农机自动导航模拟系统轨迹跟踪的设计与实现
发布时间：2021-01-26 14:20
随着中国劳动力市场价格越来越高,农机导航的应用可以大大减少人力投入,提高作业效率和农作物产量,所以开启农机自动导航的研究是大势所趋。其实国内外很早就开展了对无人车辆的研究,但将其用在农业拖拉机上,国内与国外技术相比还有一段很长的追赶距离。农机自动导航系统是安装在拖拉机上的控制系统,适用于田间各类作业,如起垄,播种,耙地,收割,辅膜等活动。拖拉机由传动系统、行走系统、转向系统、制动系统和工作装置五部分组成,而其自动导航系统主要由定位、路径规划、导航控制、车辆模型和通信五部分组成。本文基于前人经验对此系统进行了的设计和应用。本文首先搭建了一个模拟拖拉机的简化机械平台,同时建立了一套基于ARM7为控制核心的硬件平台。接着介绍了导航、姿态和卫星定位相关理论并给出了拖拉机简化运动学模型的建立过程。根据已有的非线性数学模型,将进行离散线性化,并基于此状态方程设计了三种不同的控制器,分别采用近似线性化理论,模型预测算法和线性二次型调节器。通过软件仿真对比了三种控制器的控制效果,选出综合性能最优的LQR控制器进行应用。随后,搭建了本系统的软件平台,根据需求并结合全球定位技术、姿态融合技术,在Keilμ...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 农机自动导航系统的研究背景及意义
1.1.1 农机自动导航系统发展简介
1.1.2 农机自动导航系统的研究意义及应用领域
1.2 国内外农机自动导航系统的研究发展概况
1.3 本课题的主要研究内容
1.4 本章小结
第二章 拖拉机机械简化模型及硬件平台
2.1 拖拉机机械简化模型
2.2 硬件平台结构
2.2.1 自动导航控制系统
2.2.2 姿态测量传感器系统
2.2.3 卫星定位系统
2.3 本章小结
第三章 农机系统数学模型建立
3.1 农机运动学模型验证
3.2 农机运动学模型线性化
3.3 本章小结
第四章 基于近似线性化方法、MPC和LQR的轨迹跟踪设计及仿真
4.1 近似线性化方法的控制器设计
4.1.1 算法基础
4.1.2 Matlab仿真
4.2 MPC控制器设计
4.2.1 MPC控制算法基础
4.2.2 MPC控制器仿真
4.3 LQR控制器设计
4.3.1 LQR控制算法基础
4.3.2 LQR控制器仿真
4.4 控制器效果对比
4.5 本章小结
第五章 系统整体设计
5.1 ΜC/OS-II操作系统
5.1.1 μC/OS-II操作系统特点
5.1.2 μC/OS-II操作系统任务
5.2 农机自动导航系统软件总体架构设计
5.2.1 开发平台
5.2.2 主要模块设计
5.3 本章小结
第六章 农机自动导航系统实验研究
6.1 试验环境和方法
6.2 试验结果及分析
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 后续工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]沧州市农业节水措施探讨[J]. 王志梅,付学敏. 现代农业科技. 2014(04)
[2]拖拉机的基本构造及发展趋势[J]. 陈俊丽. 农业科技与装备. 2013(02)
[3]基于多传感器融合的拖拉机自动导航技术[J]. 李军,马蓉. 农机化研究. 2011(12)
[4]基于Kalman滤波的田间导航车辆定位校正方法研究[J]. 黎永键,赵祚喜. 农业装备与车辆工程. 2011(09)
[5]基于改进粒子滤波的农用车辆导航定位方法[J]. 籍颖,张漫,刘刚,刘兆祥. 农业工程学报. 2011(08)
[6]浅谈我国精细农业的应用情况和技术构成[J]. 谷纪良. 消费导刊. 2010(08)
[7]东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统[J]. 罗锡文,张智刚,赵祚喜,陈斌,胡炼,吴晓鹏. 农业工程学报. 2009(11)
[8]拖拉机在牧草地上自动引导行走的控制[J]. 陈军,鸟巢谅,朱忠祥. 农业机械学报. 2005(07)
[9]拖拉机自动驾驶系统的研究[J]. 宋正河,吕安涛,陈文良,毛恩荣. 拖拉机与农用运输车. 2005(03)
博士论文
[1]农机导航多模变结构智能控制方法研究[D]. 伟利国.中国农业机械化科学研究院 2015
硕士论文
[1]拖拉机自动导航系统关键技术研究[D]. 贾全.中国农业机械化科学研究院 2013
[2]基于嵌入式的农机辅助导航系统研究[D]. 于占宝.黑龙江八一农垦大学 2012
本文编号：3001263
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 农机自动导航系统的研究背景及意义
1.1.1 农机自动导航系统发展简介
1.1.2 农机自动导航系统的研究意义及应用领域
1.2 国内外农机自动导航系统的研究发展概况
1.3 本课题的主要研究内容
1.4 本章小结
第二章 拖拉机机械简化模型及硬件平台
2.1 拖拉机机械简化模型
2.2 硬件平台结构
2.2.1 自动导航控制系统
2.2.2 姿态测量传感器系统
2.2.3 卫星定位系统
2.3 本章小结
第三章 农机系统数学模型建立
3.1 农机运动学模型验证
3.2 农机运动学模型线性化
3.3 本章小结
第四章 基于近似线性化方法、MPC和LQR的轨迹跟踪设计及仿真
4.1 近似线性化方法的控制器设计
4.1.1 算法基础
4.1.2 Matlab仿真
4.2 MPC控制器设计
4.2.1 MPC控制算法基础
4.2.2 MPC控制器仿真
4.3 LQR控制器设计
4.3.1 LQR控制算法基础
4.3.2 LQR控制器仿真
4.4 控制器效果对比
4.5 本章小结
第五章 系统整体设计
5.1 ΜC/OS-II操作系统
5.1.1 μC/OS-II操作系统特点
5.1.2 μC/OS-II操作系统任务
5.2 农机自动导航系统软件总体架构设计
5.2.1 开发平台
5.2.2 主要模块设计
5.3 本章小结
第六章 农机自动导航系统实验研究
6.1 试验环境和方法
6.2 试验结果及分析
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 后续工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]沧州市农业节水措施探讨[J]. 王志梅,付学敏. 现代农业科技. 2014(04)
[2]拖拉机的基本构造及发展趋势[J]. 陈俊丽. 农业科技与装备. 2013(02)
[3]基于多传感器融合的拖拉机自动导航技术[J]. 李军,马蓉. 农机化研究. 2011(12)
[4]基于Kalman滤波的田间导航车辆定位校正方法研究[J]. 黎永键,赵祚喜. 农业装备与车辆工程. 2011(09)
[5]基于改进粒子滤波的农用车辆导航定位方法[J]. 籍颖,张漫,刘刚,刘兆祥. 农业工程学报. 2011(08)
[6]浅谈我国精细农业的应用情况和技术构成[J]. 谷纪良. 消费导刊. 2010(08)
[7]东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统[J]. 罗锡文,张智刚,赵祚喜,陈斌,胡炼,吴晓鹏. 农业工程学报. 2009(11)
[8]拖拉机在牧草地上自动引导行走的控制[J]. 陈军,鸟巢谅,朱忠祥. 农业机械学报. 2005(07)
[9]拖拉机自动驾驶系统的研究[J]. 宋正河,吕安涛,陈文良,毛恩荣. 拖拉机与农用运输车. 2005(03)
博士论文
[1]农机导航多模变结构智能控制方法研究[D]. 伟利国.中国农业机械化科学研究院 2015
硕士论文
[1]拖拉机自动导航系统关键技术研究[D]. 贾全.中国农业机械化科学研究院 2013
[2]基于嵌入式的农机辅助导航系统研究[D]. 于占宝.黑龙江八一农垦大学 2012
本文编号：3001263
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3001263.html
