自动控制技术在农业车辆导航系统中的研究进展初探

农业车辆自动控制系统是一种重要的车辆导航系统,本文从转向机构以及控制方面阐述了农业车辆导航系统中控制技术的研究进展情况,且分析了3种基本转向方法。     

一种履带拖拉机自动导航转向控制方法

针对由于转向机制不同导致的自动导航系统无法在轮式与履带式拖拉机上通用的问题,提出了一种基于履带转速与虚拟驱动速度和虚拟转向角转换模型的控制方法。通过对轮式车辆中性转向二轮模型和履带车辆转向模型的分析,推导出履带车辆两侧履带卷绕速度与虚拟转向角和虚拟驱动速度的表达式,为自动导航驾驶系统构建完整的反馈控制。进行实车转向试验,采集数据,对提出的转换模型进行验证。结果显示,该转换模型下理论值与实际参考值具有很好的对应关系,该转向控制方法可行。      

农业车辆自动导航系统综述

农业车辆的自动控制系统是车辆导航系统的重要组成部分.为此,主要介绍了国内外农业车辆自动导航系统的发展现状,概述了环境感知、路径规划、车辆模型的建立与控制方法等车辆导航的主要研究内容,并对其关键问题进行了分析总结,旨在对农业车辆自动导航系统实际的研究、开发提供了新的思路与建议.     

农业自动导航系统移动试验平台的研制

为评价农业自动导航系统的稳定性和导航精度,大量的田间试验必不可少。若采用拖拉机、联合收获机等大型农业机械进行导航试验测试,在机械日常维护、控制系统开发及试验材料准备等方面的成本较高。为此,以易于操作的四轮电动车为车辆原型研制了用于农业自动导航系统测试的移动试验平台,其自动转向系统以直流电机为动力源,采用精密电位计测量前轮转向角。自动巡航系统由速度控制器监测实际车速,利用数字PID算法控制驱动电机的输出,保证试验平台以设定车速行驶。为便于接收导航系统的控制指令,基于CAN总线通信网络对各子系统进行模块化设计,预留CAN总线通信控制接口。试验测试表明:转向控制的角度分辨率小于0.4°、控制误差小于1.0°,自动巡航的速度控制误差小于0. 3m/s,控制精度和稳定性满足农业自动导航系统测试的基本要求。     

基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统

以ISO 11783协议作为系统数据通信的标准，开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统，该系统包括控制终端、GPS节点、电子罗盘节点、角度传感器节点及转向控制节点，其中控制节点采用比例参数可调节的自适应PID控制算法实现车辆的转向控制。通信测试结果表明，该系统能够实时可靠地采集多个传感器信息和传输控制指令。车辆导航实验结果表明，转向控制方法能够以较快的速度跟踪目标值，具有良好的控制效果。     

农业机械设备的自动转向装置集成系统设计

随着农业智能化的发展，自动驾驶农机与农业机械设备越来越多。本文结合农业机械设备自动转向控制系统的结构和性能，分析了农业机械设备的自动转向控制方法，设计并测试了综合自动转向集成装置控制器。仿真结果表明，当主电机发出目标角度时，自动转向控制装置可以稳定可靠地控制转向，具有良好的实现效果；对速度进行测试，从同一角度测试低、中、高角度速度的控制效果。结果表明，喷雾机可平稳、可靠到达目的地，且速度合理科学。     

无人驾驶铰接转向车辆路径跟踪控制研究综述

路径跟踪是无人驾驶技术的重要组成部分,是实现铰接转向车辆准确平稳自主行驶的关键,对提高铰接转向车辆在农业、林业、矿山及建筑等行业的作业效率和安全性具有重要意义。车辆模型构建、控制算法设计和算法验证评估是路径跟踪控制研究的基础,围绕这3方面阐述了铰接转向车辆路径跟踪控制研究的进展。首先回顾了铰接转向车辆的几何学模型、运动学模型和动力学模型,并讨论了各类模型在路径跟踪控制研究中的适用场景及局限性;在此基础上,阐述了铰接转向车辆路径跟踪控制算法的研究现状,对比并总结了每种算法的优缺点及适用范围,并进一步归纳了算法的验证与评估手段;最后展望了铰接转向车辆路径跟踪技术未来的研究重点及方向：考虑车辆动力学因素及模型参数动态时变特性的车辆建模研究;融合各类算法适应性并结合智能算法的多工况自适应控制算法设计;标准化、流程化的高保真仿真场景开发及集成准确性、稳定性、安全性等多性能的评估方法研究。     

履带车辆转向性能计算机仿真研究概况

履带车辆的转向性能是整车性能的重要评价指标，计算机仿真是研究转向性能的有效手段之一。首先分析了履带车辆转向性能的影响因素，然后从履带与地面的相互运动关系、转向阻力、仿真性能等方面对履带车辆转向性能仿真研究的现状进行综述。在此基础上，提出了履带车辆液压机械差速转向系统参数匹配、转向期间换挡规律、平稳转向性能、性能仿真模型、转向控制理论以及驾驶的遥控化与行驶自主化等履带车辆转向的研究思路。     

高速履带车辆静液驱动转向控制策略

为解决高速履带车辆静液驱动转向行驶控制问题，在对静液驱动履带车辆转向行驶理论分析基础上，得到了考虑转向安全性和系统最高承受压力影响的车速与相对转向半径间的相互制约关系。设计了高速履带车辆静液驱动转向控制策略，该转向控制策略由综合转向控制单元和泵、马达排量控制器相互配合实现。运用Matlab/Simulink软件对系统进行转向控制仿真分析，仿真结果表明该转向控制策略可在满足系统压力限制以及保证车辆不侧滑的条件下自动降低平均车速以保证驾驶员期望转向半径的准确实现。     

基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统

以ISO 11783协议作为系统数据通信的标准,开发了基于CAN总线的农业车辆自动导航控制系统,该系统包括控制终端、GPS节点、电子罗盘节点、角度传感器节点及转向控制节点,其中控制节点采用比例参数可调节的自适应PID控制算法实现车辆的转向控制.通信测试结果表明,该系统能够实时可靠地采集多个传感器信息和传输控制指令.车辆导航实验结果表明,转向控制方法能够以较快的速度跟踪目标值,具有良好的控制效果.     

履带车辆的转向控制

介绍了履带车辆由拉杆式转向操纵机构改为由方向盘控制的转向操纵机构的原理、方案和组成，试验证明该系统能很好地满足履带车辆的转向和行驶。     

汽车转向系统发展趋势

介绍了汽车机械转向系统、液压动力转向系统、电控液压动力转向系统、电动助力转向系统、四轮转向系统、主动前轮转向系统以及线控转向系统,并介绍了转向系统的发展趋势,指出转向系统与其他系统的集成控制是未来的发展方向。     

履带车辆的转向控制

介绍了履带车辆由拉杆式转向操纵机构改为由方向盘控制的转向操纵机构的原理、方案和组成,试验证明该系统能很好地满足履带车辆的转向和行驶.     

汽车转向系统摩擦分析优化

针对某车型电动助力转向系统转向力发涩及转向回正残余角偏大的问题,利用实车测试及理论计算对转向系统摩擦进行了分析。根据分析结果,采用降低电动转向管柱摩擦及优化助力曲线等措施进行控制。通过对比优化前后的转向力及回正残余角,证明所采取的措施有效。     

汽车主动悬架与转向系统的集成控制

在建立了汽车主动悬架与转向系统集成控制模型的基础上,应用LQG控制理论,设计了汽车主动悬架与转向系统LQG集成控制器,并进行了试验仿真,实现了对质心侧偏角、车身横摆角速度、车身垂直加速度、车身俯仰角的集成控制。与被动悬架和转向系统、主动悬架与转向系统单独控制相比,汽车的平顺性、操纵稳定性和安全性都有了显著改善,为汽车底盘集成控制研究提供了依据。     

自主行驶履带车辆转向制动操纵技术研究

为实现某型履带车辆的自主驾驶,对车辆自主驾驶中的转向制动操纵技术进行了研究。根据原车转向制动装置的结构和工作原理,分析了电控气动转向制动操纵系统的设计要求,设计了电控气动转向制动操纵系统,并介绍了该系统的工作原理。运用此系统对原车进行自主化改造,并进行了实车试验,实车试验证明电控气动转向制动操纵系统能够很好地满足该型履带车辆行驶的转向、制动要求。     

基于防抱制动系统控制信息的车辆转向状态识别

为优化防抱制动系统(ABS)在转向和制动联合工况下的控制策略,需要识别车辆转向状态.选取适于ABS应用的转向参数:车速、转向方向和前轮转角,通过对比转向参数的直接与间接测量技术,根据四轮车辆转向运动学原理,结合二自由度车辆模型的稳态转向特性,研究了利用ABS轮速信号和控制信息的转向参数估算算法.运用稳态回转试验和制动转向试验进行了系统测试,结果表明参数估算具有较好的精度.     

基于DSP的拖拉机电液转向控制系统

针对拖拉机的全液压转向系设计了基于TMS320F2812 DSP的电液转向控制系统，硬件部分包括DSP芯片及PWM电控器等接口电路，软件部分设计了带非线性补偿的PID控制算法，选用比例电磁换向阀、角位移传感器构建了试验平台，进行了算法参数确定试验和导向信号跟踪转向试验。结果表明控制系统的转向角误差小于7％，平均滞后时间为0．15s，能为自动导向提供理论基础。     

先进转向技术的发展趋势

在转向系统中,由于电子技术的发展,驾驶的安全性和舒适性的需求不断提高。以控制转向技术为核心,以智能车辆动态控制为目的的综合车辆控制系统得到了发展,而这种转向技术是与车辆的动态制动以及驱动系统相匹配的。本文介绍的是最新转向系统的技术及发展趋势。     

电子差速履带车辆转向转矩神经网络PID控制

根据电子差速履带车辆转向动力学和运动学分析,提出一种电子差速履带车辆转向转矩模拟神经网络PID(ANNPID)控制策略,由双电动机转向转矩协调控制、ANNPID控制和感应电动机转矩控制组成.通过建立双感应电动机独立驱动履带车辆电子差速转向控制系统,实现基于ANNPID控制的转向转矩协调分配和基于模型参考自适应控制(MRAC)的感应电动机间接磁场定向(IFOC)转矩控制.采用该策略,在不同转向半径的行驶转向工况、0.5B半径转向工况和中心转向工况下的实车试验结果表明,低速转向具有较好的操控性能.