农业机械学报

作者：赵润茂，丁帅奇，何杰，满忠贤，贺子豪，阮庆强，胡炼，魏正辉

单位：华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,华南农业大学;农业装备技术全国重点实验室,

关键词：履带式除草机;模型预测控制;误差补偿;Matlab/Simulink;路径跟踪

基金：安徽省重点研究与开发计划项目(2023N06020047)和广东省重点领域研发计划项目（2019B090922001）

为解决除草机器人作业受颠簸路面侧滑滑移等外界干扰从而导致路径跟踪上线距离长、直线误差大等问题，提出一种误差补偿的履带式除草机模型预测控制路径跟踪方法。首先基于履带式除草机器人运动学特性建立了线性误差模型，然后设计了以控制增量为状态量的目标函数、控制量与控制增量为约束条件的模型预测控制算法（MPC）。最后针对除草机路径跟踪过程中因左右两侧履带滑移滑转而产生的误差，在系统控制量中进行补偿，进而得出最优控制量。基于Matlab/Simulink仿真环境对控制器性能进行验证，结果表明，在速度1m/s下，相对于传统MPC控制器，误差补偿型MPC控制器在3种不同初始状态下上线距离均减少26%以上，上线后直线段路径跟踪横向偏差与航向偏差均降低10%与21%以上。为验证本文所提方法，设计了4组除草机路径跟踪试验。相较于传统MPC控制器，误差补偿型MPC控制器在速度1m/s下，针对初始位置偏差分别为0.5m和1m、航向偏差为0°的状态，上线距离分别减少14.5%和19.1%。上线后直线段路径跟踪平均横向偏差分别降低21.05%和29.4%，平均航向偏差分别降低16.7%和20.8%。在初始位置偏差1m、航向偏差45°的状态，上线距离减小10.1%，上线后直线段路径跟踪平均横向偏差和航向偏差分别降低18.75%和15.7%。在速度0.5m/s下，初始位置偏差1m、初始航向角偏差0°的状态，上线距离减少16.2%，上线后直线段路径跟踪平均横向偏差和航向偏差分别降低21.4%和15.2%。误差补偿型MPC控制器可以明显减少除草机上线距离，并提升直线段的跟踪精度，为除草机除草作业高精度路径跟踪提供保障。

来源：2025年第9期

《农业机械学报》期刊编辑部

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