基于MPC的插秧机路径跟踪控制算法研究

来源：中国农机化学报杂志2022年第7期北京时间：

作者：王玉亮, 李汉卿, 陈兆英, 石绍军, 陈国防, 王金星,

单位：1. 山东农业大学机械与电子工程学院，山东泰安，271018；2. 山东省园艺机械与装备重点实验室，山东泰安，271018

摘要：针对国内自动驾驶插秧机路径跟踪精度不高的现象，提出一种基于线性时变模型预测控制的路径跟踪方法。将建立的非线性插秧机运动学模型进行线性化和离散化处理，并基于此模型进行模型预测路径跟踪控制；建立以控制增量为状态量的目标函数；考虑系统控制量和控制增量的约束条件，将目标函数求解转为带约束的二次规划问题；采用内点法进行求解，将所得控制序列第一个元素作用于系统，并且不断重复以上过程实现最优控制。在MATLAB/Simulink环境下，搭建上述模型预测控制器系统仿真，并与路径跟踪效果良好的Stanley控制算法对比，结果表明，上述模型预测控制器优于Stanley控制算法。采用卫星信号接收机、电动方向盘和转角传感器，改造井关PZ60型插秧机，搭建插秧机自动驾驶试验平台，进行田间试验，试验结果表明，基于线性时变模型预测控制器能够使自动驾驶插秧机车速1 m/s时，有效进行路径跟踪，直线段跟踪误差最大2.02 cm，满足插秧机自动驾驶路径跟踪精度要求。

关键词：插秧机,自动驾驶,模型预测控制,MATLAB/Simulink,路径跟踪

基金资助：山东省重点研发计划项目（2017GNC12109）；山东省高等学校科技计划项目（J17KA146）；“十三五”国家重点研发计划子课题（2018YFD0300606—03）