基于变论域模糊多参数自整定PID控制的智能挖掘机轨迹跟踪（双语出版）

来源：中国血液净化杂志2023年第2期北京时间：

作者：张新荣, 康龙, 唐家朋, 张军

单位：1. 长安大学 道路施工技术与装备教育部重点实验室, 陕西 西安 710064;2. 合创汽车科技有限公司, 广东 广州 511458"],"fundList_en":["Shaanxi Provincial Key R & D Program-International Science and Technology Cooperation Program Project (2019KW-015); The Fundamental Research Funds for the Central Universities of China (300102259306)

摘要：智能液压挖掘机多用于特殊环境下的无人操纵施工。在执行诸如直线刮平、斜坡整平和定点挖掘等特定挖掘任务时，对智能挖掘机工作装置铲斗齿尖的轨迹规划和轨迹跟踪提出了较高要求。为此，针对智能挖掘机运动的控制问题，提出一种基于变论域模糊多参数自整定PID （Variable Universe Fuzzy Multi-parameter Self-tuning PID，VUFMS-PID）的轨迹跟踪控制策略。首先，在关节空间中通过三次非均匀有理B样条（Non-uniform Rational B-Splines，NURBS）曲线插补法完成直线刮平和定点挖掘轨迹规划，并得到工作装置挖掘作业时各关节角、角速度、角加速度位置序列。然后，综合考虑挖掘机非线性、时变性等特点，基于变论域思想，提出一种基于VUFMS-PID的轨迹跟踪控制方法。最后，基于AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真和硬件在环（Hardware-in-the-Loop，HiL）试验平台，对VUFMS-PID控制方法的有效性和先进性进行验证。研究结果表明：在铲斗齿尖运动过程中，规划轨迹平滑连续且变化幅值较小，规划轨迹与期望轨迹之间的误差较小；VUFMS-PID控制的响应速度和跟踪精度相较于传统PID控制与模糊PID控制有明显提升；在硬件在环试验分析中，提出的控制方法在跟踪直线刮平轨迹和定点挖掘轨迹时，能够将跟踪误差控制在20 mm以内，实现对规划轨迹的精确跟踪。

关键词：机械工程,轨迹跟踪,变论域模糊PID控制,NURBS曲线,智能挖掘机,多参数自整定

基金资助：陕西省重点研发计划国际科技合作计划项目（2019KW-015）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（300102259306）*