MEMS传感器融合技术在农业工程的应用与前景

在农业工程领域,MEMS惯性传感器融合是提高控制系统性能和实现农业机械智能化控制的重要技术手段。首先介绍了MEMS惯性传感器的分类及测量原理,并分析了实现传感器融合的主要技术方法。在此基础上,阐述了基于MEMS惯性传感器的农业导航系统研究内容和现状。最后,总结了该技术在农业工程领域的应用前景。     

基于Kalman滤波的田间导航车辆定位校正方法研究

以装载了RTK-DGPS导航系统的KUBOTASPU-68水田插秧机为试验平台,以姿态测量系统提供载体姿态信息,研究农业机械导航的姿态校正方法。在分析车载GPS倾斜误差产生原因基础上,提出了采用多传感器联合测量载体姿态角以提供校正信息。采用MEMS传感器集成模块ADIS16355作为惯性测量单元,卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算姿态角,设计了姿态测量系统。阐述了两种传感器融合测量实时姿态角的算法,基于ARM7Cotex-M3微处理器设计了姿态测量系统硬件。     

混合动力汽车电驱动系统设计与仿真研究

电驱动系统是混合动力汽车的动力源.对串联式混合动力电动汽车的电驱动系统进行了结构分析和部件设计,在分析其工作模式的基础上,确定了峰值电源最大荷电状态的控制策略,基于Matlab软件对该电驱动系统建立了仿真模型.仿真试验分析表明,该控制策略将循环通过电动机和峰值电源的部分发动机能量最小化,从而减少发动机能量传递的损耗.建立的模型是合理有效的,为混合动力汽车整车的动力性、经济性等提供了仿真平台.     

水田激光平地机平地铲姿态测量系统的设计

水田激光平地机水平控制作为农田激光平地技术的重要组成部分,其研究过程中首先要解决平地铲实时倾角测量问题.为提高倾角测量精度,设计了平地铲姿态测量系统,采用MEMS传感器集成模块AD1S16300作为惯性测量单元,通过卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算平地铲倾角.分析了姿态测量系统的构成,阐述了两种传感器融合测量实时倾角的方法,基于ARM7 Cotex- M3微处理器设计了姿态测量系统硬件.采用AHRS500GA对该姿态测量系统性能进行了融合算法验证与ADIS16300测量平地铲倾角验证.测试结果表明,该姿态测量系统能在动态条件下准确地测定平地铲实时倾角,可以进一步应用于激光平地机的水平控制之中.     

一种水田激光平地机平地铲水平控制系统设计研究

为了使水田激光平地机作业中平地铲保持水平,设计了基于多传感器融合技术的水平控制系统。该系统基于MEMS惯性传感器ADIS16355信息融合测量平地铲倾角,通过脉宽控制液压电磁阀的方法实现水平控制。为此,介绍了控制系统的构成,阐述了三轴加速度计与陀螺仪融合测量实时倾角原理,设计了基于卡尔曼滤波的多传感器融合算法;并基于ARM7 Cotex-M3微处理器设计了水平控制系统硬件,提出了适用于平地铲水平控制的位置控制算法。采用高精度姿态航向参考系统AHRS500GA对融合算法进行验证并进行田间试验,结果表明:该系统能在平地机作业过程中准确测量平地铲实时倾角,有较好的控制效果。     

东方红拖拉机自动转向控制器设计及试验

以东方红-X804拖拉机为试验平台,设计了基于双闭环控制方法的转向控制器,以提高农业机械导航的精度。首先阐述了系统整体结构及工作原理,使用角度传感器KMA199和角速率传感器ADIS16300分别测量转向角度、转向角速率,电控液压阀、换挡电磁阀和溢流阀作为执行单元实现自动转向。建立了数学模型,介绍了转向控制器的硬件电路实现,设计了CAN总线网络功能节点。结合拖拉机田间作业过程中系统非线性特性,提出了以角速度控制为内环、转向角度控制为外环的双闭环控制方法,给出了控制算法的推导过程,并使用Matlab工具箱进行系统辨识得到传递函数的参数。试验结果表明:ADIS16300角速度积分的角度值有较高准确度,平均误差为0.53°。方波信号的角度跟踪稳态时平均误差为0.40°,平均跟踪时间为1.3 s,角速率跟踪稳态时平均误差为1.25(°)/s,延时时间平均值为0.2 s;双闭环控制方法较好抑制了稳态时的震荡现象。     

双离合器式自动变速器换挡控制研究与仿真

为提高双离合器式自动变速器的换挡质量,研究换挡过程中双离合器的协调控制方法。分析了双离合器自动变速器的结构和动力传递路线,并建立传动系统的数学模型。综合考虑整车动力性、经济性和换挡平顺性等因素,采用模糊控制理论设计了综合智能型的换挡策略。以MATLAB/Simulink/Stateflow为软件平台,开发动力传动系统的仿真模型并对换挡过程进行仿真试验。结果表明,该策略可以较好地减少换挡时间和缓和冲击度,优化了换挡品质。     

MEMS传感器融合技术在农业工程的应用与前景

在农业工程领域,MEMS惯性传感器融合是提高控制系统性能和实现农业机械智能化控制的重要技术手段。首先介绍了MEMS惯性传感器的分类及测量原理,并分析了实现传感器融合的主要技术方法。在此基础上,阐述了基于MEMS惯性传感器的农业导航系统研究内容和现状。最后,总结了该技术在农业工程领域的应用前景。     

东方红拖拉机电控液压转向系统设计及试验研究

为实现农业机械自动导航,在东方红-X804拖拉机平台上设计了电控液压转向系统。首先阐述了系统整体设计方案,介绍了系统的组成及工作原理;针对系统非线性特性,采用双闭环控制方法,解析了控制原理。同时,对该系统进行动态分析,推导建立了系统数学模型,使用Mat Lab工具箱进行系统辨识得到传递函数的参数。试验结果表明:系统属于存在不灵敏区的饱和非线性类型,转向角和油缸伸缩量之间呈现近似二阶线性拟合关系,双闭环转向控制方法有效提高了农业导航控制精度。     

基于GPS/SINS组合的农业导航定位系统设计与研究

设计了一种基于全球定位系统GPS和捷联惯性导航系统SINS组合的农业车辆导航定位系统,介绍了该系统的传感器组合及功用,阐述了系统的硬件结构和工作过程。考虑到农用车辆在运动过程中接收到的GPS数据存在较大的定位误差,提出了GPS和SINS联合导航算法,利用SINS提供的姿态信息修正GPS定位数据,提高系统定位的精度。为了准确测量姿态信息,对多传感器集成模块ADIS16355的信息融合处理,确定了基于卡尔曼滤波的融合算法用于测量姿态角。在构建实验平台的基础上进行了试验,结果表明:通过多传感器融合算法可准确测量姿态角,GPS定位误差有效减少,可更真实反映农用车辆的运动状态。