农业机械学报

作者：徐立友，陶源，张俊江，温昌凯，王东青，刘孟楠，闫祥海

单位：河南科技大学;中国一拖集团有限公司,河南科技大学,河南科技大学;中国一拖集团有限公司,中国农业大学,中国一拖集团有限公司,中国一拖集团有限公司,河南科技大学,

关键词：无人驾驶拖拉机;液压机械无级变速器;模型预测控制算法;轨迹跟踪;协同控制策略

基金：国家重点研发计划项目(2022YFD2001203)、河南省高校科技创新团队支持计划项目(24IRTSTHN029)和中原科技创新领军人才支持计划项目(244200510043)

无人驾驶拖拉机在轨迹跟踪的过程中以跟踪性能为主,忽视作业能耗导致经济性较差。为此提出了一种考虑经济性与轨迹跟踪性能的分层协同控制策略。首先以纵向偏差和横向偏差为目标、以加速度和前轮转角速度为约束,采用模型预测控制算法建立轨迹跟踪系统,其次以发动机燃油消耗率和液压机械无级变速器传动效率比为优化目标,建立基于外部参数优化的二元调节经济性控制策略。在此基础上,以拖拉机下一时刻预测速度和当前拖拉机犁耕阻力为传递变量,融合轨迹跟踪系统、经济性控制策略形成分层协同控制策略。采用纯跟踪算法与一元调节经济性控制策略作为对比策略,基于Matlab仿真平台对该分层协同控制策略进行仿真试验,并通过硬件在环试验平台验证了该分层协同控制策略的有效性,结果表明:与对比策略相比,分层协同控制策略有效减小了无人驾驶拖拉机轨迹跟踪偏差,提高了拖拉机经济性,速度方差降低36.7%,纵向跟踪偏差减小89.8%,横向跟踪偏差减小91.7%,拖拉机油耗量减小11.8%。

来源：2025年第2期

《农业机械学报》期刊编辑部

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