约束，如路灯车的液压转向系统控制阀的阀口开度有限，液压控制阀有最大流速的限制，由此产生的转向力矩是有上限的，而且液压转向系统中的液压缸活塞杆伸长量存在最大值，则转向时前后车体间的转向角度也在一定范围内变化，所以在对路灯车进行路径偏移控制时，必须要考虑液压转向机构作为执行器的控制饱和问题。在控制系统中，饱和约束一般用一个分段有界函数来描述，对于典型的执行器饱和非线性，其饱和函数可以描述为.  典型的执行器饱和非线性输入实际工程中的动态系统的稳定性是最基本的指标，也是非线性饱和控制器设计的核心问题，89年俄国学者李亚普诺夫提出了稳定性的一般理论，Lypunvo理论是研究非线性控制系统稳定性的重要工具，下面对本章中用到的控制理论和算法进行简单介绍。设自治系统的状态方程为：其中nXR，t0，若对于所有的t，状态eX满足X=0，则称该状态为平衡状态，eX称为由平衡状态在空间所确定的平衡点。对于线性定常系统，只有一组平衡点，但是对于非线性系统可能有一组或者多组平衡点，所以对于非线性系统，一般只讨论一组平衡点下系统的稳定性，引入状态变换eZXX，则系统的状态方程可变为：对于新的控制变量Z，系统的平衡点在原点（零点），因此可以通过状态变换把控制系统的平衡点变成零点，只讨论系统的零点稳定性。

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     在路灯车路径偏移控制分析中，主要应用的控制理论判据、定理和方法如下：系统的能控性判据：对于系统和是nR上的两个向量场，把f和g的李括号定义为[f,g]，记为fdg，系统能控的条件是向量场,为满秩矩阵。Lypunov稳定性定理：当系统平衡点为零点时，设零点附近的区域U内，若存在一个连续的可微标量函数V(X,t)，）对于所有XU，有V(X,t)0，V(X,t)0，则系统是渐进稳定的；对于所有nXR，有V(X,t)0，V(X,t)0，则系统是全局渐进稳定的；3）对于所有XU，有V(X,t)0，V(X,t)0，则系统是稳定的；4）对于所有XU，有V(X,t)0，V(X,t)0，则系统是不稳定的。其中V(X,t)称为Lypunov函数。因此，只需要通过构造合适的Lypunov函数，通过函数的性质来判断非线性系统的稳定性。Lslle-Yoshizw定理：设X0为式6.系统的平衡点，为正定且径向无界的连续可微函数，如果系统的所有解满足并且，如果W(X,t)是正定的，则系统在平衡点是全局渐进稳定的。根据Lypunov稳定性定理，需要构造合适的Lypunov函数对非线性系统进行稳定性分析，反步法是新近出现的有效的Lypunov函数构造方法。它将高阶系统分解成多个低阶子系统，然后设计每个子系统的Lypunov函数和虚拟控制变量，高阶子系统通过应用低阶子系统进行虚拟控制达到渐进稳定，然后通过递推，得到整个系统真正的控制率[。设非线性控制系统：控制变量，u为系统的控制输入。在反步法中，iixx为每一个子系统,的虚拟控制变量，则对应的实际控制输入和虚拟控制输入的误差为：因此，构造有关误差iz的Lypunov函数，使误差iz渐进收敛，则可知整个系统渐进收敛。

    车辆路径偏移控制中的抗饱和算法设计   车辆运动控制中的运动学和动力学方程路灯车在运动时，采用液压转向机构进行转向，改变运动路径。因为车辆为非定常约束系统，假设作用在车轮上的地面侧向力足够大，车轮运动时无侧滑。牵引力和轮子的滚动阻力的合力在前后桥中心fP和rP点形成两组力和力矩。当前车体和后车体之间有转向角，且液压转向机构没有进行转向的调整时，把前后车体看作刚体，根据多刚体运动学理论可知，前后车体可以看作是各自绕空间某一固定轴瞬时转动，前车体在平面OWW内转动，后车体在平面34OWW内转动。车辆在进行转向调整时，采用液压转向机构进行转向，改变运动路径，此时转向液压缸提供的转向力矩为pT，使前后车体之间存在相对的运动。因此，路灯车的运动可以看作是前后车体绕空间某瞬轴的刚体运动和转向液压机构内部转向力矩引起的运动的合成。忽略驱动力传递的损耗和液压转向驱动装置的损耗，在路灯车的运动中，前后车体的牵引力kfF、krF以及前后车体之间的液压转向机构提供的转向力矩pT形成了车辆的外部输入。前车体纵轴与后车体纵轴夹角为，车辆通过非对称障碍时，车辆的前后桥之间产生纵向的侧倾角，当车辆转向机构没有进行转向调整时，前后车体的瞬心fO和rO在各自轮轴延长线上，前后车体质量为m和m，前后车体长度为L和L，前后车体质心在车体的纵轴上的垂直投影点为f和r，其中fffMOP，rrrNOP，后车体的侧偏角为，后车体后桥中点的速度为rv，沿后车体纵轴方向，前车体绕空间某定轴的转动角速度为M，后车体绕空间某定轴的转动角速度为N。  根据车辆运动时的几何关系，车辆在运动时，转向液压机构不进行转向调整时，根据动量矩定理。根据路灯车的结构设计，前后车体的质心在车体上投影f和r到前后桥中心点fP和rP距离远小于到瞬心距离。则前后车体的铰接点O加速度为：前后车体fP点和rP点加速度为：可得前后车体fP点和rP点角加速度和加速度：是前后车体的净牵引力（即前后车体牵引力减去阻力），净牵引力使车辆产生运动加速度，会使车辆相对于稳态运动产生加速或减速。当路灯车的转向机构工作时，铰接点O运动到新的位置'O点，此时前车体的前桥中心fP点运动到'fP点，后车体的后桥中心rP点运动到'rP点，前车体的转向角为M，后车体的转向角为N。设铰接点不运动，则只有前后车体转向，前桥中心fP点运动到'fP点，后桥中心rP点运动到'rP点。则根据转向运动的几何关系可知，两种情况下的转向角是相等的。 因此可求得液压转向机构转向时，引起的前车体转向角加速度为：液压转向机构转向引起的后车体转向角加速度为： 其中OpTTT为液压转向系统输出的净转向力矩，T为转向阻力矩，可通过公式求得，和分别为前后车体质心到前后桥距离。可得前后车体夹角的角加速度为.  路灯车在净驱动力和净转向力矩作用下的动力学方程。路灯车在运动时，任意时刻的位置和姿态可以通过后桥中点rP的坐标，后车体的姿态角以及前车体相对后车体的横摆角和侧倾角描述。路灯车路径偏移控制主要关注车辆的实际运动轨迹相对于理想运动轨迹的偏差，当车辆运动区域内的地形没有很大的垂直落差、地势起伏较小时，在车辆路径偏移控制中只需考虑后车体在平面内的位置坐标，后车体的横摆角rr，前后车体之间的转向角，因此，在车辆路径偏移控制中，可以把车辆的运动投影到水平面内进行运动学建模。设路灯车在运动时，后桥中点rP点的坐标为（x,y)，后车体与惯性轴Ix轴的夹角为r，前后车体转向夹角为，前车体与惯性轴Ix的夹角为f，后桥中点fP点的坐标。

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