基于GPS的农机自动导航系统的研究与设计

发布时间：2017-05-05 14:09

  本文关键词：基于GPS的农机自动导航系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：农机自动导航技术是当前国内外精准农业研究的前沿与热点,也是未来农业智能化作业的重要实践方式。本文旨在结合GPS高精度定位传感器设备,根据农业机械的作业特点,对农机自动导航系统进行研究设计。主要研究内容如下:1、导航感知系统的研究。针对国内外对GPS、机器视觉、惯性导航单元、激光导航等各类定位传感器的研究,结合现有的实验条件,选择高精度的GPS作为主要的导航定位传感器。2、农机车辆转向控制器的设计。针对导航车辆的特点,根据现有的试验平台(以直流电机、编码器等设计改造的车俩自动转向机构),利用PID算法设计了转向控制器,并于MATLAB/SIMULINK的平台上完成转向控制仿真实验。针对导航的四轮车的运动特点,在假设地面平坦、前进速度稳定的条件下将车辆的转向机构当作一阶惯性环节建立了运动学模型。3、导航控制算法研究设计。基于自动导航系统的复杂性及其高度非线性性,设计了模糊控制器,并引入权重因子设计了单因子自调整的模糊控制。利用神经网络的自适应与自学习功能,对隶属函数的中心值、宽度值及最后一层的权重进行了在线调节,建立了模糊神经网络控制算法,完善了控制系统,试验验证控制效果更为准确。4、试验研究。传感器的精度测试与标定试验。对GPS传感器进行了精度测试试验,并对相关的角度传感器和速度传感器完成标定试验;以自主研发的农机自动导航平台为基础,分别在平坦路面与大田进行了直线跟踪实验。5、对试验结果进行了分析,结果证明试验误差可以满足农业自动导航作业要求;最后,对影响试验精度的原因进行了总结。
【关键词】：精准农业 GPS自动导航 模糊控制 神经网络 路径跟踪
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S220.3;TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景、目标及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 农业机械导航感知研究现状12-14
• 1.2.2 农业机械导航控制算法研究现状14-15
• 1.2.3 农业机械导航转向控制研究现状15-16
• 1.3 研究内容及技术路线16-17
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17
• 1.4 本章小结17-19
• 第二章 农机导航定位系统研究19-27
• 2.1 GPS定位系统19-24
• 2.1.1 GPS定位原理19-20
• 2.1.2 RTK-GPS差分定位系统20
• 2.1.3 NMEA通讯协议20-22
• 2.1.4 WGS-84大地坐标系与高斯-克吕格投影22-23
• 2.1.5 GPS设备选型介绍23-24
• 2.2 传感器测量系统24-25
• 2.2.1 前轮转角测量系统24-25
• 2.2.2 农机速度测量系统25
• 2.3 本章小结25-27
• 第三章 农机转向控制系统研究27-39
• 3.1 转向控制系统硬件组成27-30
• 3.1.1 直流电机控制系统28-30
• 3.1.2 传感器数据采集模块30
• 3.2 农机自动转向控制方法研究设计30-37
• 3.2.1 车辆自动转向系统设计31
• 3.2.2 车辆自动转向PID控制器设计31-32
• 3.2.3 车辆运动模型的建立32-35
• 3.2.4 车辆自动转向控制仿真35-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第四章 农机导航路径跟踪控制方法研究39-57
• 4.1 导航控制原理39-40
• 4.2 导航路径跟踪决策设计40-41
• 4.3 模糊控制导航算法41-49
• 4.3.1 模糊控制原理41-43
• 4.3.2 输入输出量模糊化43-45
• 4.3.3 模糊控制规则库设计45-48
• 4.3.4 模糊推理表的建立与去模糊化48-49
• 4.4 单因子自调整模糊控制算法49-50
• 4.5 模糊神经网络导航控制算法50-56
• 4.5.1 模糊神经网络控制器的结构设计51-52
• 4.5.2 模糊神经网络控制器的学习算法52-55
• 4.5.3 仿真试验研究55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 农机自动导航实验研究57-67
• 5.1 传感器标定试验57-61
• 5.1.1 GPS精度测试试验57-58
• 5.1.2 角度传感器标定试验58-61
• 5.1.3 速度传感器标定试验61
• 5.2 导航控制试验61-66
• 5.2.1 平坦路面的导航控制试验61-63
• 5.2.2 实验结果分析63
• 5.2.3 大田的导航控制试验63-65
• 5.2.4 实验结果分析65-66
• 5.3 试验精度影响因素分析66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士期间发表的学术论文和参加科研情况77

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