基于改进滑模控制的水稻直播机路径跟踪研究

为了提高水稻直播机自动作业时路径跟踪的精度和稳定性，提出了一种基于新型非线性滑模面和改进快速变幂次趋近率的滑模路径跟踪控制方法。首先，建立Frenet坐标系下直播机的路径跟踪运动学模型；然后，为保证路径跟踪过程中横向偏差和航向偏差全局收敛，采用双曲正切函数设计滑模面；最后，在快速幂次趋近率的基础上设计了变指数幂次项，提高了系统趋近速度并有效抑制了抖振。在Simulink上搭建模型并进行仿真，与基于快速幂次趋近率和指数趋近率的滑模控制方法相比，本文改进滑模控制方法的路径跟踪误差收敛时间最短并且无抖振现象发生。直播机采用改进算法以0.8 m/s的速度在水田实际自动作业时，横向偏差和航向偏差的平均绝对误差为0.016 9 m和1.099 9°,均方差为0.021 5 m和1.499 2°,提高了路径跟踪的精度和稳定性，满足了实际作业需求。