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。     

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.     

基于CAN总线的拖拉机导航控制系统设计与试验

为提高农业机械导航控制的准确性,在东方红-X804型拖拉机平台上设计了一种基于CAN总线的导航控制系统,该系统包括导航控制器、GPS定位系统、转向系统以及CAN通信模块。上位机节点采用嵌入式ARM处理器AT91SAM9261,以双闭环PID控制算法实现转向控制,并基于收发控制芯片SN65HVD1050D设计了CAN接口电路。功能节点分别实现转向控制、油门开度控制、制动控制、角速度测量以及机具升降控制。根据CAN2.0总线协议制定了主动节点和从动节点的数据传输通信协议。进行了CAN通信试验以及田间作业试验。结果表明,CAN总线系统能保证信号及命令传输,东方红拖拉机能按照规划路径进行行驶、转向、变速等操作。其中,转向系统的方波信号角度跟踪稳态时平均误差0.41°,跟踪时间为1.32s;拖拉机田间试验过程中,直线行驶的横向跟踪误差平均值为0.021m,地头转向的横向跟踪误差平均值为0.016m。     

基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法

履带拖拉机采用差速转向,转向可控性差,影响自动导航性能,为提高履带拖拉机自动导航的性能,以液压传动控制行星差速转向履带拖拉机为研究对象,建立履带拖拉机转弯半径数学模型。构建每个控制量下转弯半径均值和方差计算方法,建立基于卡尔曼滤波和局部加权回归的转弯半径均值和方差更新方法。分别针对直线路径跟踪和掉头建立基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法。采用纯跟踪算法分别以不同的初始位置偏差进行自动导航仿真试验,得到导航轨迹、位置偏差和角度偏差。以农夫NF-702型履带拖拉机为平台,分别以不同车速进行导航试验,试验结果表明,在初始航向角为0,车速分别为1.0、1.5m/s时,导航平均误差分别为-0.62cm和0.28cm,导航误差绝对值极值分别为10.14cm和8.10cm,导航误差绝对值均值分别为2.34cm和2.57cm,导航均方根误差分别为3.77cm和3.99cm。本文提出的基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法可应用到液压传动控制行星差速转向履带拖拉机自动导航领域,满足实际田间作业需求。     

高速插秧机自动转向系统研制

高速插秧机的液压助力转向装置为整体式安装,不能通过并联油路的方式实现其自动转向。为此,研制了以无刷电机作为动力源的电动自动转向系统,主要包括转角传感器、转向控制器、无刷电机及其驱动器和辅助传动机构。转角传感器用以测量高速插秧机的前轮转向角,转向控制器读取前轮的转向角度,基于数字PID控制方法计算无刷电机的旋转速度和旋转方向并将控制信号发送至电机驱动器。田间测试结果表明:自动转向系统在[-10°,10°]范围内的转向控制误差小于1°、均方根误差小于1°,具备良好的控制稳定性和可靠性,能够满足高速插秧机田间自动导航的基本要求。     

拖拉机电液与电机两种自动转向方式对比试验

以约翰迪尔904型拖拉机为载体,搭建拖拉机自动导航试验平台,测试分析了电液驱动式和电机驱动式两种转向装置的控制效果。在水泥路面空载、农田地块空载、农田地块旋耕作业3种条件下,电机驱动式自动导航系统的精度比电液驱动式自动导航系统的精度分别高0.169、0.187、0.233cm,电机驱动式自动导航系统的稳定性比电液驱动式自动导航系统的稳定性分别高0.107、0.178、0.099cm。可见,在相同条件下,电机驱动式转向装置在控制精度和工作稳定性方面效果略好。     

基于CAN总线的农机导航控制系统终端的设计与实现

农机导航控制系统终端是实施农机自动导航控制和变量作业的重要装置。为了更方便地管理农机导航系统、促进智能化农业装备的国产化,基于CAN总线技术,针对农机自动导航控制系统设计了一款农机导航控制系统终端。该农机导航控制系统终端在硬件设计方面支持串口和CAN两种通信模式,在软件方面实现了农机自动导航控制所需的路径设置、任务设置、作业视图监控和报警等基本功能。车载试验表明:该农机导航控制系统终端能够有效地实现对农机导航系统的管理和农机状态的监控,同时也大大方便了技术人员对数据的记录和分析等调试工作。     

XDNZ630型水稻插秧机GPS自动导航系统

以XDNZ630型水稻插秧机为试验平台,采用RTK-GPS定位技术,进行农业机械自动导航试验.增加了插秧机转向机构、变速机构和栽插机构的电控功能,实现了自动控制.根据GPS接收机与车载传感器获取车辆姿态信息,采用PID控制方法,构建转向闭环控制系统,实现插秧机的自动对行导航及地头转向,并进行了插秧机路面与田间导航跟踪试验.试验结果表明,在插秧机对行导航作业中,车辆行进速度不大于0.6m/s时,对行跟踪误差小于10cm,完全可以满足插秧作业精度要求.     

农业车辆自动导航系统中CAN总线的研究进展

CAN总线技术在我国已得到了广泛的应用,其良好的可靠性、实时性和灵活性已经成为关注的焦点,国内很多科研机构正在将CAN总线应用于农业车辆自动导航系统中.为此,简要介绍了CAN总线特点和组网结构,对比了国内外对CAN总线以及ISO11783协议在农业车辆自动导航上的研究和应用实例,分析了国内农业机械CAN总线技术的优势与不足,指出了CAN总线的发展前景.     

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DGPS与双闭环控制的拖拉机自动导航系统

以东方红X-804型拖拉机为平台,设计了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相结合的自动导航系统,研究提高农业机械导航控制精度的方法。阐述了导航系统整体设计方案,以RTK-DGPS和AHRS500GA分别提供位置信息和辅助修正信息实现准确定位,以电控液压转向系统实现转向控制。分析了整体控制的策略,建立了路径跟踪的传递函数模型,阐述了双闭环转向控制算法的建立过程,以及控制器的硬件实现。试验结果表明:GPS定位数据经过校正后,平均偏差降低至0.031 m;双闭环控制算法提高了自动转向系统性能,稳态时方波信号以及正弦波信号的跟踪误差平均值为0.40°;在拖拉机田间作业跟踪过程中,路径跟踪误差平均值不超过0.019 m,转向轮偏角跟踪误差平均值为0.43°,标准差不超过0.041 m。     

玉米中耕除草复合导航系统设计与试验

为了实现玉米中耕除草过程中的自动导航作业,提高自动除草的效率和准确性,设计了一种玉米中耕除草复合导航系统。系统由基于GNSS的农机自动导航部分和基于机器视觉的农具自动导航部分组成,可通过GNSS位置信息进行农机自动导航,同时根据摄像头获取的玉米作物行信息控制农具铲刀进行行间除草。对农机的转向控制部分和前轮转角检测部分进行了机械改装,以PLC和步进电机驱动器为基础设计了农机转向控制电路和农具液压控制电路;以横向偏差和横向偏差变化率作为模糊控制的输入变量设计了自适应模糊控制方法;采用摄像头获取玉米作物行,通过扫描滤波方法进行作物行检测。农机独立导航除草试验和农机具复合导航试验结果表明：在车速为0.6 m/s时,农机自动导航最大横向偏差为10.04 cm,平均偏差为4.62 cm;农机具复合导航时的最大偏差为6.35 cm,平均偏差为2.73 cm;农机具复合导航系统能较好地满足玉米中耕除草的要求。     

电动拖拉机CAN总线通信网络系统设计

随着机电一体化技术的发展,电动拖拉机对整车控制系统的实时性和稳定性有了越来越高的要求,因此通信网络系统的研究成为关键技术之一。为此,以小型电动拖拉机为研究对象,进行了基于CAN总线通信网络系统的设计。首先,根据电动拖拉机整车控制系统组成,设计通信网络节点并进行功能定义,在ISO11783协议的基础上,根据电动拖拉机实际通信需求,改进并制定了CAN总线网络通讯协议;其次,基于MC9S12XS128MAL型单片机搭建CAN总线通信网络系统试验平台并完成软件设计;最后,通过系统性能测试验证了通信网络系统可以满足实时性、准确性和稳定性的要求。     

导航专用液压控制阀测试平台设计及性能试验

为了选用合适的方向控制阀,解决拖拉机自动转向系统中导航阀组的设计问题,研制了导航专用液压控制阀测试平台。应用 C＃语言开发监控系统软件,通过 CAN 总线与现场控制器通讯,实时采集被测阀各口流量、压力,通过RS485总线传输至上位机进行分析、处理。应用该平台分别对电液伺服阀和比例方向阀进行了性能试验。试验结果表明,电液伺服阀QDY12和比例方向阀KDG4 V-3 S-33 C22 A均可满足导航要求。     

田间轮式机器人的导航控制系统设计

设计了一种基于预瞄准纯追踪模型及模糊控制的轨迹追踪控制算法、基于液压系统及PID算法的自动转向控制系统。为测试轨迹追踪控制算法和自动转向控制系统的效果,以田间作业轮式机器人为试验平台,进行农机轨迹跟踪和转向控制试验。结果表明：轨迹追踪试验中车速为0.6m/s时,横向偏差最大为0.07m,平均横向偏差为0.05m左右;转向控制试验中,转向角响应时间不超过1.5s,超调量小于5%。     

基于东风1204拖拉机自动导航转向控制系统设计

以东风1204拖拉机为原型,通过分析拖拉机自动导航与车道偏离预警系统(LDWS)的异同,以LDWS转向控制模型为基础,推导出拖拉机动力学模型。通过分析液压转向机构工作原理,制定了液压自动转向机构的改装方案,并利用Sim Hydraulics工具箱搭建了液压自动转向系统模型,且基于此转向模型设计了自动导航拖拉机液压转向系统模糊控制器,在Mat Lab/Simulink中进行仿真试验。结果表明:所设计的转向系统模糊控制器具有良好的转向跟踪精度,其最大跟踪误差小于1°,控制效果良好。     

密歇根大学验证互联巡航控制系统

正密歇根大学研发团队采用车间通信(V2V)技术,使自动驾驶车辆能及时响应其他道路使用者,帮助其节能并提升安全性,从而验证了互联巡航控制系统的高效性。该团队在路测中展现了互联巡航控制的许多优点,只启用了一辆自动驾驶汽车,将其与其他车辆进行类比测试。互联巡航控制可调节车速,这取决于其车间通信系统所获取的信息,周边车辆可利用无线网络,共享实时车速及定位数据。     

拖拉机导航系统中转向操纵控制精度的试验研究

转向操纵控制系统执行效果的优劣决定了导航车辆工作的准确性和稳定性。为此,以试验的方法对现有导航系统中转向操纵控制平台进行硬件测试、角度传感器标定、步进电机测试和角度传感器精度测试试验,提出从硬件上提高精度的方法。同时,根据转向操纵控制器中执行机构步进电机存在的小角度难以响应的问题,进行了控制电路设计和仿真,实现了对小角度信号的快速响应,为提高导航操纵控制器精度提供了思路。     

农业机械导航技术研究进展

农业机械自动导航技术是实施精细农业的基础,可有效减轻农机操作人员的劳动强度,提高作业精度与作业效率。经典的农机自动导航关键技术包括定位测姿、路径规划和运动控制,针对这3项关键技术,分别阐述了基于全球导航卫星系统、惯性导航系统、机器视觉导航系统及多传感器信息融合的农机定位测姿方法,总结归纳了农机自动导航系统中的全局路径与局部路径规划算法,以及农机的运动学模型、导航决策控制方法、转向制动控制系统。随着信息技术的发展,农机智能导航技术受到越来越多的关注,保证作业安全与提高作业效率成为农机智能导航不同于传统自动导航的关键技术。以激光雷达和RGB相机为例综述了农机自主避障技术,并从协同导航模式、通信技术、协同控制、远程监控平台等角度阐明了多农机协同作业的关键技术。最后,结合无人农场和智慧农业对农机智能导航技术未来的发展方向进行了展望。     

基于自适应模糊控制的拖拉机自动导航系统

阐述了一种基于自适应模糊控制的拖拉机自动导航系统。由PLC、电控开关液压阀和比例方向液压阀组成自动转向控制系统,设计了PD转向控制算法;为提高拖拉机自动导航的精度和稳定性,提出了一种基于遗传算法的自适应模糊控制方法,采用遗传算法在线优化模糊控制规则以及输出比例因子,既保留了传统模糊控制的优点,又有效改善了系统的控制品质;仿真和田间试验结果表明,该方法可以迅速消除跟踪误差,响应速度快,超调小,系统工作稳定,稳态跟踪误差不超过