Investigación sobre el seguimiento de trayectorias de tractores de dirección articulada basada en control predictivo de modelo modificado
Autores: Zhou, Baocheng; Su, Xin; Yu, Hongjun; Guo, Wentian; Zhang, Qing
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Investigación sobre el seguimiento de trayectorias de tractores de dirección articulada basada en control predictivo de modelo modificado
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Desarrollo
Mecanización agrícola
Tractores de navegación automática
Control de seguimiento de trayectorias
Control predictivo de modelos
Algoritmo genético
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Con el desarrollo de la mecanización agrícola y la tecnología de la información, los tractores de navegación automática se están convirtiendo en un equipo agrícola más común. La precisión del seguimiento de la trayectoria de los tractores de navegación automática se ha vuelto crítica para maximizar la eficiencia y el rendimiento de los cultivos. Apuntando a mejorar la precisión del control de seguimiento de trayectoria y el rendimiento en tiempo real del algoritmo de control predictivo de modelo (MPC) tradicional, el estudio propuso un parámetro de dominio de tiempo adaptativo con MPC en el control de seguimiento de trayectoria del tractor de dirección articulada. En primer lugar, se estableció el modelo cinemático del tractor de dirección articulada, así como el modelo de dinámica de múltiples cuerpos por RecurDyn. En segundo lugar, se combinó el algoritmo genético con MPC. El algoritmo genético se utilizó para calcular los parámetros óptimos del dominio de tiempo bajo la velocidad del vehículo en tiempo real, la postura del vehículo y las condiciones de la carretera, y se logró el MPC adaptativo. Luego, se realizaron simulaciones de seguimiento de trayectoria combinando RecurDyn y Simulink bajo diferentes tipos de trayectorias. En comparación con el algoritmo MPC tradicional bajo las tres trayectorias en forma de U, en forma de ocho y curvas complejas, las desviaciones laterales máximas del algoritmo MPC modificado se redujeron en un 59.0%, 24.9% y 13.2%, respectivamente. Al mismo tiempo, la desviación lateral promedio se redujo en un 72%, 43.5% y 20.3%, respectivamente. Finalmente, se realizaron pruebas reales de seguimiento de trayectoria del tractor de dirección articulada. Los resultados de las pruebas indicaron que bajo las tres condiciones de seguimiento de trayectoria de línea recta, dirección de ruedas delanteras y dirección articulada, la desviación lateral máxima del algoritmo MPC modificado se redujo en un 67.8%, 44.7% y 45.1% en comparación con el MPC tradicional. El análisis de simulación y las pruebas reales del tractor verificaron el algoritmo MPC propuesto, considerando que el parámetro de dominio de tiempo adaptativo tiene una desviación menor y puede eliminar rápidamente la desviación y mantener la estabilidad de seguimiento.
Descripción
Con el desarrollo de la mecanización agrícola y la tecnología de la información, los tractores de navegación automática se están convirtiendo en un equipo agrícola más común. La precisión del seguimiento de la trayectoria de los tractores de navegación automática se ha vuelto crítica para maximizar la eficiencia y el rendimiento de los cultivos. Apuntando a mejorar la precisión del control de seguimiento de trayectoria y el rendimiento en tiempo real del algoritmo de control predictivo de modelo (MPC) tradicional, el estudio propuso un parámetro de dominio de tiempo adaptativo con MPC en el control de seguimiento de trayectoria del tractor de dirección articulada. En primer lugar, se estableció el modelo cinemático del tractor de dirección articulada, así como el modelo de dinámica de múltiples cuerpos por RecurDyn. En segundo lugar, se combinó el algoritmo genético con MPC. El algoritmo genético se utilizó para calcular los parámetros óptimos del dominio de tiempo bajo la velocidad del vehículo en tiempo real, la postura del vehículo y las condiciones de la carretera, y se logró el MPC adaptativo. Luego, se realizaron simulaciones de seguimiento de trayectoria combinando RecurDyn y Simulink bajo diferentes tipos de trayectorias. En comparación con el algoritmo MPC tradicional bajo las tres trayectorias en forma de U, en forma de ocho y curvas complejas, las desviaciones laterales máximas del algoritmo MPC modificado se redujeron en un 59.0%, 24.9% y 13.2%, respectivamente. Al mismo tiempo, la desviación lateral promedio se redujo en un 72%, 43.5% y 20.3%, respectivamente. Finalmente, se realizaron pruebas reales de seguimiento de trayectoria del tractor de dirección articulada. Los resultados de las pruebas indicaron que bajo las tres condiciones de seguimiento de trayectoria de línea recta, dirección de ruedas delanteras y dirección articulada, la desviación lateral máxima del algoritmo MPC modificado se redujo en un 67.8%, 44.7% y 45.1% en comparación con el MPC tradicional. El análisis de simulación y las pruebas reales del tractor verificaron el algoritmo MPC propuesto, considerando que el parámetro de dominio de tiempo adaptativo tiene una desviación menor y puede eliminar rápidamente la desviación y mantener la estabilidad de seguimiento.