Алгоритм MPC, ориентированный на эффективность, для отслеживания траектории автономной сельскохозяйственной техники

Алгоритмы управления отслеживанием траектории в сельском хозяйстве обычно сосредоточены на повышении точности отслеживания траектории автономной сельскохозяйственной техникой, тогда как производительность сельскохозяйственных работ оптимизируется с использованием двухуровневого подхода. Верхний операционный уровень оптимизирует траекторию движения, обеспечивающую наивысшую производительность сельскохозяйственных работ, а нижний уровень управления — например, нелинейное модельно-предиктивное управление (NMPC) — сначала получает эту оптимизированную траекторию, а затем направляет машину для ее высокоточного отслеживания. Однако такая двухуровневая структура не позволяет повышать производительность сельскохозяйственных работ в реальном времени на уровне управления, вследствие чего сельскохозяйственная операция остается субоптимальной. В настоящей работе операционная эффективность сельскохозяйственной техники рассматривается как показатель производительности сельскохозяйственных работ. Для реализации оптимизирующего управления, направленного на дальнейшее повышение операционной эффективности сельскохозяйственной техники, предложен новый алгоритм управления отслеживанием траектории, названный модельно-предиктивным управлением, ориентированным на эффективность (EfiMPC). EfiMPC имеет внутреннюю вложенную структуру, позволяющую в реальном времени учитывать на уровне управления глобальные характеристики всей системы, определенные на операционном уровне, — в частности, рассматриваемую в данной работе операционную эффективность сельскохозяйственной техники. Благодаря этому операционная эффективность сельскохозяйственной техники может повышаться непосредственно в процессе выполнения сельскохозяйственных работ. Для представления целевого показателя операционной эффективности сельскохозяйственной техники в режиме скользящего горизонта предложена недостижимая точка отслеживания, обозначенная как псевдоточка. EfiMPC использует эту псевдоточку для реализации оптимизирующего управления в реальном времени. Для оценки преимуществ предложенного алгоритма EfiMPC проведено имитационное исследование. Результаты показывают, что по сравнению с традиционным алгоритмом NMPC EfiMPC повысил операционную эффективность сельскохозяйственной техники на 8,56%, что подтверждает его эффективность.