【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业自动导航的，具体涉及一种基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法及装置。
技术介绍
1、农机自动导航技术是智慧农业的关键之一，已经成为提高效益和降低成本的重要手段。在其中，高精度路径跟踪控制对于农机自主作业至关重要。目前，国内外对于直线路径跟踪的研究已相对深入。然而，在中国许多省份存在大量不规则田块，仅依赖直线作业会导致耕地边缘无法充分利用，从而降低土地使用效率。此外，中国中南部地区(如江西、贵州、湖北)的丘陵缓坡地较多，地势不平，农作物往往沿着坡度种植，呈现曲线种植的特点。因此，曲线路径跟踪对于扩大农机自主化作业的适用范围具有重要意义。
2、曲线路径复杂多变，难以用方程拟合，需要将曲线离散为间距较小的连续点来进行跟踪，这会导致存储空间占用过大和数据通讯时间过长，影响实时性。其次，传统纯追踪控制方法在某些情况下存在较大的横向偏差，以及路径插值后跟踪误差较大，影响农机曲线路径跟踪精度。采样频率过高需要连续储存多条路径点，可能会导致存储空间占用过大和数据通讯时间过长，进而影响实时性。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法及装置，可以适应包含中高速在内的各种曲率路径例如旋耕、播种、施肥等作业需求。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方
4、获取采样路径点；
5、对采样路径点利用b样条优化，得到平滑的路径曲线；
6、将平滑路径曲线输入改进的积分补偿模糊自适应纯追踪控制器，通过获取当前车辆速度和前视路径平均曲率索引预瞄点跟踪曲线路径；所述纯追踪控制器由纯追踪模型、前视距离模糊控制器和转向积分补偿器三部分构成；所述纯追踪模型是以农机后轮轴中心点为切点、车身当前时刻纵向方向为切线，通过前视距离寻找并跟踪预瞄点，获得期望前轮转角δ，使农机沿着一条圆弧轨迹线到达预瞄点。
7、作为优选的技术方案，所述对采样路径点利用b样条优化，得到平滑的曲线路径，具体为：
8、b样条曲线是由p0，p1，…，pn共n+1个控制点以及一组非递减的连续变化的矢量节点ui定义的k阶样条曲线，n>3，曲线定义表达式为：
9、
10、其中，pi表示控制点，u表示矢量节点，n表示控制点数量，k表示b样条曲线阶次，i表示第i个节点矢量或控制点，bi,k(u)表示第i个k阶b样条曲线基函数；
11、所述基函数bi,k(u)由德布尔-考克斯递推公式构成，表达式为：
12、
13、式中，u1、u2表示基函数bi,k(u)的系数，k值代表曲线的平滑度，k值越大，曲线的平滑度越高，但计算复杂度也越高。
14、作为优选的技术方案，所述纯追踪模型中，期望前轮转角公式为：
15、式中，α表示农机前视角，ld表示农机后轮轴中心点与预瞄点间的距离。
16、作为优选的技术方案，所述纯追踪控制器的设计包括导航参数计算：横向偏差：将相邻路径点连接为线段，然后计算当前农机后轮轴中心点b到最近路径点xi和前后路径点xi-1、xi+1组成线段的垂线距离，则横向偏差等于其计算结果绝对值小的数值，当已知xi为最近点，xi+1为次近点时，则横向偏差ed计算公式为：
17、
18、其中，x、y分别表示横、纵坐标值；
19、前视路径平均曲率：将插值后曲线路径的相邻点连接为线段，将相邻三个点xi-1、xi和xi+1近似拟合为同圆上的三个点进而求出xi点曲率ρi。
20、作为优选的技术方案，所述前视距离模糊控制器，具体为：
21、首先进行输入输出变量模糊化，以农机速度v和前视路径平均曲率ρ作为模糊控制器的输入，前视距离ld作为输出，然后进行前视距离模糊控制规则的基本原则的制定。
22、作为优选的技术方案，所述积分补偿器通过持续反馈农机的横向偏差，及时修正转向角度使农机保持在期望轨迹上行驶，所述积分补偿器增加了横向偏差在控制算法中的权重，使得农机在不同的工况下保持稳定的行驶和精确的控制；
23、所述积分补偿器的公式如下：
24、δi＝ki*∑ed
25、式中，δi表示前轮转角积分补偿，ki表示积分因子。
26、作为优选的技术方案，积分补偿器判断当前车辆横向偏差ed<0.1m时进行前轮转角积分补偿。
27、第二方面，本专利技术提供了一种基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制系统，应用于所述的基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，包括采样模块、曲线优化模块和追踪控制模块；
28、所述采样模块，用于获取采样路径点；
29、所述曲线优化模块，用于对采样路径点利用b样条优化，得到平滑的路径曲线；
30、所述追踪控制模块，用于将平滑路径曲线输入改进的积分补偿模糊自适应纯追踪控制器，通过获取当前车辆速度和前视路径平均曲率索引预瞄点跟踪曲线路径；所述纯追踪控制器由纯追踪模型、前视距离模糊控制器和转向积分补偿器三部分构成；所述纯追踪模型是以农机后轮轴中心点为切点、车身当前时刻纵向方向为切线，通过前视距离寻找并跟踪预瞄点，获得期望前轮转角δ，使农机沿着一条圆弧轨迹线到达预瞄点。
31、第三方面，本专利技术提供了一种农机设备，所述农机设备包括：
32、至少一个处理器；以及，
33、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
34、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法。
35、第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现所述的基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法。
36、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
37、(1)本专利技术采用b样条优化的方法，提高了驾驶农机连续采样路径的平滑性，从而改善了跟踪效果。
38、(2)本专利技术解决了变曲率曲线路径特性对跟踪精度造成的影响，提升了跟踪准确度。
39、(3)本专利技术通过设计模糊控制器，动态调整前视距离，以解决实际系统响应时滞和转向执行器饱和等问题，从而增强了控制系统的稳定性和鲁棒性。
40、(4)本专利技术利用横向偏差积分实现前轮转角补偿，进一步优化了控制系统的性能，使得农机在跟踪路径时能够更加准确和平稳地运行。
41、(5)曲线路径通过本专利技术中的方法进行插值后用于跟踪、能显著降低其对于插值前的横向偏差。
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1.基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述对采样路径点利用B样条优化，得到平滑的曲线路径，具体为：
3.根据权利要求1所述基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述纯追踪模型中，期望前轮转角公式为：
4.根据权利要求1所述基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述纯追踪控制器的设计包括导航参数计算：横向偏差：将相邻路径点连接为线段，然后计算当前农机后轮轴中心点B到最近路径点Xi和前后路径点Xi-1、Xi+1组成线段的垂线距离，则横向偏差等于其计算结果绝对值小的数值，当已知Xi为最近点，Xi+1为次近点时，则横向偏差ed计算公式为：
5.根据权利要求1所述基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述前视距离模糊控制器，具体为：
6.根据权利要求1所述基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征
7.根据权利要求1所述基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，积分补偿器判断当前车辆横向偏差ed<0.1m时进行前轮转角积分补偿。
8.基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制系统，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，包括采样模块、曲线优化模块和追踪控制模块；
9.一种农机设备，其特征在于，所述农机设备包括：
10.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任一项所述的基于B样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法。
...【技术特征摘要】
1.基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述对采样路径点利用b样条优化，得到平滑的曲线路径，具体为：
3.根据权利要求1所述基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述纯追踪模型中，期望前轮转角公式为：
4.根据权利要求1所述基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述纯追踪控制器的设计包括导航参数计算：横向偏差：将相邻路径点连接为线段，然后计算当前农机后轮轴中心点b到最近路径点xi和前后路径点xi-1、xi+1组成线段的垂线距离，则横向偏差等于其计算结果绝对值小的数值，当已知xi为最近点，xi+1为次近点时，则横向偏差ed计算公式为：
5.根据权利要求1所述基于b样条路径优化的积分补偿模糊自适应纯追踪控制方法，其特征在于，所述前视距离模糊控制器，具体为：
...【专利技术属性】
技术研发人员：张闻宇，吴思进，张智刚，丁凡，胡炼，黄培奎，罗锡文，林岳欣，周富康，吴欣洛，张嘉锐，鲍开元，苑炳轩，蔡希扬，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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