專利名稱：一種基于滑轉率調節的輪式月球車驅動控制方法
技術領域：
本發明屬于航天技術領域，涉及到一種以提高搖臂-轉向架輪式月球車在崎嶇環境下可通過性為目標的滑模變結構控制方法，特別涉及到一種基于滑轉率調節的輪式月球車驅動控制方法。
背景技術：
月球車驅動控制技術是移動機器人運動控制的實現環節，也是月球車實現自主行走的關鍵技術之一，其技術要點是如何對各車輪驅動力進行合理分配，以使崎嶇月表上行駛的月球車輪與輪之間的運動狀態相匹配，避免各輪驅動力分配不合理引起的打滑與下陷，從而減小月球車的能量損耗和機械磨損，提高其通過性和使用壽命。盡管月球車的驅動力調節和控制已被高度關注，但有關控制算法的研究較少，現有控制方法的局限性在于 通過優化特定約束條件來對車輪的驅動力矩進行分配的方法，約束求最優解的過程非常復雜，計算量大；對月球車的啟動加速過程進行控制的方法，僅將滑轉率控制在一個期望值， 并沒有對月球車行駛過程進行控制；采用PI控制算法設計的PI控制器較簡單，控制目標單
發明內容
針對現有控制方法求解復雜、計算量大，僅將滑轉率控制在一個固定的期望值，沒有對月球車的行駛過程進行控制，控制目標單一等問題，本發明要提出一種基于滑轉率調節的輪式月球車驅動控制方法，按照月球車加速或減速行駛和勻速行駛兩種工況，對月球車各個車輪的力矩進行分配控制，即當月球車處于加速或減速工況時，將各車輪滑轉率控制在各輪驅動效率最佳的區間內；當月球車處于勻速行駛工況時，以車輪平均滑轉率為控制目標；并且求解簡單、計算量小。本發明的技術方案是一種基于滑轉率調節的輪式月球車驅動控制方法，所述的驅動控制系統包括工況選擇模塊、滑轉率估計模塊、滑模變結構控制模塊、PID速度控制模塊以及月球車系統，所述的月球車系統通過動力學和運動學分析得到車輪質心的平動速度和車輪角速度，輸入到滑轉率估計模塊；滑轉率估計模塊計算各個車輪的滑轉率，輸入到滑模變結構控制模塊中，作為滑模變結構控制模塊的控制目標對車輪的力矩進行分配；最后將該分配力矩施加到各個車輪上，完成對車輪的驅動控制；所述的驅動控制方法具體包括以下步驟A、工況選擇以及控制目標確定Al、因月球車在加速或減速時需要將滑轉率控制在一定的范圍內，以提高驅動效率，且在勻速行駛過程中需要適應地形起伏，避免單輪滑轉過大導致的通過性及協調性變差，所以將月球車的行駛工況分為加速或減速工況和勻速行駛工況；A2、加速或減速工況下控制目標的確定為了保證月球車在加速時車輪具有足夠大的驅動力矩和較高的驅動效率，需要將各個車輪的滑轉率控制在驅動效率最佳的范圍內；A3、勻速行駛工況下控制目標的確定勻速行駛工況下，為了使車輪滑轉率得到有效控制，從而降低車體能量損耗、提高車體的通過性和驅動協調性能；選擇各輪滑轉率的平均值為控制目標，若單輪滑轉率過高， 說明針對固定支反力N的車輪牽引力F過大，降低滑轉率也就減少了不必要的車輪牽引力的消耗；若滑轉率過小，說明針對固定支反力N的牽引力F過小，遠遠小于地面所能給予的牽引力，為了成功穿越溝壕或是陡坡等崎嶇地形，需要增大滑轉率以提高地面牽引力，提高月球車在崎嶇地面的通過性能；B、車輪滑轉率估計BI、首先對車輪滑轉率進行定義，因月球車的各項運動參數和指標均與滑轉率有關，所以滑轉率成為了研究的重點，其定義如下
權利要求
1.一種基于滑轉率調節的輪式月球車驅動控制方法，其特征在于所述的驅動控制系統包括工況選擇模塊、滑轉率估計模塊、滑模變結構控制模塊、PID速度控制模塊以及月球車系統，所述的月球車系統通過動力學和運動學分析得到車輪質心的平動速度和車輪角速度，輸入到滑轉率估計模塊；滑轉率估計模塊計算各個車輪的滑轉率，輸入到滑模變結構控制模塊中，作為滑模變結構控制模塊的控制目標對車輪的力矩進行分配；最后將該分配力矩施加到各個車輪上，完成對車輪的驅動控制；所述的驅動控制方法具體包括以下步驟A、工況選擇以及控制目標確定Al、因月球車在加速或減速時需要將滑轉率控制在一定的范圍內，以提高驅動效率，且在勻速行駛過程中需要適應地形起伏，避免單輪滑轉過大導致的通過性及協調性變差，所以將月球車的行駛工況分為加速或減速工況和勻速行駛工況；A2、加速或減速工況下控制目標的確定為了保證月球車在加速時車輪具有足夠大的驅動力矩和較高的驅動效率，需要將各個車輪的滑轉率控制在驅動效率最佳的范圍內；A3、勻速行駛工況下控制目標的確定勻速行駛工況下，為了使車輪滑轉率得到有效控制，從而降低車體能量損耗、提高車體的通過性和驅動協調性能；選擇各輪滑轉率的平均值為控制目標，若單輪滑轉率過高，說明針對固定支反力N的車輪牽引力F過大，降低滑轉率也就減少了不必要的車輪牽引力的消耗；若滑轉率過小，說明針對固定支反力N的牽引力F過小，遠遠小于地面所能給予的牽引力，為了成功穿越溝壕或是陡坡等崎嶇地形，需要增大滑轉率以提高地面牽引力，提高月球車在崎嶇地面的通過性能；B、車輪滑轉率估計BI、首先對車輪滑轉率進行定義，因月球車的各項運動參數和指標均與滑轉率有關，所以滑轉率成為了研究的重點，其定義如下
全文摘要
本發明公開了一種基于滑轉率調節的輪式月球車驅動控制方法，包括以下步驟工況選擇以及控制目標確定；車輪滑轉率估計；月球車系統模型的建立；車輪分配力矩Ti的計算。本發明將月球車行駛工況分為兩種一種為車體加速或減速工況，將車輪的滑轉率控制在驅動效率較高的范圍內，可保證車輪較高的驅動效率；一種為車體勻速行駛工況，以各個車輪滑轉率的平均值為控制目標，可避免控制目標單一，單輪滑轉率過高或過低引起的能耗增加，通過性變差等問題。采用滑模變結構控制算法，求解簡單，計算量小，保證了系統具有良好的魯棒性，使月球車在崎嶇環境下的運動更加協調。
文檔編號B60W40/105GK102602547SQ201210006809
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者吳淑梅, 李明, 李琳輝, 王文波, 王蒙蒙, 連靜, 郭烈 申請人:大連理工大學