基于动态自适应LQR的智能农机自主作业控制方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115407656A(43)申请公布日2022.11.29(21)申请号202211029530.X(22)申请日2022.08.25(71)申请人中国科学院计算技术研究所地址100080北京市海淀区中关村科学院南路6号(72)发明人陆在旺张凯文赵紫旭张玉成王鹏刘子辰龙隆(74)专利代理机构北京律诚同业知识产权代理有限公司11006专利代理师祁建国张燕华(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称基于动态自适应LQR的智能农机自主作业控制方法及系统(57)摘要本发明提出一种基于动态自适应LQR的智能农机自主作业控制方法，包括：建立智能农机的运动模型，并基于LQR算法生成该运动模型的目标函数，建立关于该目标函数的状态权重矩阵和控制权重矩阵的动态调整模型；在该智能农机的工作过程中，获取该智能农机于当前时刻的位姿态信息，根据该位姿态信息以该动态调整模型调整该状态权重矩阵和该控制权重矩阵；以调整后的目标函数解算出当前时刻的航向偏差控制量，并以该航向偏差控制量对该智能农机进行运行控制。本发明还提出一种基于动态自适应LQR的智能农机自主作业控制系统，以及一种用于智能农机自主作业控制的数据处理装置。CN115407656ACN115407656A权利要求书1/3页1.一种基于动态自适应LQR的智能农机自主作业控制方法，其特征在于，包括：建立智能农机的运动模型，并基于LQR算法生成该运动模型的目标函数，建立关于该目标函数的状态权重矩阵和控制权重矩阵的动态调整模型；在该智能农机的工作过程中，获取该智能农机于当前时刻的位姿态信息，根据该位姿态信息以该动态调整模型调整该状态权重矩阵和该控制权重矩阵；以调整后的目标函数解算出当前时刻的航向偏差控制量，并以该航向偏差控制量对该智能农机进行运行控制。2.如权利要求1所述的智能农机自主作业控制方法，其特征在于，该状态权重矩阵Q＝diag[q1,q2,q3]，该控制权重矩阵R＝[γ1]；该动态调整模型包括：γ1＝kv·vq1为相对于世界坐标系中X方向的偏差权重值，q2为相对于世界坐标系中Y方向的偏差权重值，q3为相对于世界坐标系中航向偏差的权重值，γ1表示对该智能农机控制动作的输出限制；Qψ为动态补偿值，key为横向权重调整系数，kψ为朝向权重调整系数，ey为当前时刻该智能农机与最近预瞄点的横向误差，eψ为当前时刻该智能农机与该最近预瞄点的航向角误差，eyth为当前时刻该智能农机与该最近预瞄点的横向误差上限，eytl为补偿权重的横向误差下限，eψth为朝向误差上限，q1_max为预设的q1最大值，q3_max为预设的q3最大值，kv为输出权重调整系数，v为该智能农机的期望速度。3.如权利要求2所述的智能农机自主作业控制方法，其特征在于，通过该智能农机在世界坐标系中状态变化与速度、角度的关系，建立该智能农机的阿克曼运动模型：通过该阿克曼运动模型整理获得该智能农机于某一采样时刻的状态量控制量u＝[v,ω]，该智能农机的运动学方程：其中，为该智能农机的航向角，ω为该智能农机的横摆角速度，为该智能农机在世2CN115407656A权利要求书2/3页界坐标系X方向上的瞬时变化量，为该智能农机在世界坐标系Y方向上的瞬时变化量，r为该智能农机在当前期望速度与横摆角速度下的转向半径，δ为该智能农机的前轮转向角度，l为该智能农机的轴长。4.如权利要求3所述的智能农机自主作业控制方法，其特征在于，该目标函数：5.一种基于动态自适应LQR的智能农机自主作业控制系统，其特征在于，包括：模型构建模块，用于建立智能农机的运动模型，并基于LQR算法生成该运动模型的目标函数，建立关于该目标函数的状态权重矩阵和控制权重矩阵的动态调整模型；权重调整模块，用于在该智能农机的工作过程中，获取该智能农机于当前时刻的位姿态信息，根据该位姿态信息以该动态调整模型调整该状态权重矩阵和该控制权重矩阵；运行控制模块，用于以调整后的目标函数解算出当前时刻的航向偏差控制量，并以该航向偏差控制量对该智能农机进行运行控制。6.如权利要求5所述的智能农机自主作业控制系统，其特征在于，该状态权重矩阵Q＝diag[q1,q2,q3]，该控制权重矩阵R＝[γ1]；该动态调整模型包括：γ1＝kv·vrq1为相对于世界坐标系中X方向的偏差权重值，q2为相对于世界坐标系中Y方向的偏差权重值，q3为相对于世界坐标系中航向偏差的权重值，γ1表示对该智能农机控制动作的输出限制；Qψ为动态补偿值，key为横向权重调整系数，kψ为朝向权重调整系数，ey为当前时刻该智能农机与最近预瞄点的横向误差，eψ为当前时刻该智能农机与该最近预瞄点的航向角误差，eyth为当前时刻该智