【摘要】：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展方向,能大程度提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)是實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一,廣泛用于耕作、播種、施肥、噴藥、收獲等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)化改造、位姿測(cè)量方法、導(dǎo)航路徑跟蹤控制算法等是實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù),展開(kāi)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究具有重要意義。本文在對(duì)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)介紹的基礎(chǔ)上,主要針對(duì)拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、農(nóng)機(jī)定位方法以及導(dǎo)航路徑跟蹤控制算法進(jìn)行深入研究。首先,針對(duì)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)提出轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)向改造方案,對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向改造核心元件——自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制閥組進(jìn)行設(shè)計(jì)。建立液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。搭建轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AMESim仿真模型對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行仿真分析。設(shè)計(jì)PID轉(zhuǎn)向控制方法提高自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度,滿足拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求。然后,綜合各種定位方法,采用差分增強(qiáng)的衛(wèi)星定位方法用于拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的定位需要。對(duì)導(dǎo)航路徑跟蹤控制算法進(jìn)行研究,著重對(duì)直角坐標(biāo)系下的直線純追蹤和極坐標(biāo)系下的曲線純追蹤進(jìn)行研究,并建立路徑跟蹤模型。分別建立直角坐標(biāo)系下和極坐標(biāo)系下簡(jiǎn)化二輪車(chē)運(yùn)動(dòng)模型,用于路徑跟蹤仿真。建立Simulink仿真模型,對(duì)直線純追蹤模型和曲線純追蹤模型的仿真分析和優(yōu)化。最后,針對(duì)依照自動(dòng)轉(zhuǎn)向改造方案,使用設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)拖拉機(jī)進(jìn)行自動(dòng)轉(zhuǎn)向改造,并進(jìn)行轉(zhuǎn)向試驗(yàn)和農(nóng)田導(dǎo)航試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)向迅速準(zhǔn)確,且路徑跟蹤誤差小于5cm,滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的要求。本文針對(duì)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)化改造而設(shè)計(jì)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制閥組對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械以及相關(guān)液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)具有重要的參考意義。此外針對(duì)極坐標(biāo)系下曲線純追蹤的研究對(duì)曲線導(dǎo)航設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

拖拉機(jī)期望轉(zhuǎn)角給自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)角指令。同時(shí)采用角度傳感器實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角信號(hào)，并與期望轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，然后實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制信號(hào)，直至得到滿足精度要求的拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。圖 3-2 為并聯(lián)轉(zhuǎn)向控制閥組后的自動(dòng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制原理圖。期望轉(zhuǎn)角控制器 放大器轉(zhuǎn)向油缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際轉(zhuǎn)角電磁比例閥油源圖 3-2 拖拉機(jī)液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制原理圖這里采用的是力士樂(lè)角度傳感器，具體型號(hào)為：R983055892 ANGLESENSORPOSITIVE +/-44°DEG，見(jiàn)圖 3-3，所設(shè)計(jì)的傳感器安裝座見(jiàn)圖 3-4。角度傳感器輸出信號(hào)值與拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系，與轉(zhuǎn)向角成一定比例關(guān)系，見(jiàn)圖 3-5。

拖拉機(jī)期望轉(zhuǎn)角給自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)執(zhí)行轉(zhuǎn)角指令。同時(shí)采用角度傳感器實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角信號(hào)，并與期望轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，然后實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制信號(hào)，直至得到滿足精度要求的拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。圖 3-2 為并聯(lián)轉(zhuǎn)向控制閥組后的自動(dòng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制原理圖。期望轉(zhuǎn)角控制器 放大器轉(zhuǎn)向油缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際轉(zhuǎn)角電磁比例閥油源圖 3-2 拖拉機(jī)液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制原理圖這里采用的是力士樂(lè)角度傳感器，具體型號(hào)為：R983055892 ANGLESENSORPOSITIVE +/-44°DEG，，見(jiàn)圖 3-3，所設(shè)計(jì)的傳感器安裝座見(jiàn)圖 3-4。角度傳感器輸出信號(hào)值與拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系，與轉(zhuǎn)向角成一定比例關(guān)系，見(jiàn)圖 3-5。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S219

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2592909