【摘要】：拖拉機(jī)自動導(dǎo)航系統(tǒng)是智能化農(nóng)機(jī)裝備領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),它有助于提高生產(chǎn)效率、改善作業(yè)精度,符合土地規(guī)�；鳂I(yè)需求。針對前期研究存在的導(dǎo)航控制器魯棒性差、路徑跟蹤算法自適應(yīng)能力不足等問題,本文重點(diǎn)研究自動導(dǎo)航系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法,具體研究內(nèi)容如下:1.導(dǎo)航末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)自適應(yīng)滑�？刂扑惴�。為解決導(dǎo)航末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)在機(jī)械間隙、死區(qū)、摩擦等非線性干擾條件下的控制問題,研究被控對象的數(shù)學(xué)模型,基于指數(shù)趨近律設(shè)計離散滑�？刂扑惴�,設(shè)計在線干擾補(bǔ)償器對不確定干擾進(jìn)行辨識和補(bǔ)償,進(jìn)而實現(xiàn)對導(dǎo)航末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)控制。仿真結(jié)果表明,該方法解決了傳統(tǒng)滑模控制器存在的抖振問題,可以有效抵抗外界非線性干擾,提高系統(tǒng)魯棒性。2.前輪轉(zhuǎn)角多傳感器數(shù)據(jù)融合測量方法。為解決前輪轉(zhuǎn)角傳感器故障率高導(dǎo)致的控制失常問題,深入分析拖拉機(jī)動態(tài)轉(zhuǎn)向特征,建立車身姿態(tài)信息與前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系,基于常規(guī)卡爾曼濾波算法和魯棒加權(quán)觀測融合卡爾曼濾波算法設(shè)計一種新的混合卡爾曼器結(jié)構(gòu),用于實現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)角的多傳感器數(shù)據(jù)融合測量。試驗結(jié)果表明,當(dāng)前輪轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)生故障時,該算法自動切換為融合測量輸出,最大估計誤差為0.23°,均方根誤差為0.13°,提高了導(dǎo)航控制器對外界干擾的自適應(yīng)能力。3.改進(jìn)純追蹤算法。為解決傳統(tǒng)純追蹤算法對作業(yè)速度自適應(yīng)能力差的問題,基于人群搜索算法(SOA,Seeker Optimization Algorithm)提出了一種改進(jìn)純追蹤算法,使前視距離可以依據(jù)適應(yīng)度函數(shù)動態(tài)調(diào)整。對比仿真結(jié)果表明,在車速動態(tài)變化的情況下,改進(jìn)純追蹤算法有助于提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力,減小路徑跟蹤誤差。4.實時動態(tài)尋優(yōu)上線軌跡規(guī)劃方法。為解決前期路徑跟蹤算法上線距離較長,且在上線點(diǎn)附近控制精度差的問題,采用實時動態(tài)軌跡規(guī)劃技術(shù)改進(jìn)路徑跟蹤控制方法。考慮車輛運(yùn)動學(xué)約束,把最優(yōu)軌跡規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為B樣條控制點(diǎn)參數(shù)優(yōu)化問題,通過量子遺傳算法對控制點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu),從而求得滿足要求的可行駛軌跡。仿真結(jié)果表明:該算法可適用于多種作業(yè)工況,且收斂速度快,能夠滿足實時規(guī)劃要求。5.位姿雙閉環(huán)串級滑模路徑跟蹤控制方法。為了進(jìn)一步提高路徑跟蹤算法的自適應(yīng)能力,基于雙曲正切函數(shù)設(shè)計由航向控制器和位置控制器組成的內(nèi)外環(huán)滑模路徑跟蹤控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明,該算法可以自適應(yīng)調(diào)整車輛的速度和橫擺角速度,使車輛快速、準(zhǔn)確的跟蹤期望軌跡。6.自動導(dǎo)航系統(tǒng)研發(fā)與田間試驗。為了從田間試驗角度論證算法的正確性,進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計,開發(fā)M1004輪式拖拉機(jī)和NF-752履帶拖拉機(jī)導(dǎo)航試驗平臺。路徑跟蹤試驗結(jié)果表明,在不同作業(yè)速度條件下,輪式和履帶式拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的最大直線跟蹤誤差分別為3.2cm和3.3cm,最大均方根誤差分別為1.3cm和1.8cm;改進(jìn)純追蹤算法的最大曲線跟蹤誤差為10.0cm,均方根誤差為6.0cm;雙環(huán)滑模路徑跟蹤算法的最大曲線跟蹤誤差為9.0cm,均方根誤差為4.0cm。由試驗數(shù)據(jù)可知,本文提出的自適應(yīng)控制方法能夠滿足田間導(dǎo)航作業(yè)需求。
【圖文】：

［４－Ａ并在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行了推廣和應(yīng)用。現(xiàn)在商用的自動導(dǎo)航系統(tǒng)一般由衛(wèi)星定位系統(tǒng)、逡逑顯示終端、導(dǎo)航控制器、前輪角度傳感器及液壓閥組（或電動方向盤）五部分組成，其中比較有逡逑代表性的是Ｔｒｉｍｂｌｅ公司研發(fā)的Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ系列農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航系統(tǒng)，如圖１－２所示。自走式農(nóng)業(yè)機(jī)逡逑械安裝該系統(tǒng)后將具備一定的自動駕駛能力，，有助于提高農(nóng)機(jī)的可操控性和作業(yè)質(zhì)量。逡逑Ｈｙｄｒａｕｌｉｋｖｅｎｔｉｌ逡逑Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｃｏｎｕｏｌｉｅｒ邐Ｆ邋＾逡逑＾＾Ｊ＾＾ｕｊｎｋｗｉｎｋｅｌｓｅｎｓｏｒ逡逑圖１－邋２邋Ｔｒｉｍｂｌｅ邋Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ系列農(nóng)機(jī)自動導(dǎo)航系統(tǒng)逡逑２逡逑

＋邐？—１逡逑７＂，煞卞黎撕逡逑圖１－４邋ＡｕｔｏＴｒａｃ？品牌自動導(dǎo)航產(chǎn)品逡逑拓普康農(nóng)機(jī)自動駕駛系統(tǒng)ｓｙＳｔｅｍｌ５０也采用電動轉(zhuǎn)向方向盤控制轉(zhuǎn)向，不需要改動原車液壓逡逑轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，具有安裝和保修方便的優(yōu)點(diǎn)。但是該導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入中國市場較晚，市場占有率不高。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S219.03

【參考文獻(xiàn)】

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1 蔣

本文編號：2595138