Diseño y simulación de estrategia de control de dirección para tractor de ladera de cuatro ruedas
Autores: Zhu, Jiawang; Feng, Tianci; Kang, Shuyi; Chen, Du; Ni, Xindong; Wang, Ling
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño y simulación de estrategia de control de dirección para tractor de ladera de cuatro ruedas
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Control de dirección
Tecnología de dirección a las cuatro ruedas
Relación de estabilidad en pendientes
Modelo dinámico
Algoritmo de control difuso PID
Plataforma de alta fidelidad Carsim/Simulink
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 37
Citaciones: Sin citaciones
El control de dirección es vital para los tractores en pendientes, y la tecnología de dirección a las cuatro ruedas mejora significativamente la estabilidad y flexibilidad. Sin embargo, los métodos existentes a menudo pasan por alto la relación entre la pendiente y la estabilidad. Con el fin de abordar este problema, considerando el impacto de las ruedas del tractor en las características de dirección, se derivó un modelo dinámico no lineal de tres grados de libertad basado en los requisitos básicos dentro de un rango de 15 grados de ángulos de pendiente. Posteriormente, se diseñó una estrategia de control de dirección a las cuatro ruedas para tractores en pendientes basada en este modelo, incorporando un algoritmo de control PID difuso. El modelo dinámico fue validado en la plataforma de co-simulación Carsim/Simulink de alta fidelidad, y se realizaron experimentos relevantes en Matlab/Simulink. Los resultados mostraron que el control PID difuso redujo el tiempo medio de asentamiento de la velocidad de guiñada de 0,36 s a 0,1 s y el valor de respuesta de 0,28 rad/s a 0,038 rad/s. Además, las respuestas de la velocidad lateral y del ángulo de deslizamiento se ajustaron estrechamente a los valores ideales. Por lo tanto, el tractor con dirección a las cuatro ruedas bajo control PID difuso mostró una mayor flexibilidad en el ángulo de las ruedas y una mayor precisión de seguimiento. Finalmente, se realizaron experimentos en hardware en bucle cerrado, confirmando la efectividad del algoritmo para garantizar la estabilidad y cumplir con los requisitos de escenarios de simulación semi-físicos. Esta investigación sienta las bases para posibles aplicaciones en la fabricación de tractores para mejorar el rendimiento de control en terrenos montañosos.
Descripción
El control de dirección es vital para los tractores en pendientes, y la tecnología de dirección a las cuatro ruedas mejora significativamente la estabilidad y flexibilidad. Sin embargo, los métodos existentes a menudo pasan por alto la relación entre la pendiente y la estabilidad. Con el fin de abordar este problema, considerando el impacto de las ruedas del tractor en las características de dirección, se derivó un modelo dinámico no lineal de tres grados de libertad basado en los requisitos básicos dentro de un rango de 15 grados de ángulos de pendiente. Posteriormente, se diseñó una estrategia de control de dirección a las cuatro ruedas para tractores en pendientes basada en este modelo, incorporando un algoritmo de control PID difuso. El modelo dinámico fue validado en la plataforma de co-simulación Carsim/Simulink de alta fidelidad, y se realizaron experimentos relevantes en Matlab/Simulink. Los resultados mostraron que el control PID difuso redujo el tiempo medio de asentamiento de la velocidad de guiñada de 0,36 s a 0,1 s y el valor de respuesta de 0,28 rad/s a 0,038 rad/s. Además, las respuestas de la velocidad lateral y del ángulo de deslizamiento se ajustaron estrechamente a los valores ideales. Por lo tanto, el tractor con dirección a las cuatro ruedas bajo control PID difuso mostró una mayor flexibilidad en el ángulo de las ruedas y una mayor precisión de seguimiento. Finalmente, se realizaron experimentos en hardware en bucle cerrado, confirmando la efectividad del algoritmo para garantizar la estabilidad y cumplir con los requisitos de escenarios de simulación semi-físicos. Esta investigación sienta las bases para posibles aplicaciones en la fabricación de tractores para mejorar el rendimiento de control en terrenos montañosos.