大型温室地面移动式喷灌机导航控制系统设计

针对悬吊轨移式喷灌机的缺点以及目前大型温室领域AGV研究的不足,设计了一种用于新型温室地面移动式喷灌机的导航控制系统.喷灌机底盘采用差速转向方式,六轮系结构,两驱动轮对称中置,前后两端对称安装4个万向轮;以STM32F103ZET6单片机作为主控芯片,采用磁带导航方式,建立了喷灌机差速转向运动数学模型,并根据模糊控制理论设计了喷灌机模糊运动控制器,完成了导航运动控制子程序设计.样机调试运行试验表明,喷灌机相对磁带偏移角在25°以内时,能够自动调整到磁导航传感器中心与磁带中心再次重合,其调整时间随其偏移角度增加而增大,当偏移角过大时,样机将完全驶离磁带路径.为确保喷灌机初始工作时能够自动调整偏差及跟踪路径行驶,喷灌机与磁带间初始偏移角度不宜过大.该研究能够为大型温室地面移动式喷灌机的设计和应用提供参考.     

太阳能渠道式喷灌机自主导航研究

以自行研制的太阳能渠道式多喷头喷灌机为试验平台,利用偏角传感器和电子罗盘进行农业机械装备的自动导航研究。增加了喷灌机精准灌溉控制系统、喷洒域可控系统,实现了喷灌机的自动控制。根据偏角传感器、电子罗盘和车轮转速传感器获取的喷灌机姿态信息,构建了喷灌机自主导航模糊控制器。喷灌机通过调节两侧驱动轮转速差的方式实现转向闭环控制,完成了喷灌机沿渠道的自动行走,并进行了导航跟踪试验。试验结果表明,喷灌机在以0.5 m/min和1.0 m/min速度进行自主导航过程中均能消除横向偏差,具有一定的精度和可靠性,可满足喷灌机作业使用要求。     

花生收获机自动驾驶作业系统设计与试验

为提高花生收获机的智能化水平,设计了花生收获机自动驾驶作业系统。以东泰机械4HBL-2型自走式花生联合收获机为平台,针对花生收获机操作台、变速机构和作业机构设计了具有CAN总线接口的手自一体化电控系统,采用PD控制算法和Bang-Bang控制算法实现了行走和作业系统的控制。针对花生收获作业农艺要求,设计了花生收获机联合作业策略、自动导航路径规划和路径跟踪控制方法。以行驶速度0.25m/s在水泥路面和沙质土壤花生地进行了自动驾驶收获作业试验。水泥路面试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为4.34cm,最大偏差为9.30cm;沙质土壤田间试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为5.12cm,最大偏差为12.20cm,满足花生联合收获作业要求。     

磁导式温室协同作业移动平台控制系统设计与实现

针对设施生产物料运输的需要,研制了具有自动寻迹和协同作业功能的磁导式移动平台控制系统。利用磁导航传感器作为预设路径的检测元件,并根据磁导航传感器的特点设计了模糊PID调节器改良平台的导航性能。在此基础上,开发基于超声波传感器和红外传感器的测距系统,通过测距模块检测移动平台与从业人员之间的距离,进而实现平台协同作业的功能。试验结果表明:模糊PID控制器在解决轨迹跟踪控制方面的优越性,该系统能够在温室垄间实现预设路径的稳定导航和人机跟随,横向最大偏差不超过2.6cm,平均跟随误差不超过5.4cm,能够满足移动平台在温室内行走的运输作业要求。     

果园移动机器人曲线路径导航控制

为实现移动机器人在果园非结构化环境下的自动行走,对果园移动机器人在复杂环境中的导航控制进行了研究。利用激光扫描获取果树位置信息,提出了一种果园环境下曲线导航路径的拟合算法;构建了以横向偏差和航向偏差为输入的模糊控制器;实现了移动机器人在曲线路径中的自动行走。机器人以0.54 m/s的速度沿正弦曲线行走,最大横向偏差为0.40 m,平均偏差为0.12 m。试验结果表明该系统路径拟合和导航控制算法性能良好。     

基于北斗的圆平喷灌机行走模型与试验

分析了基于北斗的圆平喷灌机整机结构和工作原理，基于北斗RTK系统构建了用于圆平喷灌机机组位置监控、圆形/平移功能转换、行走导航和机组姿态调控的行走调控模型。通过样机试制与现场行走试验，结果表明，圆形/平移功能转换位置准确，机组行走导航与姿态调整动作合理，样机轮胎轮辙轨迹精度＜±15 cm，行走精度满足实际农业生产需求。同时，证实采用北斗RTK系统进行喷灌机位置定位与导航，其位置精度等级满足喷灌机行走需求，并验证了所构建行走调控模型的正确性与有效性。基于北斗的圆平喷灌机的研究与应用对提高农田利用率、促进农机装备智能化和推广精准农业等具有重要意义。      

以角速度为转向动作反馈的拖拉机自动导航控制系统

针对传统农机导航控制系统中转向角度传感器安装麻烦、可靠性较低的缺点,采用角速度计作为拖拉机转向动作的反馈传感器,结合拖拉机加装的基于CAN总线结构的导航控制装置,设计了串级PID自动导航控制系统,内环PID控制器用于转向控制,外环PID控制器用于路径跟踪控制。由于角速度计噪声误差较大,为避免对角速度的积分运算引起误差持续累积增大,角速度计的测量数据仅直接用作内环PID控制器的反馈;外环PID控制器的控制量也设计为角速度值。因此,在以转向角为控制量的比例控制算法基础上,本文又推导、设计了以角速度为控制量的外环PID控制算法。路面实验结果表明,本文设计的以角速度为转向动作反馈的拖拉机自动导航控制系统,直线路径的稳态跟踪误差平均值约为4.1cm,误差绝对值最大为12.9cm,验证了角速度计在农机导航控制系统中应用的可行性及所提控制方法的正确性。     

中心支轴式喷灌机控制塔盒的研究

中心支轴式喷灌机自动控制系统由电控柜、集电环、控制塔盒、中央行走电机及电缆等相关部件组成,控制塔盒是控制喷灌机跨与跨之间相互衔接运动的关键部件,能够有效地控制喷灌机每一跨的行走轨迹。塔盒通过接收和传递电子信号控制每一跨的行走电机工作,使得每一跨绕中心支架运动。针对控制塔盒的工作原理,设计了控制机构,具有使喷灌机正转和反转运动、出现故障时自动停机等功能,有效地提高喷灌机的灌溉均匀度和自动化程度,具有很好的应用及推广价值。     

四轮转向喷杆喷雾机平移换行导航控制系统设计与试验

针对传统喷杆喷雾机在转弯、换行过程中调头空间有限、转向半径大、易碾压作物等问题，提出了一种可利用车辆平行移动来实现换行作业的控制方法。基于平移换行方式设计了四轮转向喷杆喷雾机的导航控制系统，该控制系统采用RTK(Real time kinematic)定位模块和姿态传感器进行组合导航，以喷雾机位置信息和姿态信息作为输入，在四轮转向运动学模型基础上，结合运动学解算实现了喷杆喷雾机非转弯调头换行的自动导航跟踪控制，根据喷雾作业要求设计了基于有限状态机的自动作业策略。开展了传统PID(Proportion integration differentiation)控制器与单神经元PID控制器的实地对比测试。在常规方形硬质平整地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为7.63、4.27 cm,而搭载单神经元PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为6.48、3.24 cm。在常规方形田间地块试验时，搭载常规PID控制器的喷雾机在平移换行过程中的最大跟踪偏差、平均绝对偏差为11.01、6.66 cm,而搭载单神经元PID控制器的...     

无人驾驶导航控制系统设计

针对国内无人驾驶拖拉机导航控制系统的控制精度问题,设计了一种基于GPS/BDS定位系统的横向偏差跟踪算法和PID控制方式的复合导航控制算法。首先介绍了拖拉机无人驾驶系统的组成原理;其次介绍了导航控制系统算法的组成同时对拖拉机进行运动学建模,并采用横向偏差跟踪算法和PID控制方式的复合导航控制算法设计拖拉机无人驾驶导航控制器;最后仿真结果表明,该算法具有较好的横向误差控制精度,能够有效提高无人驾驶拖拉机的工作效率。     

农机自动导航控制决策方法与软件系统

为实现农机自动导航控制,兼顾系统成本和作业效率,对农机自动导航控制决策方法进行了研究,并设计开发了一种导航软件系统。首先,系统根据获取的农田边界、农田形状及作业需求进行路径规划。其次,采用简化二轮车运动学模型,采用模糊控制进行导航决策控制,模糊控制器的输入参数为农机横向偏差和航向偏差,输出参数为前轮转角信息。最后,导航系统根据转角信息,由PLC控制器控制方向盘转动,从而实现导航控制。导航软件采用模块化设计思想,由串口数据通讯、数据分析与处理、数据与图形显示和数据存储4个模块构成,基于C++/MFC语言编写实现。系统还可在导航结束后,对导航偏差数据进行保存,便于试验后进行误差分析。试验结果表明：农机自动导航控制决策方法可以实现较好的控制精度,软件系统界面友好、通讯稳定、功能较为齐全,满足农机田间自动导航作业的需求。     

山地履带拖拉机与农具姿态协同控制系统设计与试验

针对山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)等高线作业时,车身调平和农具仿形作业不同的姿态调整需求,在建立车身及农具运动学模型的基础之上,构建了整个系统的控制策略,设计了车身与农具姿态协同控制系统,其中,对车身和农具的控制分别采用PID算法和双闭环模糊PID算法.基于Simulink对控制算法进行了仿真分析,结果表明:采用PI...     

农机导航自校正模型控制方法研究

针对运动学模型中的近似条件对模型控制方法曲线路径跟踪精度的影响,提出了一种农机导航自校正模型控制方法。该方法采用模型控制方法设计控制律,并采用模糊控制方法自适应地在线调节模型控制律的控制量。农业机械的路径跟踪实验结果表明,该方法既保留了模型控制方法在直线路径跟踪方面的优点,又弥补了模型控制方法在曲线路径跟踪方面的缺陷。当速度为1.0 m/s时,直线路径跟踪最大横向偏差小于0.064 9 m,曲线路径跟踪的最大横向偏差小于0.185 7 m。     

拖挂式大载荷特种车辆导航控制系统设计与试验

针对拖挂式大载荷特种车辆作业自动化以及高精度安全作业需求,以大载荷牵引车为对象,设计了一套拖挂式机组自主导航控制系统。车载程控系统采用模块化分布式系统,通过CAN总线实现系统内各模块间通信,远程运管平台与车载程控终端之间采用TCP协议进行数据通信,实现远程运管平台与车载程控系统间信息交互。建立拖挂式特种车辆的运动学模型,分析牵引作业时被牵引机具的牵引状态和最小转弯半径。针对传统纯追踪算法中固定前视距离缺陷,本文根据当前牵引车实时速度、追踪路径曲率、航向等信息动态计算前视距离,将固定前视距离改进为动态前视距离追踪,由单参数变为多参数进行优化控制参数,显著提高了轨迹追踪精度;使用随机森林算法对轨迹追踪数据进行特征提取,根据各个特征重要性指标权重,修改算法参数。在试验场地为水平倾斜度最大为2°的空旷的水泥跑道上,牵引车质量2t,被牵引机具质量10t、长22m,且牵引机组设计要求最大行驶速度为6km/h、最大横向偏差为50cm。根据复杂路径试验与数据分析,系统纠偏响应时延最大为84ms,牵引机组绝对横向误差最大为37.14cm,平均绝对误差为14.91cm,满足大载荷拖挂作业中的实际应用要求。     

基于模糊控制的农用车辆路线跟踪

构建了自动导航模糊控制器,并详细阐述了基于模糊控制的自动转向方法.在改装的电瓶车上,开发了基于DGPS、电子罗盘和角度传感器的自动导航控制系统,并论述了其结构和工作原理,提出了直线跟踪和曲线跟踪的方法,使用简化的二轮车运动学模型进行了仿真,并进行了直线跟踪和曲线跟踪试验.仿真和试验结果表明,此导航控制系统可以有效地控制电瓶车按预定的路径行走.当速度为1m/s,直线路径跟踪时的最大偏差为0.19m;当速度为0.8m/s,曲线路径跟踪时的最大偏差为0.26m.     

基于TD-LTE的多机协同导航通信系统研究

为实现多个农机在农田环境中自主导航协同作业,设计了基于TD-LTE的多机协同导航通信系统。该系统由导航定位传感器、无线通信模块、车载控制终端和远程通信软件组成,其中：传感器包含GNSS接收机、惯性测量单元（IMU）和角度传感器,用于获取每台农机的地理位置、自身姿态和车辆转向角信息。无线通信模块采用4G DTU作为系统通信设备,与车载终端串口相连,实现RS232串口转TD-LTE网络功能。4G DTU经配置软件配置好串口参数等信息后,连接目的服务器IP地址和端口号,将车载传感器采集的数据按设计好的通信协议经TD-LTE网络传输到远程服务器的通信软件中。车载控制终端采用工控机（IPC）,实现农机自动导航控制与人机交互。远程通信软件应用Socket网络编程开发了数据接收显示与数据发送的功能模块。系统对每台农机的状态信息实时上传的同时也可以接收远程服务器端对多台农机的协同控制命令,对于软件界面中显示的在线农机,可以根据优先级有选择的进行通信。以4台雷沃欧豹拖拉机为试验平台,每台农机状态信息的发送频率为5Hz,进行了系统稳定性试验测试,丢包率均为0.1%,且均无延迟,系统具有较高的可靠性与实时性。     

黑龙江省应用推广大型喷灌机的思考

高效节水技术正处于快速发展时期,大型喷灌技术是高效节水的一种模式,目前我国农业适度规模经营的发展为大型喷灌机推广应用提供了机遇。通过对黑龙江省应用大型喷灌机规模及运行管理模式的调研,剖析了黑龙江省大型喷灌机应用推广中主要问题,提出了进一步推广发展的几点建议。