飞机牵引车无人驾驶控制系统研究
飞机在停机时常常需要在机库、廊桥、停机坪和维修车间等范围内移动，这个过程一般由手动操作的飞机牵引车完成。飞机牵引过程中的效率与安全性依赖于操作人员的操作经验与熟练度，反复的位置调整导致飞机牵引车的操作过程繁琐、工作效率低下，急需有效提高牵引车移动精确性及工作效率的方法。伴随无人驾驶技术的发展及应用，本文通过研究飞机牵引车的无人驾驶控制技术以提高飞机牵引车的运营效率与安全性，对提升飞机牵引过程管理安全性和智能化水平具有重要的意义。 以自行研发的10t飞机牵引车为对象，分析飞机牵引车的工况和无人驾驶的技术要求，提出基于北斗导航的飞机牵引车定位和导航方案，并对无人驾驶控制系统硬件平台进行方案设计，为后续牵引车无人驾驶控制系统的实现奠定基础。建立飞机牵引车运动学模型，并以此推导出无人驾驶飞机牵引车的运动控制参数与左右驱动轮目标转速的数学模型，结合飞机起落架左右转向角度范围限制，确定了带载后的牵引车的最小转弯半径。针对飞机牵引车的工况需求，提出改进A*算法，在路径规划时进行防碰撞处理与转弯半径限制等，使所规划路径平滑且保证飞机牵引车牵引工作过程的安全性，并采用ADAMS仿真实验验证所提改进A*算法的有效性。根据控制目标与牵引过程的运动约束设计目标函数与约束条件，完成了基于MPC算法的轨迹跟踪控制器设计。采用ADAMS与MATLAB/Simulink软件构建飞机牵引车的联合仿真模型，对MPC控制器不同控制参数的控制效果进行仿真分析，得到了匹配飞机牵引车-飞机系统的优化控制参数；在转向场景和直线避障场景的轨迹跟踪仿真实验结果与目标轨迹的标准差分别为0.1455m和0.1283m，验证了所设计的轨迹跟踪控制器具有较好的精度及可行性。对10t飞机牵引车控制系统进行改造，设计通讯模块、GPS接收及其通信模块，搭建了无人驾驶飞机牵引车实验平台。通过GPS坐标转换，采用北斗导航模块在试验场地上构建了数字地图，并进行转弯和直线避障行驶两种工况下的样机试验，结果表明弯道转向场景的实验轨迹与规划轨迹的标准差为0.4566m，直线避障场景的实验轨迹标准差为0.1285m，验证了本文所设计的飞机牵引车无人驾驶控制系统的正确性。 本文提出用改进A*算法进行全局轨迹规划及MPC算法进行轨迹跟踪，实现了飞机牵引车的无人驾驶功能，为推进飞机牵引车的智能化控制研究奠定基础。
飞机牵引车;无人驾驶控制系统;轨迹跟踪控制器;北斗导航模块;全局轨迹规划
长安大学
硕士
机械电子工程
张军
2022
中文
V351.34
2023-07-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）