拖拉机自动转向系统设计及定位导航研究

发布时间：2020-03-21 06:16

【摘要】：精准农业是农业现代化的发展方向,能大程度提升农业生产效率。拖拉机自动导航技术是实施精准农业的关键技术之一,广泛用于耕作、播种、施肥、喷药、收获等农业生产过程。拖拉机转向系统自动化改造、位姿测量方法、导航路径跟踪控制算法等是实现拖拉机自动导航的关键技术,展开对相关技术的研究具有重要意义。本文在对农机自动导航相关技术介绍的基础上,主要针对拖拉机自动转向系统、农机定位方法以及导航路径跟踪控制算法进行深入研究。首先,针对拖拉机转向系统的特点提出转向系统自动转向改造方案,对自动转向改造核心元件——自动转向控制阀组进行设计。建立液压转向系统数学模型对转向系统静动态特性进行分析。搭建转向系统AMESim仿真模型对系统特性进行仿真分析。设计PID转向控制方法提高自动转向系统的精度和响应速度,满足拖拉机自动导航对自动转向系统的要求。然后,综合各种定位方法,采用差分增强的卫星定位方法用于拖拉机自动导航的定位需要。对导航路径跟踪控制算法进行研究,着重对直角坐标系下的直线纯追踪和极坐标系下的曲线纯追踪进行研究,并建立路径跟踪模型。分别建立直角坐标系下和极坐标系下简化二轮车运动模型,用于路径跟踪仿真。建立Simulink仿真模型,对直线纯追踪模型和曲线纯追踪模型的仿真分析和优化。最后,针对依照自动转向改造方案,使用设计的自动转向系统对拖拉机进行自动转向改造,并进行转向试验和农田导航试验。试验结果表明转向迅速准确,且路径跟踪误差小于5cm,满足农业生产对拖拉机自动导航的要求。本文针对拖拉机转向系统自动化改造而设计的自动转向控制阀组对农业机械以及相关液压动力转向机械的转向系统自动化设计具有重要的参考意义。此外针对极坐标系下曲线纯追踪的研究对曲线导航设计具有一定的参考价值。
【图文】：

拖拉机期望转角给自动转向控制系统，自动转向控制系统执行转角指令。同时采用角度传感器实时采集转向轮转角信号，并与期望转角进行比较，然后实时调节控制信号，直至得到满足精度要求的拖拉机转向轮转角值，实现闭环控制。图 3-2 为并联转向控制阀组后的自动转向闭环控制原理图。期望转角控制器 放大器转向油缸执行机构实际转角电磁比例阀油源图 3-2 拖拉机液压自动转向控制原理图这里采用的是力士乐角度传感器，具体型号为：R983055892 ANGLESENSORPOSITIVE +/-44°DEG，见图 3-3，所设计的传感器安装座见图 3-4。角度传感器输出信号值与拖拉机转向轮转角成线性关系，与转向角成一定比例关系，见图 3-5。

拖拉机期望转角给自动转向控制系统，自动转向控制系统执行转角指令。同时采用角度传感器实时采集转向轮转角信号，并与期望转角进行比较，然后实时调节控制信号，直至得到满足精度要求的拖拉机转向轮转角值，实现闭环控制。图 3-2 为并联转向控制阀组后的自动转向闭环控制原理图。期望转角控制器 放大器转向油缸执行机构实际转角电磁比例阀油源图 3-2 拖拉机液压自动转向控制原理图这里采用的是力士乐角度传感器，具体型号为：R983055892 ANGLESENSORPOSITIVE +/-44°DEG，，见图 3-3，所设计的传感器安装座见图 3-4。角度传感器输出信号值与拖拉机转向轮转角成线性关系，与转向角成一定比例关系，见图 3-5。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S219

【参考文献】

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本文编号：2592909