【摘要】：插秧機(jī)是提高作業(yè)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)機(jī)械化最重要的農(nóng)業(yè)機(jī)械。農(nóng)業(yè)機(jī)械的未來(lái)必然是向智能化方向發(fā)展。自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制技術(shù)是自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù),也是當(dāng)今智能化領(lǐng)域當(dāng)中主要的研究課題之一,是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)插秧的重要手段,它不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,而且有效提高了水稻栽插質(zhì)量。作為自動(dòng)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù),插秧機(jī)轉(zhuǎn)向的性能好壞直接影響自動(dòng)導(dǎo)航的行走精度。因此,本課題根據(jù)插秧機(jī)在田間作業(yè)時(shí)的工況的復(fù)雜性及精度要求較高的特點(diǎn),對(duì)插秧機(jī)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。主要的研究?jī)?nèi)容如下:首先,依據(jù)插秧機(jī)田間轉(zhuǎn)向的難點(diǎn)深入分析了插秧機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制原理,簡(jiǎn)化了插秧機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,提出了插秧機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的設(shè)計(jì)要求,綜合分析了五種可行的轉(zhuǎn)向控制方案優(yōu)缺點(diǎn),選定直流伺服電機(jī)齒輪傳動(dòng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向柱的轉(zhuǎn)向方案。伺服電機(jī)型號(hào)采用maxon公司生產(chǎn)的RE50,編碼器型為EPOS2 70/10,并對(duì)其相關(guān)組成硬件進(jìn)行了選型和購(gòu)買(mǎi),設(shè)計(jì)安裝電機(jī)支架,完成轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的改造和安裝。其次,針對(duì)水田坑洼不平的、復(fù)雜環(huán)境的情況下,插秧機(jī)在田間行走時(shí)具有較強(qiáng)的非線性和不確定性,以及在偏差較小時(shí)出現(xiàn)控制精度較低等情況,本文在模糊PID控制的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了復(fù)合模糊自適應(yīng)PID控制器,采用MATLAB/simulink軟件對(duì)不同轉(zhuǎn)向角度下的PID算法和復(fù)合模糊PID算法進(jìn)行了仿真分析。通過(guò)分析對(duì)比,復(fù)合模糊PID算法能夠很好的滿足自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的要求,能實(shí)現(xiàn)偏差過(guò)大時(shí)實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié),偏差較小時(shí)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié),提高自動(dòng)轉(zhuǎn)向的精準(zhǔn)度,解決了不會(huì)因偏差范圍過(guò)大使系統(tǒng)產(chǎn)生靜態(tài)偏差的問(wèn)題。最后,為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)方案及算法的可行性,進(jìn)行了系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建,前輪轉(zhuǎn)角標(biāo)定試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)。通過(guò)在PID控制算法下和復(fù)合模糊PID控制算法下轉(zhuǎn)角跟蹤的臺(tái)架試驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了復(fù)合模糊PID控制滿足自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制性能要求,響應(yīng)速度快,穩(wěn)定,減小了超調(diào)量。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP273;S223.91
【圖文】：

圖 1-1 Case7220 自動(dòng)駕駛平臺(tái)及轉(zhuǎn)向控制原理圖Fig.1-1 Case7220 Autopilot platform and steering Control principle Diagramoshisada 以水稻移栽機(jī)為研究平臺(tái)對(duì)其轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改裝，他以直流動(dòng)力源，通過(guò)同步齒形帶作為傳輸裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)，采用角度絕對(duì)式于測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并作為反饋裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)插秧機(jī)轉(zhuǎn)角并發(fā)送給上磁離合器作為樞紐連接電機(jī)和同步帶，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向和人工轉(zhuǎn)向的變換[homas 等人研發(fā)了一種四輪智能轉(zhuǎn)向農(nóng)用機(jī)械平臺(tái)，他們分別在四個(gè)車(chē)輪上無(wú)刷直流電機(jī)，通過(guò)減速器直接帶動(dòng)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，而轉(zhuǎn)角信號(hào)則電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的編碼器提供。通過(guò)試驗(yàn)得出該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)滿足了田間轉(zhuǎn)向性能要求。該農(nóng)用機(jī)械平臺(tái)在 0.2m/s 的低速 路徑跟蹤試驗(yàn) 中， 橫向偏差-1.6cm 之間。在 1.6m/s 的高速行駛中，橫向偏差在 7.9cm-10.7cm 之間[13]。ubramanian 等以 John Deere 6410 拖拉機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，以機(jī)器視覺(jué)和激光雷定位方式，該方法很好的避免了 GPS在工作時(shí)避障不靈活的問(wèn)題。該操縱造在原轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，并聯(lián)了一個(gè)比例伺服閥，編碼器作為反饋裝置實(shí)

降低了自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精度[22]。李俊嶺等以日本久保田SPU-60 型水稻插秧機(jī)為研究平臺(tái)，在保證原有轉(zhuǎn)向機(jī)變情況下，以在方向盤(pán)上安裝 BL92 型無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)鏈傳動(dòng)接減速增扭裝置和方向盤(pán)，實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的改造，前輪轉(zhuǎn)角信息對(duì)式編碼器測(cè)量，并通過(guò)單片機(jī)讀取[23]。此方法在快速轉(zhuǎn)向時(shí)，瞬時(shí)傳動(dòng)比不高速時(shí)傳動(dòng)不平穩(wěn)，制造成本高，手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)向切換時(shí)需人工切換比較麻煩陳文良等人以鐵牛 654 拖拉機(jī)為研究對(duì)象，提出了一套電控液壓助力轉(zhuǎn)向控，此自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)在不改變?cè)修D(zhuǎn)向方式的情況下，并聯(lián)了一套全液壓轉(zhuǎn)器，全液壓轉(zhuǎn)向控制器以步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向油缸的定向和定量，拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，兩位三通電磁換向閥則作為手動(dòng)轉(zhuǎn)向和自動(dòng)轉(zhuǎn)向之間的切換。

【參考文獻(xiàn)】

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1 胡靜濤;高雷;白曉平;李逃昌;劉曉光;;農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)研究進(jìn)展[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年10期

2 申焱華;李艷紅;金純;;電驅(qū)動(dòng)鉸接式工程車(chē)輛操縱穩(wěn)定性控制分析[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2013年12期

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本文編號(hào)：2714012