【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业机械控制，涉及一种考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法与系统。
技术介绍
1、在全球范围内，许多国家正致力于开发无人驾驶农业机械，以应对粮食安全和劳动力短缺的挑战。这些机械通过集成自主导航技术，替代了传统农业生产中所需的大量人力劳动。无人驾驶农业机械的自主导航技术在多种农业生产活动中得到了广泛应用，并成为实现精准农业的核心技术之一。在这一领域，路径跟踪控制是提升农机自主导航系统精度和稳定性的关键环节。因此，开发高效的路径跟踪控制策略对于增强农业机械的跟踪精度和鲁棒性至关重要。
2、滑模控制作为一种广泛使用的非线性不确定系统的鲁棒控制策略，以其实现简便、动态响应迅速和强大的抗干扰能力而受到青睐，许多研究者选择滑模控制来解决农业机械的路径跟踪问题。
3、然而大多数的滑模控制算法通常为一阶滑模算法，对于传统的一阶滑模算法，不可避免的抖振现象是一个重大问题。这种现象不仅在实际应用中对执行器有害，而且可能对控制系统的稳定性构成挑战。二阶滑模控制可以有效的减轻抖振，能够实现有限时间收敛，提高了控制的准确性和可靠性，支持农业机械更快地适应复杂的环境。目前二阶滑模控制算法已被应用于提升农业机械的路径跟踪精度，但由于未考虑输入时延的影响，导致在具有较大输入信号延迟的情况下跟踪精度显著降低。并且由于未知时延的难以测量问题，无人农机的精确控制难以实现。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法：
4、设计输入时延估计器，对未知的输入时延进行在线估计：
5、
6、其中，是输入时延估计器的估计值，τ是输入时延的实际值，为控制输入在预测延迟和真实延迟下的误差，为控制输入在预测延迟和人为给定延迟下的误差，且ρ是正常数，ξ是时间常数，即给定的人为延迟；
7、基于所述输入时延估计器，构造适用于未知输入时延的补偿系统：
8、
9、其中，λ表示补偿系统，u(t)为无输入时延的控制输入，p1和b0为正常数，sign(λ)为符号函数，为预测延迟的控制输入；
10、由所述补偿系统构建无输入时延的新型二阶滑模系统，结合二阶滑模控制器的补偿量v，设计无人驾驶农机路径跟踪新型复合二阶滑模控制器，控制实际作业中的无人农业机械跟踪期望路径；
11、所述新型复合二阶滑模控制器为：
12、u(t)＝-β2sign(|s2|2α·sign(s2)+β1|s1|α·sign(s1))+v
13、其中，α、β1和β2为正常数，s1表示横向偏差，s2表示通过补偿系统补偿的横向偏差导数。
14、进一步地，还包括：依据无人驾驶农业机械的运动特性，构建包含输入时延特征的横向偏差和航向偏差的偏差动态模型，并定义无人驾驶农业机械路径跟踪过程的状态变量。
15、更进一步地，所述包含输入时延特征的横向偏差和航向偏差的偏差动态模型为：
16、
17、其中，le、θe分别表示无人农业机械跟踪期望路径时产生的横向偏差与航向偏差，v为无人农业机械的纵向速度，δ为无人农业机械的方向参数，lt为无人农业机械前后轮之间的轴距，ct为期望路径上在t时刻位置的曲率半径，στ为具有输入时延的延迟控制转向角，u(t-τ)是在当前时刻t的基础上延迟时间τ的控制输入。
18、更进一步地，输入时延估计器的代价函数为：
19、更进一步地，所述无输入时延的新型二阶滑模系统为：
20、
21、其中，横向偏差s1＝s＝le，已通过补偿系统λ补偿的横向偏差导数二阶滑模控制器在实际时延和估计时延下的误差a(t，x)为有界函数，具体表示为其中ω为系统建模中的不确定性，视为未知扰动。
22、进一步地，所述控制器补偿量为：
23、
24、其中，k是正常数，arctan(kλ)表示反正切函数。
25、一种考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制系统，包括：
26、上位机，实现所述控制方法，并写入处理器单元；
27、路径规划单元，负责规划无人农业机械的理想行驶路径；
28、导航定位系统，用于不间断地获取无人农业机械的即时位置信息；
29、通信单元，负责协调农业机械内部各部件之间的数据通信；
30、处理器单元，负责收集控制方法所需的状态变量，并通过控制方法输出相应的控制指令；
31、车辆控制单元，负责执行农业机械的指令。
32、上述技术方案中，所述上位机包括：
33、二阶滑模控制模块，用于设计新型复合二阶滑模控制器，在存在输入延迟的环境中，确保农业机械的横向偏差和航向偏差在有限时间内快速收敛；
34、输入时延估计器模块，用于对未知的输入时延进行在线估计；
35、辅助补偿系统模块，用于补偿输入时延引起的系统控制偏差，对输入延迟条件下的二阶滑模控制模块进行实时的补偿调整；
36、偏差转换模块，将农业机械的当前位置坐标与最近的预定路径坐标点之间的差异转换为横向偏差和航向偏差；
37、信号延迟处理模块，对收集到的信号进行缓冲和延迟处理，以得到给定延迟时间的控制信号。
38、本专利技术所实现的有益效果在于：
39、1、本专利技术使用了输入时延估计器解决未知输入时延难以测量的问题，输入时延估计器考虑了二阶控制器的不连续性，从而避免了对控制器进行微分的需求，有效地解决了二阶滑模系统中估计未知延迟的挑战。
40、2、本专利技术通过输入延迟估计器构建适用于未知输入时延的辅助补偿系统，通过辅助补偿系统构建了一种新型二阶滑模模型，以适应系统的固有输入延迟和不确定性，这有助于解决具有未知输入延迟和不确定性农业机械的路径跟踪问题。
41、3、本专利技术使用考虑输入时延的二阶滑模控制，不仅抵消了由于未知输入时延带来的不利影响，同时保证了农业机械的硬件安全，改善了考虑输入时延下无人驾驶农业机械的跟踪精度。
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1.一种考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，还包括：依据无人驾驶农业机械的运动特性，构建包含输入时延特征的横向偏差和航向偏差的偏差动态模型，并定义无人驾驶农业机械路径跟踪过程的状态变量。
3.根据权利要求2所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，所述包含输入时延特征的横向偏差和航向偏差的偏差动态模型为：
4.根据权利要求3所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，输入时延估计器的代价函数为：
5.根据权利要求3所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，所述无输入时延的新型二阶滑模系统为：
6.根据权利要求1所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，所述控制器补偿量为：
7.一种实现权利要求1-6任一项所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法的系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要
...【技术特征摘要】
1.一种考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，还包括：依据无人驾驶农业机械的运动特性，构建包含输入时延特征的横向偏差和航向偏差的偏差动态模型，并定义无人驾驶农业机械路径跟踪过程的状态变量。
3.根据权利要求2所述的考虑输入时延的无人农机二阶滑模路径跟踪控制方法，其特征在于，所述包含输入时延特征的横向偏差和航向偏差的偏差动态模型为：
4.根据权利要求3所述的考虑输入时延的无人...
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