基于BDS的果园施药机自动导航控制系统

根据果园施药机自动导航喷药作业需求,设计了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的施药机自动导航控制系统。该系统主要包括RTK-BDS接收机、导航控制器、转向控制器、电控气动转向系统和三轴电子罗盘。其中转向控制器、电控气动转向系统和三轴电子罗盘构成转向角闭环控制回路,该回路可根据导航控制器发送的施药机期望转向角实现转向角的随动控制。将施药机的运动学模型和纯追踪模型相结合,设计了施药机直线跟踪导航控制器,输入为位置坐标和方位角,输出为期望转向角。针对果园地形特点对施药机进行了导航路径规划,并在果园进行现场试验。试验结果表明:所设计的导航控制系统,在施药机行进速度为2 km/h时,直线跟踪最大误差不大于0.13 m,平均跟踪误差不大于0.03 m,能满足果园自动导航作业精度要求。     

基于不确定时滞的农用车辆自主导航控制器设计研究

针对农用车辆自主导航控制器设计现状,进行科学有效的分析,并详细介绍设计不确定时滞的农用车辆自主导航控制器的重要意义、不确定时滞的农用车辆自主导航控制器设计思路,供读者朋友参考。     

基于激光雷达的果园行间路径提取与导航

针对车辆果园行间自主导航出现的车辆偏航、非相邻树行干扰、植株缺失、树行弯曲等问题，提出一种基于激光雷达的行间路径提取方法，构建多样化虚拟果园环境仿真行间路径导航过程，评估路径提取算法性能。行间路径提取时，采用二维激光雷达（Light detection and ranging，LiDAR）获取果园树干测量数据，通过中值滤波削弱测量噪声，设计椭圆感兴趣区域（Region of interest，ROI）提取相邻树行，提出两步树行分割法获取相邻树行数据，通过最小二乘法拟合树行直线，将树行中心线作为导航路径。行间导航仿真时，建立虚拟果园环境和LiDAR测量模型，基于仿真测量数据生成导航路径，经过一阶数字低通滤波后实时控制车辆运动。仿真实验中，设置果树种植偏差为±20cm，树干直径偏差为±3cm，LiDAR测量误差为±3cm。实验结果表明，本文方法在车辆偏航、缺树、曲线树行等情况下均能准确提取导航路径，在偏航角不大于15°、横向偏差不大于1m、缺树率不大于25%时均能将车辆轨迹与道路中心线的横向偏差控制在±14cm内。     

基于GSM嵌入式物流监控的农业自主导航车辆设计

为提高农用车辆视觉导航系统对不同环境的适应性,基于GSM无线通信和嵌入式系统,提出了一种新的农业运输车辆自主导航的物流监控系统设计方法,并研究了其对路径的识别能力。该系统对环境的适应能力较强,可以快速、准确地提取导航路径的特征,并具有物流跟踪监控功能,可以实现农用运输车辆在特定的田垄里进行自主换向,提高了车辆的自主导航能力。利用GSM无线通信导航技术对驾驶员实际输出转角进行追踪测试,结果表明:驾驶员的目标曲线和转角无线控制实测曲线比较吻合,从而验证了基于GSM通信的嵌入式物流系统在农业运输车上实现自主导航的可行性和可靠性。     

履带式油菜播种机模糊自适应纯追踪控制器设计与试验

针对在丘陵山区小田块中大型农业机械运移不便、作业效率不高和田头调头操作受限等问题,设计了一种针对轻简履带式车辆的基于运动学模型和几何模型的模糊自适应纯追踪控制器。以轻简履带式油菜播种机为研究平台,结合北斗RTK构建了一套自动导航作业系统,根据播种作业需求采用有限状态机设计了田间自动导航作业控制策略。开展了模糊自适应纯追踪控制器与纯追踪控制器的仿真及实地对比试验。仿真结果表明,与纯追踪控制器相比,模糊自适应纯追踪导航控制器具有上升时间短和超调小等特点。水泥路面试验表明,当行驶速度为0.8m/s时,模糊自适应纯追踪控制器最大跟踪偏差为0.039m,平均绝对偏差为0.018m。在旱田路面前进速度0.5、0.8、1.2m/s下,直线导航跟踪最大跟踪偏差分别不大于0.082、0.086、0.092m,平均绝对偏差分别不大于0.031、0.032、0.034m。并对自动导航作业系统进行试验,试验结果表明,所设计的导航控制器直线跟踪稳定,满足丘陵山区小型田块油菜播种要求。     

浅谈农用车辆自动导航驾驶系统及应用

农用车辆自动导航驾驶技术是精准农业工程中的关键技术,文中介绍了国内外农用车辆自动导航驾驶系统的发展现状,概述了系统的组成、工作原理、安装、使用方法及经济效益等,并对其工作过程进行了分析总结,旨在对农用车辆自动导航驾驶系统的应用提供思路与建议。     

基于不确定时滞的农用车辆自主导航控制器设计

讨论了各种时滞环节的等效时滞对农用车辆自主导航控制器设计的影响。通过仿真与计算,确定了所讨论的车辆系统在不考虑时滞情况下设计的控制器作用下所能承受的等效临界时滞为0.788 4 s。采用Pade函数对时滞环节进行近似处理,并在ITAE优化准则下,确定了有时滞情况下的最优PID控制器为S+0.01。在整定后的控制器作用下,闭环系统单位阶跃响应的超调量为4.63%,调整时间为3.75 s,以此保证车辆跟踪精度与动态品质。为农用车辆自主导航研究提供了一种基于时滞影响下的控制器调整方法,以期为农用车辆自主导航控制器的设计提供一种技术方案。     

自动导航系统在农业果园中的应用及适用性分析

自动导航作为现代智能农业车辆的一个重要组成部分,有着广阔的发展前景。综合分析国内外接触式导航、电磁导航、机械导航、超声波导航、激光导航、GPS导航、视觉导航,以及多传感器融合技术研究进展及在农业车辆的应用现状,并分析了各种导航方式应用于果园机械中的可行性及存在的问题,提出了今后果园智能机械主要的导航方式以及果园导航机械设计研究过程中需要考虑的问题。     

农用三轮车免征车辆购置税

为促进农业生产发展,切实减轻农民负担,经国务院批准,近日,财政部、国家税务总局发出通知,自2004年10月1日起对农用三轮车免征车辆购置税。农用三轮车是指:柴油发动机,功率不大于7.4kW,载重量不大于500kg,最高车速不大于40km/h的三个车轮的机动车。农用三轮车免征车辆购置税     

自动导航系统在农业中的应用及果园适用性分析

自动导航作为现代智能农业车辆的一个重要组成部分,有着广阔的发展前景。为此,综合分析了国内外接触式导航、电磁导航、机械导航、超声波导航、激光导航、GPS导航、视觉导航,以及多传感器融合技术研究进展及在农业车辆的应用现状,并分析了各种导航方式应用于果园机械中的可行性及存在的问题,提出了今后果园智能机械主要的导航方式以及果园导航机械设计研究过程中需要考虑的问题。     

农用开放式智能移动平台研制

研制了一种作为农田智能化作业前提和基础的农用履带式智能移动平台。该平台主要包括机械系统和控制系统。移动平台能够实现田间自主导航,且具有一定的开放性,可满足农田多种智能化作业的要求。用VC++6.0编写了自主导航控制程序,开发了人机交互界面。样机在江苏省丰县果园进行了导航实验。结果表明:在组合导航模式下,该智能移动平台自主导航性能稳定,直线路径最大跟踪误差为0.05 m,曲线路径最大跟踪误差为0.11 m。     

扰动下农用运输车辆路径跟踪控制器设计与试验

为提高农用运输车辆路径跟踪的鲁棒稳定性,基于线性模型预测控制结合农用运输车辆特点设计了路径跟踪控制器。该方法首先将农用运输车辆的运动学模型进行离散化求解,推出误差模型作为控制器预测方程,为使农用运输车能够克服在田间行驶时的各种干扰,通过构建李雅普诺夫函数重点分析了该模型的鲁棒稳定性,得到控制周期约束条件,然后建立目标函数并引入松弛因子,最后把预测模型代入目标函数进行优化求解,重复以上过程,实现优化控制。Matlab仿真表明：当前轮转角扰动不大于15°及横向扰动不大于1.5m时,控制器可以迅速起到调节作用,使车辆快速回到参考轨迹上行驶。对应的场地试验结果表明：试验小车以2m/s的速度跟踪参考路径时,直线路段跟踪效果良好,最大横向偏差为10.57cm,均值为8.49cm;添加扰动路段的跟踪偏差较大,最大横向偏差为23.89cm,最大纵向偏差为62.53cm,但在控制器的控制作用下可以实现对路径的有效跟踪。由此可见,该控制器在速度小于等于2m/s的情况下,可以满足农用运输车辆对路径跟踪的精度与鲁棒稳定性要求。     

基于神经网络的拖拉机自动导航系统

针对数学模型复杂的拖拉机转向控制问题,使用基于神经网络的控制方法,以福田欧豹4040型拖拉机为研究对象,进行农用车辆导航控制研究。以车辆航向偏差和航向偏差的变化率为输入变量,以前轮转角的变化量为输出变量,设计车辆转向控制神经网络控制器,对拖拉机进行转向控制。仿真表明,该方法可以对拖拉机的转向进行有效控制。实验结果表明,拖拉机在50m的行驶距离内,最大横向偏差为0.18m。     

基于曲柄滑块机构原理导航的农业机器人设计

研究开发了一种自动导航果园用履带式移动机器人,作为果园精细化作业的移动平台.机器人采用基于曲柄滑块机构原理的导航方式,以导航机构检测的姿态角和位置角作为输入量设计了模糊PID控制器.试验表明,机器人以0.15m/s的速度直线行走时,最大跟踪误差小于0.02m;机器人转弯半径为2m时,最大跟踪误差小于0.05m.     

基于分数阶PID的农用车辆自主导航控制器设计

讨论了时滞对农用车辆自主导航控制器设计的影响,设计了PD控制器和分数阶PD控制器,以消除时滞对车辆导航控制系统的影响。基于ITAE性能指标,为农机导航研究提供了两种抑制时滞影响的控制器设计方法。提出一种分数阶PID设计的改进方法,以补充基于平相位法的分数阶PD控制器参数调整的不足。实验结果表明,设计的控制器能够有效抑制时滞给车辆导航带来的不利影响,且系统在分数阶PD控制器作用下,能够承受更大的时滞,鲁棒性更强,可以为大中型拖拉机后期车载导航控制系统平台的搭建提供一种技术方案。     

插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法

插秧机田间行驶路径包括直线作业段和地头曲线转弯段,因此需要对传统的纯追踪算法进行改进,使其满足曲线路径跟踪。以约翰迪尔Starfire3000型接收机、GS2630型显示器和ATU200型电动方向盘为主要硬件设备,针对给定的曲线路径,提出了一种路径跟踪控制算法,并通过模型仿真和田间试验相结合的方法,对该导航控制算法进行了验证分析。该导航控制算法首先根据车辆速度和路径弯曲程度来动态调整前视距离,其次在利用预见控制求得车辆目标点的基础上,利用改进的纯追踪算法设计控制器,最后按照插秧机作业时的路径进行仿真和试验。试验结果表明,车辆以1 m/s的速度行驶且在转弯半径为0.9 m时,最大跟踪误差可控制在0.159 m以内。     

基于虚拟雷达模型的履带拖拉机导航路径跟踪控制算法

为提高传统果园广泛使用的小型履带式拖拉机导航路径跟踪控制精度和行驶稳定性,提出了一种基于虚拟雷达模型的导航路径跟踪控制算法。该算法借鉴人对车辆的驾驶经验,参考雷达扫描原理和图像识别原理,构建了虚拟雷达模型,生成虚拟雷达图,使用该图描述车辆与路径的位置关系;经深度神经网络分类生成对应的履带拖拉机行驶操作指令;以果园作业典型的U形路径为例进行了仿真验证试验和实车试验。仿真结果表明：本文提出的算法能够精准实现导航路径跟踪控制。果园实车试验表明：当车速为0.36、0.75m/s时,该算法路径跟踪的最大横向偏差分别为0.150、0.191m,平均横向偏差分别为0.031、0.051m,标准差分别为0.025、0.036m;与模糊控制算法相比,最大横向偏差分别减小了15.73%、36.33%,平均横向偏差分别减小了27.91%、19.05%,标准差分别减少了21.88%、28.00%。研究表明,基于虚拟雷达模型的导航路径跟踪控制算法具有更高的路径跟踪精度和行驶稳定性,满足果园实际作业需求。     

基于超宽带的温室农用车辆定位信息采集与优化

针对温室环境下农用车辆定位精度低的问题,开发了适用于温室环境的超宽带技术(Ultra wide band,UWB)室内定位试验平台。首先,以Ubisense射频芯片作为硬件基础,设计了定位平台标签和基站,并采用到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)定位测距方法获得定位结果;然后,分别利用K-means聚类与截段处理的方法进行静态、动态定位信息优化计算,以减小脉冲信号传播特性和单一测距方式等导致的测量误差,获得准确的定位信息,实现温室内农用车辆的精确作业;最后,在温室环境下分别进行了静态定位试验与动态定位试验。试验结果表明,优化后的静态定位精度平均值为0.063 4 m,改进后的动态定位精度精确到8 cm的概率是原先TDOA算法的3.7倍。所搭建的定位试验平台满足温室农用车辆定位的实际应用要求,可为温室环境下农用车辆的定位和导航提供参考。     

基于单片机控制的农用无人机导航研究

为进一步提升农用无人机导航控制系统的精度和时效性,在深入理解农用无人机的工作原理及部件组成的基础上,结合单片机控制机理对农用无人机的导航控制系统进行了设计。通过硬件部件配置选型匹配及参数设定等环节实现高准确度的导航信息获取传输,并对软件控制程序进行优化处理,实现后台实时性的无人机位姿调整且进行了导航控制试验。试验结果表明:在单片机控制程序下的农用无人机自主导航系统可实现整机的转速和方向控制,且对比经度和纬度信息,可实际飞行数据与试验飞行数据的最大误差为1.425 1m,满足农用无人机导航控制系统要求。该研究可为农用无人机深度优化提供思路,同时也可用于其他喷洒自控装置的设计开发,具有一定的推广价值。     

改进纯追踪模型的插秧机导航路径跟踪算法

关于纯追踪模型跟踪算法的研究很多,但大都集中在直线路径跟踪方面。由于插秧机田间行驶路径包括直线作业段和地头曲线转弯段,因此需要对传统的纯追踪算法进行改进,使其满足曲线路径跟踪。本研究以约翰迪尔Starfire3000型接收机、GS2630型显示器和ATU200型电动方向盘为主要硬件设备,针对给定的曲线路径,提出了一种路径跟踪控制算法,并通过模型仿真和田间试验相结合的方法,对该导航控制算法进行了验证分析。该导航控制算法的具体步骤如下:首先根据车辆速度和路径弯曲程度来动态调整前视距离,其次在利用预见控制求得车辆目标点的基础上,利用改进的纯追踪算法设计控制器,最后按照插秧机作业时的路径进行仿真和试验。试验结果为:车辆以1m/s的速度行驶且在转弯半径为0.9m时,最大误差可控制在16cm以内。