發(fā)布時(shí)間：2017-10-18 20:07

  本文關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)導(dǎo)航多模變結(jié)構(gòu)智能控制方法研究

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【摘要】：農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)是現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要的組成部分,作為農(nóng)業(yè)自動(dòng)化裝備的關(guān)鍵技術(shù)之一,已成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以拖拉機(jī)、水稻插秧機(jī)、開(kāi)溝鋪管機(jī)這三種典型農(nóng)業(yè)機(jī)械為研究對(duì)象,利用GNSS技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)及計(jì)算機(jī)分布控制技術(shù),構(gòu)建基于農(nóng)機(jī)CAN總線的傳感器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),采用多模變結(jié)構(gòu)智能控制技術(shù)與方法,開(kāi)展農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)與裝備的研究,具體研究?jī)?nèi)容如下：(1)對(duì)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)行研究。為了較好描述農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)特征,對(duì)農(nóng)機(jī)狀態(tài)變量和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的推導(dǎo)進(jìn)行了研究,建立農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并在運(yùn)動(dòng)學(xué)模型基礎(chǔ)上,確立了基礎(chǔ)的導(dǎo)航控制規(guī)則,為典型農(nóng)機(jī)平臺(tái)智能控制技術(shù)的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ);深入研究了衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的原理與方法,自主研制了兼容北斗/GPS/GLONASS三系統(tǒng)的GNSS定位模塊,并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,該定位模塊在RTK定位方式下,水平定位精度(RMS)優(yōu)于lcm；在熟悉了國(guó)際農(nóng)機(jī)CAN總線數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對(duì)CAN總線通訊信息幀進(jìn)行了詳細(xì)的分析。(2)農(nóng)機(jī)田間作業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,針對(duì)農(nóng)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航的多模態(tài)特點(diǎn),引入多模變結(jié)構(gòu)控制思想,將多種智能控制技術(shù)與方法相融合,充分利用各自的特點(diǎn),進(jìn)行導(dǎo)航控制方法的研究。由于農(nóng)機(jī)導(dǎo)航作業(yè)過(guò)程的時(shí)變性和不確定性,提出多模變結(jié)構(gòu)智能控制策略,對(duì)多模變結(jié)構(gòu)智能控制理論進(jìn)行了深入研究；系統(tǒng)研究了模糊控制理論與方法、自調(diào)整模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)辨識(shí)與自適應(yīng)控制技術(shù),并開(kāi)展了典型農(nóng)機(jī)導(dǎo)航的應(yīng)用研究。(3)研究了模型參考自適應(yīng)導(dǎo)航控制方法,針對(duì)輪式拖拉機(jī)導(dǎo)航作業(yè)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了模糊自適應(yīng)導(dǎo)航控制器；采用卡爾曼狀態(tài)重構(gòu)濾波方法,對(duì)航向數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)濾波處理；開(kāi)發(fā)了拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng),詳細(xì)介紹了拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)手動(dòng)／自動(dòng)電液控制改造,研制了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器和前輪轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感系統(tǒng);開(kāi)發(fā)了導(dǎo)航路徑跟蹤與控制軟件系統(tǒng),并進(jìn)行單機(jī)與田間作業(yè)試驗(yàn)研究。拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定,直線作業(yè)偏差小于5cm,滿足精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)的需求。(4)針對(duì)水田作業(yè)易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,研究了插秧機(jī)作業(yè)打滑識(shí)別與自校正導(dǎo)航控制方法,并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)研究；開(kāi)展了插秧機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制技術(shù)的研究,對(duì)插秧機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行電控改造,設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角檢測(cè)傳感系統(tǒng)；研制了基于CAN總線的自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng),并進(jìn)行了路面與水田作業(yè)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,在車輛行進(jìn)速度不大于0.6m/s時(shí),跟蹤最大誤差小于10cm,可以滿足插秧機(jī)自動(dòng)對(duì)行的精度要求。(5)研究了多模態(tài)自調(diào)整模糊控制方法,并設(shè)計(jì)了自調(diào)整導(dǎo)航控制規(guī)則,研制了開(kāi)溝鋪管機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng),為開(kāi)溝鋪管機(jī)作業(yè)質(zhì)量提供了技術(shù)保障。對(duì)開(kāi)溝鋪管機(jī)履帶式行走系統(tǒng)進(jìn)行了可手動(dòng)／自動(dòng)切換的電控改造,并對(duì)行走控制電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明；開(kāi)發(fā)了車載控制器及導(dǎo)航軟件系統(tǒng),并進(jìn)行田間作業(yè)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,在車輛行進(jìn)速度不大于0.5m/s時(shí),直線跟蹤誤差小于10cm,完全滿足開(kāi)溝鋪管機(jī)自動(dòng)對(duì)行的精度要求。
【關(guān)鍵詞】：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航 多模變結(jié)構(gòu)智能控制 模糊控制
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S220
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 圖目錄11-14
• 表目錄14-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 研究目的和意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線21-23
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 技術(shù)路線22-23
• 1.4 本章小結(jié)23-24
• 第二章 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航基礎(chǔ)理論24-41
• 2.1 引言24
• 2.2 農(nóng)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型24-29
• 2.2.1 模型標(biāo)記說(shuō)明24-25
• 2.2.2 狀態(tài)空間模型推導(dǎo)25-28
• 2.2.3 控制規(guī)則設(shè)計(jì)28-29
• 2.3 衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理29-38
• 2.3.1 GNSS系統(tǒng)組成與定位原理29-30
• 2.3.2 差分GNSS技術(shù)30-33
• 2.3.3 農(nóng)機(jī)定位模塊研制與試驗(yàn)研究33-35
• 2.3.4 GNSS通訊協(xié)議35-36
• 2.3.5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換36-38
• 2.4 農(nóng)機(jī)CAN總線通訊協(xié)議38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 多模變結(jié)構(gòu)智能控制原理41-53
• 3.1 引言41
• 3.2 多模變結(jié)構(gòu)智能控制41-43
• 3.2.1 基本思想41-42
• 3.2.2 多模變結(jié)構(gòu)智能控制器設(shè)計(jì)42
• 3.2.3 多模變結(jié)構(gòu)智能控制規(guī)則設(shè)計(jì)42-43
• 3.3 自調(diào)整模糊控制43-48
• 3.3.1 模糊控制系統(tǒng)的組成43-44
• 3.3.2 模糊控制器設(shè)計(jì)44-47
• 3.3.3 自調(diào)整因子模糊控制器47
• 3.3.4 自調(diào)整函數(shù)模糊控制規(guī)則47-48
• 3.4 模型參考模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)48-51
• 3.4.1 MRAS系統(tǒng)48-49
• 3.4.2 MRFAS系統(tǒng)控制算法49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第四章 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航多模變結(jié)構(gòu)智能控制方法53-67
• 4.1 引言53
• 4.2 模型參考自適應(yīng)導(dǎo)航控制53-57
• 4.2.1 基本思想53-54
• 4.2.2 模糊自適應(yīng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)54-56
• 4.2.3 仿真分析56-57
• 4.3 滑動(dòng)自校正導(dǎo)航控制57-61
• 4.3.1 滑動(dòng)模型57-58
• 4.3.2 模型驗(yàn)證58-59
• 4.3.3 滑動(dòng)檢測(cè)59
• 4.3.4 滑動(dòng)自校正控制59-60
• 4.3.5 仿真分析60-61
• 4.4 多模態(tài)自調(diào)整模糊控制61-64
• 4.4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型61-62
• 4.4.2 多模態(tài)自調(diào)整模糊控制器62-63
• 4.4.3 仿真分析63-64
• 4.5 卡爾曼狀態(tài)重構(gòu)濾波方法64-66
• 4.5.1 數(shù)字濾波64-65
• 4.5.2 卡爾曼狀態(tài)重構(gòu)方法65
• 4.5.3 模擬信號(hào)處理65-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第五章 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航智能控制系統(tǒng)67-84
• 5.1 引言67
• 5.2 拖拉機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)67-71
• 5.2.1 拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電液改造67-68
• 5.2.2 前輪轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法68-69
• 5.2.3 轉(zhuǎn)向控制器設(shè)計(jì)69-70
• 5.2.4 拖拉機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)70
• 5.2.5 路徑規(guī)劃與路徑跟蹤軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)70-71
• 5.3 插秧機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)71-76
• 5.3.1 水稻插秧機(jī)平臺(tái)71-72
• 5.3.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電控改造72-74
• 5.3.3 轉(zhuǎn)向角度檢測(cè)74-75
• 5.3.4 插秧機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)集成75-76
• 5.4 開(kāi)溝鋪管機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)76-82
• 5.4.1 開(kāi)溝鋪管機(jī)平臺(tái)76-78
• 5.4.2 履帶式行走系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)78-80
• 5.4.3 開(kāi)溝鋪管機(jī)導(dǎo)航控制系統(tǒng)80-81
• 5.4.4 導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)81-82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第六章 農(nóng)機(jī)導(dǎo)航多模變結(jié)構(gòu)智能控制方法試驗(yàn)驗(yàn)證84-98
• 6.1 引言84
• 6.2 模型參考自適應(yīng)導(dǎo)航控制試驗(yàn)84-88
• 6.2.1 田間單機(jī)試驗(yàn)84-86
• 6.2.2 田間作業(yè)試驗(yàn)86-88
• 6.3 滑動(dòng)自校正導(dǎo)航控制試驗(yàn)88-92
• 6.3.1 柏油路面試驗(yàn)88-90
• 6.3.2 田間試驗(yàn)90-92
• 6.4 多模態(tài)自調(diào)整模糊控制導(dǎo)航試驗(yàn)92-97
• 6.4.1 試驗(yàn)條件92-93
• 6.4.2 試驗(yàn)步驟93-94
• 6.4.3 單一模態(tài)控制試驗(yàn)分析94-95
• 6.4.4 多模態(tài)自調(diào)整控制試驗(yàn)分析95-97
• 6.5 本章小結(jié)97-98
• 結(jié)論與展望98-100
• 1 結(jié)論98-99
• 2 對(duì)今后工作的展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-105
• 致謝105-106
• 作者簡(jiǎn)介106-10

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本文編號(hào)：1056883