采用平衡阀实现拖拉机平滑转向的电控液压系统

转向轮转向角是车辆自主导航系统关键的控制参数,三位四通比例电磁换向阀实现闭环电控液压转向被广泛采用。由于地面对转向轮的回正力作用,电磁阀阀芯由中位滑至侧位实现转向控制动作的起始瞬间,转向轮容易产生"回摆"现象,难以通过转向角闭环控制消除,影响转向轮伺服控制系统精度。为此,首先对转向"回摆"问题进行动力学分析,得出电磁阀开通瞬间转向轮受力不平衡是造成拖拉机转向轮产生回摆的主要原因;接着提出一种在液压回路中添加平衡阀来消除转向轮"回摆"的方法,分析了其工作原理及调试方法,通过实车试验进行对比验证。结果表明:添加平衡阀维持了电磁换向阀开通瞬间转向轮受力平衡,较好地克服了转向轮回摆问题,提高了拖拉机转向轮转向角闭环控制精度,系统±10°阶跃响应静态闭环跟踪测试超调量12.6%,平均峰值时间0.8s,且都在1.5s内达到期望值(此设定期望值偏差是0.5°)。     

雷沃ZP9500高地隙喷雾机的GNSS自动导航作业系统设计

为减少农药喷雾作业对人体造成的化学损害,该研究以雷沃高地隙喷杆喷雾机为平台,基于GNSS开发了自动导航作业系统,实现喷雾机在极少人工干预情况下的自动导航作业。通过对平台的机-电-液改造,实现了喷雾机作业系统的电气化控制。基于简化的二自由度车辆转向模型设计了以位置偏差和航向偏差为状态变量的直线路径跟踪控制算法,基于纯追踪模型设计了曲线路径跟踪控制算法。根据喷雾机田间作业需要设计了喷雾机一体化自动导航作业控制方法,使系统能够自动控制喷雾机完成直线、地头转弯行驶和喷雾作业,油门调节以及车辆启停控制。在1.3 m/s左右的前进速度条件下,分别在水泥路面、旱田、水田环境中进行了试验,测试结果表明:水泥路面车身横滚在–1.6?~1.5?范围,直线路径跟踪误差最大值为3.9 cm,平均值为-0.15 cm,标准差为1.0 cm;旱田地块车身横滚在–1.4?~3.3?范围,跟踪误差最大值为9.8 cm,平均值为1.3 cm,标准差为3.3 cm;水田环境车身横滚在–2.4?~5.2?范围,跟踪误差最大值为17.5 cm,平均值为2.2 cm,标准差为4.4 cm。试验数据表明,所设计的自动导航作业系统初始上线快速、地头转弯对行平顺、各设计功能执行可靠;导航系统具有良好的稳定性和控制精度,能够满足水田、旱田环境下的喷雾作业要求。     

收获机与运粮车纵向相对位置位速耦合协同控制方法与试验

针对主从导航收获协同卸粮作业过程中作业车辆纵向相对位置控制需求以及拖车驱动系统非线性度较高的问题,该研究设计了一种适用于主从导航协同收获卸粮作业的纵向相对位置协同控制方法。根据协同系统几何关系获得纵向相对位置偏差的平行协同模型,基于动力学原理和位速耦合控制方法设计了纵向相对位置控制器;通过面积辨识方法获取车速系统传递函数,基于传递函数构建仿真模型进行控制器参数全因子仿真优化试验,并与传统PD方法进行仿真对比试验,结果表明该研究方法的最优参数适应性优于传统PD。不同初始偏差的纵向协同田间空载试验结果表明,在主机速度为1 m/s时,3、7和10 m初始纵向偏差下,系统响应平均调节时间分别为7.73、17.2和23.2 s,9组试验的平均稳态绝对偏差为0.091 8 m,平均相对速度稳态误差为0.012 3 m/s,表明该方法具有较好的初始偏差适应性;田间协同收获作业表明,在主机速度为1 m/s时,平均稳态纵向相对位置偏差绝对值为0.077 8 m,标准差为0.091 3 m,协同精度能够满足收获协同卸粮的作业要求。研究结果可为自主收获作业系统研究提供支持。     

拖拉机自动驾驶转向轮角检测方法

以雷沃M904-D型轮式拖拉机为研究平台,采用WYH-3型无触点角度传感器,研究了轮式拖拉机转向轮角的标定和检测方法。介绍了拖拉机转向轮角度传感器的安装方法;采用带标度的转盘标定了角度传感器与拖拉机转向轮角之间的关系,标定结果表明,两者线性关系显著,相关系数超过0. 99。对轮角测试中存在的误差进行分析,提出基于最小二乘原理的转向轮角零位偏差估计方法,以估计车轮相对零位偏差。路径跟踪试验结果表明,其横向跟踪偏差的绝对值极值为2. 74 cm,偏差绝对值的平均值为0. 49 cm,标准差为0. 58 cm。提出的轮式拖拉机转向轮角测量模型在路径跟踪控制应用中表现出较好的效果,验证了转向轮角测试方案的可行性与准确性。     

田间水稻冠层图像分割算法的研究

水稻氮素状况是评价水稻长势、估测产量与品质的重要参考指标,对水稻氮素的精确诊断与高效管 理具有重要意义。用计算机图像处理技术能够精准、简便、实时无损地检测水稻的营养信息,在精准农业中得到 广泛应用。其中,水稻冠层分割的准确度和速度直接影响了模型的性能和效率。分析了3 种典型田间背景下水稻 图像的RGB 颜色通道特点,并从图像边缘、颜色、区域等方面对水稻冠层部分进行分割,提出了基于G-R 颜色 通道的最大类间方差分割方法,并与其他方法进行了时间开销和分割效果的对比。结果表明,该方法的分割成功 率达92.5%,时间开销最小。     

基于GNSS航向微分和MEMS陀螺仪的农机轮角测量方法

【目的】设计一种农机前轮转角测量方法,代替安装复杂的连杆式轮角传感器。【方法】采用GNSS天线测量航向和速度,MEMS陀螺仪测量车身和车轮的合转动速率,计算MEMS陀螺仪与GNSS航向微分差值,获得车轮转动速率;设计自适应卡尔曼滤波器进行信息融合和校正,获得车轮转向角,并进行性能验证和田间应用试验。【结果】与连杆式轮角传感器测量结果对比,轮角测量方法的拖拉机在偏离航线2.5和1.5 m进行上线时,平均绝对误差(MAE)分别为1.13°和0.87°,均方根误差(RMSE)分别为0.90°和0.68°,上线时间分别为29.4和23.5 s;以4 km/h田间导航应用时,MAE为0.44°,RMSE为0.87°,满足拖拉机旱地作业要求。【结论】GNSS航向微分和MEMS陀螺仪轮角测量方法与连杆式轮角传感器测量性能相当,能够替代轮角传感器用于较低速农业机械导航。     

基于自校准变结构Kalman的农机导航BDS失锁续航方法

针对农机自动导航作业过程中存在的BDS信号失锁导致系统突然失控的问题,提出了一种适用于轮式农机的基于自校准变结构Kalman滤波器的农机导航BDS失锁续航方法。依据4自由度农机运动学模型,设计了BDS/INS信息融合Kalman滤波器;进行INS导航定位误差不确定度分析,并设计了基于自回归模型的航向校准方法、INS传感器角速率测量零偏实时校准方法,结合上述方法设计了自校准变结构滤波器,进行位姿信息处理,结合导航跟踪控制方法实现失锁续航功能。根据分米级精度要求,进行了机器人直线、矩形路径失锁续航试验和农机田间直线续航试验。机器人续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,与运用未校准滤波器的续航系统相比,该方法实际平均横向偏差减小34%,横向偏差达到20 cm时机器人在路径上的平均行驶距离提高80%。农机田间续航试验结果表明:行驶速度为1 m/s时,在实际偏差小于20 cm的条件下,农机在路径上的行驶平均距离达到16. 65 m。     

电动遥控履带式果园喷药车的设计

为提高果园施药自动化水平,采用汽油发电机作为动力源,直流无刷伺服电机作为运动执行器,设计了电动遥控履带式喷药车。与传统差速转向履带式车相比较,电动履带式喷药车速度控制更精准,遥控作业更灵活。试验结果表明:所设计的电动履带式喷药车可完成30°斜坡爬坡及30m直线行进,直线偏差在1°以内,空旷地块遥控距离可达8km,树林内遥控可达1km,具有较高的实用性,具备应用推广价值。     

水稻精量旱穴直播电驱排种设计与试验

针对地轮滑移造成播种机播种不均、漏播及株距调节精度不高的问题,以水稻精量旱穴直播机为对象设计了一种电驱控制系统代替传统的地轮驱动排种。该控制系统以GPS模块(伪距单点定位)和霍尔元件两种传感器进行速度检测,分别测试了3～4km/h、4～5km/h、5～6km/h和6～7 km/h等4种作业速度下的速度值,并检测了株距为20cm时两种测速装置的播种情况。试验结果表明:霍尔传感器在低速作业下速度值更稳定;速度越高,标准差越大;作业速度在3～5km/h时两种传感器的电驱控制系统播种合格率均大于80%,符合播种作业要求。本研究为单点定位GPS模块和霍尔传感器应用于旱田农机具测速系统提供了参考。