露天矿山运输车辆横向非线性模型预测控制研究

露天矿山运输车辆运行环境复杂,对横向跟踪控制器要求较高.文章针对露天矿山运输车辆在复杂场景下容易出现横向偏差和横摆角偏差较大的现象,提出了一种横向非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)策略.其首先建立横向运动学模型并对模型进行离散化,同时在目标函数中考虑横向偏差、横摆角偏差、转向角变化率的影响;然后,针对现场工况复杂多变的特点,设计了依赖速度的目标函数自适应权重系数,且在设计约束条件时考虑了转向器的转向能力约束,包括最大转向角度、最大转向转角速度和转向延迟,并建立了横向的NMPC问题模型.采用该NMPC控制策略的矿山运输车辆在神延西湾露天煤矿进行了高速直线线路、大曲率转弯线路、S形线路及倒车线路的试验测试,结果显示,路径跟踪精度高,横向偏差可控制在0.25 m以内,横摆角偏差控制在4°以内,验证了所提控制策略的有效性.