插秧机转向自动控制的研究与试验

以XDNZ630型水稻高速插秧机为平台,对插秧机的转向自动控制系统进行研究.对插秧机转向机构进行了改造,采用伺服电机驱动转向轴,带动转向轮偏转.采用GPS精确定位,PID控制转向执行机构,角度传感器反馈插秧机转向角的闭环控制系统实现了转向自动控制.试验结果表明,混凝土路上平均跟踪误差为6cm,最大跟踪误差11cm;在水田中平均跟踪误差为10cm,最大跟踪误差为20cm.     

水稻插秧机自动作业系统设计与试验

为适应现代农机自动作业发展需求,实现插植作业和速度的自动控制,设计了水稻插秧机自动作业系统。以井关PZ-60型水稻插秧机为试验平台,研究了具有CAN(Controller area network)通信接口和手动优先的手自一体插秧机速度与插植机构控制方案,设计了插秧机专家PID速度控制算法和PID插值机构控制算法以及插秧机自动作业联合控制策略。联合导航控制系统分别在水泥路面、泥底层平坦和不平坦的水田进行了速度控制试验,结果表明,速度平均误差分别为3. 25%、5. 40%和8. 01%,速度平均误差不超过10%的概率分别为98. 6%、90. 1%和68. 0%;泥底层平坦水田联合控制试验结果表明,插秧机联合控制与人工操作相当,效果良好。插秧机自动作业系统满足插秧机在无人驾驶时自动作业的需求。     

WSN主导下的水稻插秧机电控系统优化分析

针对水稻插秧机自动化程度不高、工作效率较低的问题,在WSN技术下对水稻插秧机进行了设计,并对其电控系统进行优化并分析。该插秧机的主要组成为车体、无级变速系统、分插机构、电控系统和报警机构。为提高智能化和自动化水平,插秧机采用纯追踪算法控制器计算偏差,改进其电控系统,使其能够实现自动导航。为验证插秧机性能,对插秧机进行自动导航和插秧试验。试验结果表明:插秧机可以实现自动导航,且插秧效果良好,满足农户的使用要求。     

基于最优控制的导航拖拉机速度与航向联合控制方法

为提高自动导航拖拉机工作效率和作业质量,以自动变速系统和自动转向系统为硬件支撑,结合最优控制理论,设计了基于速度和转向角的双参数最优控制算法.针对耙地作业要求,设计了直线路径跟踪与地头转弯路径跟踪控制器,运用Matlab软件对所设计的控制器进行了仿真分析,通过田间试验对所设计的控制器进行了验证.试验结果表明:控制器的横向偏差小于0.12m,航向偏差小于1.1°,速度偏差小于0.2 m/s,满足自动导航作业要求.     

机械接触式导航控制系统的研究与试验

研制了一种机械接触式导航控制系统,该系统利用Lab VIEW编程,采用PID控制方式进行对行调节,根据自动对行作业的具体需要,设计了机械接触式导向机构,并通过匹配性试验确定了转向轮偏转角度α与转向轮转动速度ω的取值。该系统以WP-500Y型高地隙喷药机为载体进行田间试验,结果表明:转向轮偏转角度为0.115rad、转向轮转动速度为0.357rad/s、作业速度为4km/h时,自动对行作业稳定性最好。     

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Kalman滤波和纯追踪模型的农业机械导航控制

以KUBOTA SPU-68水田插秧机为试验平台,以RTK-DGPS为主要导航方式,辅以航向姿态参考系统AHRS500GA-227,研究提高农业机械导航控制精度的方法.在重点对GPS倾斜误差校正的基础上,设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现磁航向传感器偏移误差的在线辨识与航向校正.采用纯追踪模型实现农业机械直线跟踪控制,基于ITAE优化准则,仿真研究了最佳前视距离的确定方法.试验结果表明:GPS倾斜误差校正和Kalman滤波后的导航参数可以更真实地反映插秧机水田实际运动状态;纯追踪模型可以用于插秧机田间作业直线导航,当行进速度0.6m/s时,直线跟踪最大误差小于0.17m,平均误差小于0.02m.     

基于ISO 11783的拖拉机导航控制系统设计与试验

基于ISO 11783标准构建了拖拉机自动导航控制系统,系统包括5个电子控制单元(ECU),其中转向ECU节点可以根据从总线上接收到的转向指令来控制前轮转向.对自动导航控制系统的网络服务性能进行了分析,并进行了使用该系统的拖拉机直线路径跟踪试验.试验表明,基于ISO 11783的拖拉机自动导航控制系统能满足实时性要求,并能较好地实现路线跟踪,直线跟踪最大横向偏差为11cm.     

基于STM32F7的农业机械自动导航作业控制器

为解决当下农业机械作业效率低下、浪费人力物力等问题,设计了基于STM32F7的农业机械自动导航作业控制器。控制器以STM32F7作为主控芯片,由无线数传模块、轮角传感器、滤波电路等电路组成,可根据控制指令实现对农业机械的路径跟踪控制及作业部件动作的控制,完成自动导航与自动作业的结合。试验结果表明:农业机械自动导航控制器可安装于具有方向盘转向的农业机械,能够实现农业机械自动导航作业控制。     

一种网络算法下的自动插秧机可行性设计

为实现自动插秧机工作过程的可行性,基于网络算法设计一种能够进行前视距离追踪的插秧机自动导航算法。通过建立插秧机运动过程数学模型,建立插秧机直线跟踪过程稳定条件,并以速度和插秧机行走偏差数据为输入参数,以插秧机前视距离为输出参数,建立插秧机前视追踪距离控制算法模型。试验验证表明:该插秧机前视距离追踪控制算法能够有效提高插秧机导航追踪系统稳定性,为自动插秧机的稳定导航可行性提供参考依据。     

遥控插秧机自动转向系统设计与试验

以久保田NSD8型插秧机为研究平台,在保证现有转向机构可用性的前提下,设计了一种遥控自动转向系统。该系统主要由转向执行机构、单片机控制单元、遥控发送接收装置、角度传感器、步进电动机等部分组成,可实现插秧机转向的遥控自动控制。利用该系统进行了遥控插秧机自动转向性能测试试验,通过检测系统获得的试验数据以系统识别的方法获得执行系统的传递函数,并分析了系统性能,分析表明该自动转向系统可实现插秧机整机遥控操作。同时分别进行了180°和90°平地转向试验,试验表明自动转向系统可以实现预定田间工作轨迹转向操作过程。     

水稻插秧机电动方向盘系统设计及控制研究

以富来威2 ZG-6 DM型水稻插秧机为应用对象,设计了一款以步进电机作为动力源的电动方向盘集成系统,由摩擦式扭矩限制器、减速器、步进电机及驱动器、角度传感器、主控装置、通信模块、开关及传动机构组成.提出了步进电机转角与转速控制算法,构建了考虑转向阻力矩的电动方向盘转角闭环控制模型,并运用MatLab对此模型动态响应进...     

基于优化人工势场法的插秧机绕障策略研究

针对水田中存在的壕沟、田埂、石块、电线杆等障碍物使得插秧机无法保证作业连续性和插秧直线性等问题,设计了基于优化人工势场法的插秧机绕障路径规划策略。通过增加插秧机实时位置与目标作业点的相对距离作为判断条件来动态改变势场大小,同时设立了虚拟局部目标点来弥补传统人工势场法目标点不可达和局部最小点的算法缺陷;将插秧机简化为二轮车模型,建立插秧机转向系统数学模型,得出插秧机速度、行驶航向角和前轮转角表达式,以横向偏差与航向偏差作为评判路径优化效果的因素。转向控制器以复合模糊PID算法控制插秧机的转角,不断减小理想前轮转角与实际转角的偏差,实现转角最优化;采用超声波传感器实时检测道路障碍物并结合RTK-GPS实时更新位置坐标,设计出插秧机绕障转向控制策略。通过Matlab对优化的人工势场法的避障路径控制策略进行仿真,仿真结果表明,当障碍物不在影响范围内,插秧机直线追踪的最大横向位置偏差为5cm,平均偏差约为2cm,最大避障横向偏差小于0.5m,优化后的算法具有较好的控制精度,可避免目标点不可达的问题。基于洋马VP6E插秧机作为实验平台进行了实车实验,实验结果表明,当插秧机以速度0.5、1.0、1.5m/s行驶时,左侧绕障的最大横向偏差均不大于1.2218m,航向偏差最大值为30.1491°,绕障前后直线追踪的平均横向偏差为0.025m,平均航向偏差为3.12°;右侧绕障的最大横向偏差均不大于1.2459m,航向偏差最大值为25.2294°,绕障前后直线追踪的平均横向偏差为0.023m,平均航向偏差为3.36°,所设计的避障方法可满足插秧机在农艺作业过程中的避障要求,具有很好的可行性与鲁棒性。     

基于MPC的插秧机路径跟踪控制算法研究

针对国内自动驾驶插秧机路径跟踪精度不高的现象，提出一种基于线性时变模型预测控制的路径跟踪方法。将建立的非线性插秧机运动学模型进行线性化和离散化处理，并基于此模型进行模型预测路径跟踪控制；建立以控制增量为状态量的目标函数；考虑系统控制量和控制增量的约束条件，将目标函数求解转为带约束的二次规划问题；采用内点法进行求解，将所得控制序列第一个元素作用于系统，并且不断重复以上过程实现最优控制。在MATLAB/Simulink环境下，搭建上述模型预测控制器系统仿真，并与路径跟踪效果良好的Stanley控制算法对比，结果表明，上述模型预测控制器优于Stanley控制算法。采用卫星信号接收机、电动方向盘和转角传感器，改造井关PZ60型插秧机，搭建插秧机自动驾驶试验平台，进行田间试验，试验结果表明，基于线性时变模型预测控制器能够使自动驾驶插秧机车速1 m/s时，有效进行路径跟踪，直线段跟踪误差最大2.02 cm，满足插秧机自动驾驶路径跟踪精度要求。     

久保田插秧机的GPS导航控制系统设计

将计算机技术、传感器技术、GPS技术和数据通讯技术等集成和融合,在久保田插秧机上开发了基于DGPS和电子罗盘的导航控制系统.论述了导航控制系统的结构和工作原理,提出了一种利用航向跟踪实现路径跟踪的控制方法.仿真和试验结果表明,该控制方法简单有效,导航控制系统可以控制插秧机按预定的路线行走.速度为0.75 m/s,直线路径跟踪时,平均误差0.04 m,最大误差0.13 m;速度为0.33 m/s,圆曲线路径跟踪时,平均误差0.04 m,最大误差0.087 m.     

久保田NSD8插秧机遥控插秧档执行机构的设计

为提高插秧机操作自动化水平,实现插秧档的遥控控制,以久保田NSD8插秧机为研究平台,在不改变原插秧机换档机构的基础上设计出一套辅助系统,使改造后的插秧机技能满足自动化需求,又能实现常规的手柄操作。该机构主要由步进电机、滚珠丝杠、滑块机构和末端执行器组成,可实现遥控控制插秧档位的升降,为后期久保田NSD8插秧机的导航设计提供前期理论与实践基础。     

基于PLC的智能插秧机监控系统研究

智能插秧机具有作业效率高、插秧质量高等优点,逐渐取代传统人工插秧作业,但传统的智能插秧机在作业工程中仍然需要人工监控,以便及时处理插秧机出现的故障问题。为此,设计了基于PLC的智能插秧机监控系统,完成了监控系统总体结构的设计,通过硬件选型和软件设计,确定了合理可靠的功能模块。该监控系统能够实时监测智能插秧机的工作状态,远程控制智能插秧机作业,可及时对插秧机的故障进行反馈报警,且结构简单、控制精度高,具有较高的安全性和稳定性,在农业生产上具有一定的推广价值。     

基于PLC的多功能插秧机动力系统优化研究

随着自动化技术在农业生产应用中的不断深入,多功能插秧机已经逐渐取代传统人工插秧作业,其具有自动插秧、插秧质量高等优点,但存在驶速度慢、插秧效率低等问题。为此,设计研究了基于PLC的多功能插秧机动力系统,对传统插秧机动力系统进行优化。在对插秧机工作原理进行深入研究的基础上,完成了插秧机动力系统优化方案的设计,并引入液压驱动系统,完成了液压驱动系统结构设计和工作原理分析。同时,将液压驱动系统与PLC控制相结合,定义系统输入输出信号,完成PLC硬件接线及I/O分配。仿真试验结果表明:验证优化后的多功能插秧机可以完成对动力系统的精准控制,具有更好的动力性能和机动性。     

自动导航插秧机路径跟踪系统稳定性模糊控制优化方法

为了提高自动导航插秧机路径跟踪系统的稳定性,提出了一种利用模糊控制调整纯追踪模型前视距离的路径跟踪方法。在考虑自动转向系统一阶惯性环节的情况下,建立插秧机运动学模型,分析了在跟踪直线时纯追踪模型的稳定性条件;基于此稳定性条件,以速度和横向偏差为输入,以前视距离为输出,建立模糊控制模型实时调整纯追踪模型的前视距离;以洋马VP6E型水田插秧机为实验平台对所提出方法进行了实验验证,结果证明,该方法能有效提高路径跟踪系统的稳定性。     

轮式农业机械自动转向控制系统

以插秧机为主要研究对象,分析了轮式农业机械自动转向控制系统的基本构成,并根据自动转向控制技术,在对自动转向控制系统相关PID校正环节进行充分讨论的基础上,提出了一种以PD控制为核心的自动转向控制方案。经过仿真试验验证,PD控制具有良好地控制性能和反应速度,且稳定性良好,具有较好的应用推广价值。