设施农业机械的自动导航控制系统研究

发布时间：2017-04-02 14:18

  本文关键词：设施农业机械的自动导航控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：设施农用机械的自动导航技术的运用,让移动机器人代替农民进行单调乏味的田间作业,可以有效提高农业机械的生产效率、作业精度以及使用安全性,同时也能够减少人力、物力和财力。农用机械的自动导航控制系统的原理是在完全没有人参与的情况下,通过安装在农用机械上的传感器,感知周围环境的信息,由事先给定的目标路径,通过导航控制器决策,控制农业机械自动跟踪目标路径。本文选用基于ZigBee技术的导航定位方法,分别对ZigBee导航定位和路径跟踪控制方法及转向控制系统进行了仿真及试验研究。本文主要做了以下研究:(1)对ZigBee的测距原理以及误差进行了分析,设计了一阶滤波器对RSSI信号做静态滤波以及异常点剔除处理;通过实验获取真实环境下的RSSI信号的路径衰减模型(RSSI和距离的映射关系),并通过卡尔曼滤波器对距离量进行动态预估,得到距离的最优估计值。(2)分析了基于测距的定位方式,最终选择了通过两个基节点的两边测量法来实现定位。根据两边测量法的原理,设计了合适的坐标定位的计算方法以及基节点在平面二维空间中的布局方案。最后提出了冗余定位的方案,以及两组定位坐标融合的方法,从而进一步提高了定位精度。(3)设计了一个基于PID的转向控制系统,并通过转向台架,整定了PID参数,转向系统获得了较好的转向跟随性能。建立了基于模糊理论的路径跟踪控制器,以定位坐标和航向角为控制器的输入变量,前轮转角的修正量为控制器的输出变量。并在Matlab环境中通过编写M脚本文件对其进行研究与仿真分析,验证了算法的可靠性。(4)最后以Visual Studio为开发环境,设计了对路径跟踪系统的控制与监控功能软件,并进行路径跟踪系统实验,实验数据表明,基于ZigBee的导航系统具有较好的定位精度,转向系统同时也具有可靠的跟随性能,能够满足设施农业机械的自动导航控制系统的要求。
【关键词】：设施农业 ZigBee 路径衰减模型 测距 定位 导航控制系统
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S220.3;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 论文研究的背景和意义11-12
• 1.2 自动导航控制在国内外研究现状12-15
• 1.2.1 GPS导航12
• 1.2.2 视觉导航12-13
• 1.2.3 激光导航13
• 1.2.4 惯性导航13-14
• 1.2.5 测距导航14
• 1.2.6 电磁导航14
• 1.2.7 多传感器融合14-15
• 1.3 本课题将要实现的功能15-16
• 1.4 论文主要研究内容16-17
• 第二章 系统的硬件设计方案17-26
• 2.1 主控芯片电路19-20
• 2.1.1 STM32W108芯片介绍19-20
• 2.1.2 MC9S12G48芯片介绍20
• 2.2 电源电路20-21
• 2.3 CAN总线电路21-22
• 2.4 转向电机驱动电路22-23
• 2.5 PCB图设计23-24
• 2.6 本章小结24-26
• 第三章 基于ZigBee的测距方法实现26-40
• 3.1 基于RSSI的测距原理26-27
• 3.2 RSSI信号的滤波算法设计27-33
• 3.2.1 RSSI信号的实际采样特点27-29
• 3.2.2 一阶滤波器的设计29-30
• 3.2.3 异常点的剔除30-33
• 3.2.3.1 采样过程中异常点的剔除方法30-32
• 3.2.3.2 采样初值为异常点的剔除方法32-33
• 3.3 路径损耗模型33-35
• 3.3.1 理论路径损耗模型[47]33-34
• 3.3.2 实际路径损耗模型34-35
• 3.4 基于Kalman滤波的动态距离预估35-39
• 3.4.1 实验分析对比37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于测距的定位方法设计40-51
• 4.1 基于测距定位方法40-42
• 4.2 定位算法的求解方法42-46
• 4.2.1 零点附近的泰勒级数展开法42-44
• 4.2.2 牛顿迭代法44-46
• 4.3 无线传感器基节点的布置46-48
• 4.4 容错定位下的数据融合方法48-49
• 4.4.1 平均数融合法48
• 4.4.2 加权平均融合法48-49
• 4.5 在移动节点运动过程中对基节点的选择49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 农用车辆航向跟踪系统的研究51-59
• 5.1 转向的PID控制51-52
• 5.2 转向系统试验52-53
• 5.3 车辆航向跟踪53-58
• 5.3.1 模糊控制器结构54
• 5.3.2 输入、输出参数的模糊化54-55
• 5.3.3 建立模糊控制规则55-57
• 5.3.4 航向跟踪控制仿真57-58
• 5.4 本章总结58-59
• 第六章 自动导航上位机软件设计及相关实验59-69
• 6.1 路径损耗模型的在线标定界面59-61
• 6.2 规划路径与基节点配置界面61-63
• 6.3 行车路径监视界面63-66
• 6.4 自动导航验证实验66-68
• 6.5 本章总结68-69
• 第七章 全文总结与展望69-71
• 7.1 全文小结69-70
• 7.2 工作展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 硕士学位期间发表的学位论文76

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本文编号：282644