农业车辆自主导航控制算法研究
发布时间：2021-06-05 06:26
在农业机械化快速发展的大好形势下,以农业机械为载体,发展智能化农业机械能够有效地提高农业生产的质量和效率、较少环境污染,高效利用农业资源,取得经济效益与环境效益。本文以实现农业车辆精确导航为目的,搭建了智能化农业车辆试验平台,采用 RTK-DGPS（Real time kinematics Differential GPS,实时动态差分 GPS）导航方式,深入研究了 PID（Proportion Integration Differentiation,比例积分微分）、FOPID（Fractional order PID,分数阶 PID）以及 ADRC（Active Disturbances Rejection Controller,自抗扰控制器）控制算法。主要研究内容与结论如下:1、搭建了智能化农业车辆试验平台。以稳定可靠、精度高、响应快、易于控制为目标设计试验平台,试验平台包括传感器系统、执行机构与CAN-Bus通信网络。传感器系统中,RTK-DGPS、惯性传感器、绝对式编码器与增量式编码器分别用于测量车辆全局定位信息、车辆倾斜姿态、转向轮偏角与车辆前进速度,通过对原始传感器数据进行...
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３除草机器人平台??－－
ｐｒｏｃｅｓｓ＿ＧＰＳｊｐａｃｋｅｔ（）函数是实现ＮＭＥＡ－０１８３协议语句解析的关键，图２－４??中同时给出了此函数的流程。函数开始后，应用ｐｅｅｋＢｙｔｅＯ函数从队列中提取字符；??然后判断是否为帧头符号（ＡＳＣＩＩ为０ｘ２４），若“否”则将此字符清除出队列，若??“是”则提取帧头后面的字符；判断是否为字段分隔符“，”（ＡＳＣＩＩ为０ｘ２Ｃ），若“是”??则逗号计数加一，若“否”则根据逗号计数判别相应的ＧＰＳ参数；判断是否到达帧尾，??若否则继续提取帧头后面的字符，若是则解析的字符清除出队列；最后，通过判断队??列是否为空跳出函数体。??２．３．２车辆倾斜姿态测量??惯性传感器用来检测车辆的航向角ｙａｗ、横滚角ｒｏｌｌ与俯仰角ｐｉｔｃｈ。测量车辆的??倾斜姿态（ｒｏｌｌ与ｐｉｔｃｈ）用于补偿杆臂效应，实现车辆在凹凸不平的土壤环境下精确定??位。惯性传感器选用Ｃｒｏｓｓｂｏｗ公司的ＮＡＶ４４０型号惯性传感器，主要技术参数如表??２－２所示。??表２－２?ＮＡＶ４４０惯性传感器主要技术参数??Ｔａｂ．２－２?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?〇｛ＮＡＶ４４０?ｉｎｅｒｔｉａｌ?ｓｅｎｓｏｒ??１目?参数??横滚角
°?０?５０ｉｏｏ１５０＂＂＂■＾０＂＂＂＂＾０＂＂＂■３００ｉ＾ｏＴｏｏ??角度／?（＂）??图２－７编码器线性输出测量曲线??Ｆｉｇ．２－７?Ｌｉｎｅａｒ?ｏｕｔｐｕｔ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｅｎｃｏｄｅｒ??转向轮偏角测量节点采用ＡＴｍｅｇａｌ６单片机作为控制器，利用单片机内部一个１０??位逐次逼近型的模数控制器采集编码器的电压信号，测量精度为０．３６°，转向轮偏角??的计算公式为??５＝（Ｕ－ＵＪｘ＾ｙ?（２－１）??式（２－１）中，６为转向轮偏角（°）；?为基准电压（ｖ），即编码器固定后，测量前轮转角??为零时编码器的输出电压，？?ｔ／为当前时刻编码器的输出电压（Ｖ）。??编码器的安装如图２－８所示。??ｍｍ??图２－８?Ａｎｇｔｒｏｎ－ＲＥ－３８－Ｖ－０５－Ｌｉｔｅ传感器安装示意图??Ｆｉｇ．２－８?Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ａｎｇｔｒｏｎ－ＲＥ－３８－Ｖ－０５－Ｌｉｔｅ??２．３．３．２车辆行驶速度测量??车辆行驶速度由Ｅ６Ｂ２－ＣＷＺ６Ｃ型增量式旋转编码器测量，传感器的主要技术参??数如表２－６所示。??２８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]联合收获机导航数据采集系统设计[J]. 张美娜,尹文庆,钱燕,冯学斌. 农业机械学报. 2011(S1)
[2]基于分数阶PID控制器的智能车控制[J]. 吴振宇,赵亮,冯林. 控制工程. 2011(03)
[3]基于激光导航的果园拖拉机自动控制系统[J]. 刘沛,陈军,张明颖. 农业工程学报. 2011(03)
[4]基于VC++环境下串口通信程序的研究与实现[J]. 赵晓辉,陈艳萍,张科英,张东红. 科技信息. 2010(01)
[5]基于CAN总线的分布式插秧机导航控制系统设计[J]. 胡炼,罗锡文,张智刚,赵祚喜. 农业工程学报. 2009(12)
[6]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)
[7]联合收割机工作过程智能监控装置的系统集成[J]. 魏新华,李耀明,陈进,宋寿鹏,顾建,左志宇,倪军. 农业工程学报. 2009(S2)
[8]农用车辆自动导航定位方法[J]. 张漫,周建军,籍颖,陈艳,刘春红,刘刚. 农业工程学报. 2009(S2)
[9]基于Kalman滤波农用车辆导航定位方法[J]. 籍颖,刘兆祥,刘刚,张漫,周建军. 农业机械学报. 2009(S1)
[10]基于Kalman滤波和纯追踪模型的农业机械导航控制[J]. 张智刚,罗淆文,赵祚喜,黄沛琛. 农业机械学报. 2009(S1)
博士论文
[1]农业机器人视觉导航系统及其光照问题的研究[D]. 安秋.南京农业大学 2008
[2]农用轮式移动机器人视觉导航系统的研究[D]. 周俊.南京农业大学 2003
[3]自主行走农业机器人视觉导航信息处理技术研究[D]. 沈明霞.南京农业大学 2001
硕士论文
[1]基于CAN总线轮式农业移动平台通讯子系统的研究[D]. 赵先雷.南京农业大学 2007
本文编号：3211626
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３除草机器人平台??－－
ｐｒｏｃｅｓｓ＿ＧＰＳｊｐａｃｋｅｔ（）函数是实现ＮＭＥＡ－０１８３协议语句解析的关键，图２－４??中同时给出了此函数的流程。函数开始后，应用ｐｅｅｋＢｙｔｅＯ函数从队列中提取字符；??然后判断是否为帧头符号（ＡＳＣＩＩ为０ｘ２４），若“否”则将此字符清除出队列，若??“是”则提取帧头后面的字符；判断是否为字段分隔符“，”（ＡＳＣＩＩ为０ｘ２Ｃ），若“是”??则逗号计数加一，若“否”则根据逗号计数判别相应的ＧＰＳ参数；判断是否到达帧尾，??若否则继续提取帧头后面的字符，若是则解析的字符清除出队列；最后，通过判断队??列是否为空跳出函数体。??２．３．２车辆倾斜姿态测量??惯性传感器用来检测车辆的航向角ｙａｗ、横滚角ｒｏｌｌ与俯仰角ｐｉｔｃｈ。测量车辆的??倾斜姿态（ｒｏｌｌ与ｐｉｔｃｈ）用于补偿杆臂效应，实现车辆在凹凸不平的土壤环境下精确定??位。惯性传感器选用Ｃｒｏｓｓｂｏｗ公司的ＮＡＶ４４０型号惯性传感器，主要技术参数如表??２－２所示。??表２－２?ＮＡＶ４４０惯性传感器主要技术参数??Ｔａｂ．２－２?Ｍａｉｎ?ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?〇｛ＮＡＶ４４０?ｉｎｅｒｔｉａｌ?ｓｅｎｓｏｒ??１目?参数??横滚角
°?０?５０ｉｏｏ１５０＂＂＂■＾０＂＂＂＂＾０＂＂＂■３００ｉ＾ｏＴｏｏ??角度／?（＂）??图２－７编码器线性输出测量曲线??Ｆｉｇ．２－７?Ｌｉｎｅａｒ?ｏｕｔｐｕｔ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｅｎｃｏｄｅｒ??转向轮偏角测量节点采用ＡＴｍｅｇａｌ６单片机作为控制器，利用单片机内部一个１０??位逐次逼近型的模数控制器采集编码器的电压信号，测量精度为０．３６°，转向轮偏角??的计算公式为??５＝（Ｕ－ＵＪｘ＾ｙ?（２－１）??式（２－１）中，６为转向轮偏角（°）；?为基准电压（ｖ），即编码器固定后，测量前轮转角??为零时编码器的输出电压，？?ｔ／为当前时刻编码器的输出电压（Ｖ）。??编码器的安装如图２－８所示。??ｍｍ??图２－８?Ａｎｇｔｒｏｎ－ＲＥ－３８－Ｖ－０５－Ｌｉｔｅ传感器安装示意图??Ｆｉｇ．２－８?Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ａｎｇｔｒｏｎ－ＲＥ－３８－Ｖ－０５－Ｌｉｔｅ??２．３．３．２车辆行驶速度测量??车辆行驶速度由Ｅ６Ｂ２－ＣＷＺ６Ｃ型增量式旋转编码器测量，传感器的主要技术参??数如表２－６所示。??２８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]联合收获机导航数据采集系统设计[J]. 张美娜,尹文庆,钱燕,冯学斌. 农业机械学报. 2011(S1)
[2]基于分数阶PID控制器的智能车控制[J]. 吴振宇,赵亮,冯林. 控制工程. 2011(03)
[3]基于激光导航的果园拖拉机自动控制系统[J]. 刘沛,陈军,张明颖. 农业工程学报. 2011(03)
[4]基于VC++环境下串口通信程序的研究与实现[J]. 赵晓辉,陈艳萍,张科英,张东红. 科技信息. 2010(01)
[5]基于CAN总线的分布式插秧机导航控制系统设计[J]. 胡炼,罗锡文,张智刚,赵祚喜. 农业工程学报. 2009(12)
[6]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)
[7]联合收割机工作过程智能监控装置的系统集成[J]. 魏新华,李耀明,陈进,宋寿鹏,顾建,左志宇,倪军. 农业工程学报. 2009(S2)
[8]农用车辆自动导航定位方法[J]. 张漫,周建军,籍颖,陈艳,刘春红,刘刚. 农业工程学报. 2009(S2)
[9]基于Kalman滤波农用车辆导航定位方法[J]. 籍颖,刘兆祥,刘刚,张漫,周建军. 农业机械学报. 2009(S1)
[10]基于Kalman滤波和纯追踪模型的农业机械导航控制[J]. 张智刚,罗淆文,赵祚喜,黄沛琛. 农业机械学报. 2009(S1)
博士论文
[1]农业机器人视觉导航系统及其光照问题的研究[D]. 安秋.南京农业大学 2008
[2]农用轮式移动机器人视觉导航系统的研究[D]. 周俊.南京农业大学 2003
[3]自主行走农业机器人视觉导航信息处理技术研究[D]. 沈明霞.南京农业大学 2001
硕士论文
[1]基于CAN总线轮式农业移动平台通讯子系统的研究[D]. 赵先雷.南京农业大学 2007
本文编号：3211626
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3211626.html
