基于速度自调节模糊控制的插秧机自动作业控制系统研究
发布时间：2021-08-06 21:08
农业机械的自动作业技术是目前国内外精准农业的研究热点,也是实现农机装备智能化作业的核心技术。插秧机自动作业技术不仅可以减轻传统机插秧作业过程中的驾驶员疲劳问题,而且可有效地提高生产效率与土地利用率。本文以久保田SPU-68C型高速水稻插秧机为试验平台,开展插秧机自动作业控制系统研究。针对水稻插秧机自动作业过程中横向偏差、航向偏差对行驶速度的影响,开展了速度自调节模糊控制算法研究,将横向偏差、航向偏差作为输入变量,行驶速度作为输出调控变量,并结合行驶速度-前视距离关系式对前视距离进行自适应调节,进一步通过纯追踪模型获得期望前轮转角;最后通过仿真与试验对算法与自动作业控制系统进行验证,基于车辆运动信息与各偏差的变化,实现了行驶速度自动调节以及路径追踪纠偏,提高了插秧机在复杂水田环境工作的鲁棒性和适应性,为实现插秧作业的自动化奠定了良好的理论和技术基础。本文的主要研究工作包括以下几部分:1、本文设计了以GPS定位系统、组合惯导系统、角度/速度传感器等设备组成的车辆运动感知系统,利用RTK-GPS、惯性导航、传感器等技术对插秧机的实时运动信息、位置信息进行感知反馈。最终成功搭建了插秧机的运动感...
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GPS定位系统组成
10图2-3IMU560组合惯性导航系统Fig.2-3IMU560integratedinertialnavigationsystem表2-3组合惯导系统的性能参数Tab.2-3Performanceparametersofintegratedinertialnavigationsystem参数名称参数说明姿态精度横滚/俯仰1σ(静态)(°)0.1横滚/俯仰1σ(动态)(°)0.3航向位置推算精度航向精度1σ(°)0.3/0.5(GPS有效/失锁5min)纯惯导位置推算精度1σ(m@1min)<40(GPS失锁)输出频率(Hz)1~100陀螺仪量程(°/s)±300分辨率(°/s)<0.01非线性误差(%)<0.1加速度计量程(g)±4标度因素稳定性(%)<0.1分辨率(mg)0.1可兼容卫星模式GPSL1C/ASBASL1C/AGLONASSL1OFBEIDOUB12.2.3角度/速度传感器本研究选择容微科技品牌的绝对值编码器作为角度/速度传感器，编码器型号为RW-ARE-232-DDS-10-24-M-6。该编码器寿命长、可靠性高，适用于机械变化频率大等恶劣环境[21]。角度传感器如图2-4所示，其部分技术指标参数如表2-4所示。
11图2-4角度/速度传感器Fig.2-4Angle/speedsensor表2-4绝对值编码器技术指标参数Tab.2-4Technicalparametersofabsolutevalueencoder参数名称参数说明供电电压（V）DC9-24工作温度（℃）-20~+80防护等级IP67测量精度10位/圈测量量程多圈（65536圈），可定制范围RS232接线方式红-电源正极，黑-电源负极，黄-RX，白-TX，绿-设置与回零RS485接线方式红-电源正极，黑-电源负极，黄-A，白-B，绿-设置与回零2.3自动作业执行机构设计本课题的研究对象是久保田SPU-68C型乘坐式高速水稻插秧机，采用双缸汽油发动机，额定功率为7.7KW；转向方式为前轮液压助力动力转向；变速方式为前后无级变速；采用栽插离合手柄手动换挡进行插植控制，插秧宽幅为180cm（6行×30cm/行）；该插秧机的主要技术参数如表2-5所示。2.3.1自动转向机构设计久保田SPU-68C型乘坐式高速水稻插秧机与普通车辆的转向方法相同，是通过驾驶员转动方向盘按照预定义路径行驶。若要插秧机实现对预定义路径进行自动路径追踪，首先要实现对插秧机转向机构的控制，因此本研究首先设计并改造了自动转向机构。由于该研究在本校是首次，所以遵循最大程度的降低改造原有插秧机转向机构展开设计[54]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]“精细农业”的实践与农业科技创新[J]. 樊彩平. 农家参谋. 2019(16)
[2]基于RTK-GNSS和MEMS陀螺仪的车辆航向角测量技术[J]. 张智刚,朱启明,何杰,王辉,岳斌斌,丁凡. 华南农业大学学报. 2019(05)
[3]“精细农业”的实践与农业科技创新研究[J]. 鲍怀凤. 农业开发与装备. 2019(03)
[4]电动方向盘插秧机转向控制系统设计[J]. 何杰,朱金光,罗锡文,张智刚,胡炼,高阳. 农业工程学报. 2019(06)
[5]水稻插秧机自动作业系统设计与试验[J]. 何杰,朱金光,张智刚,罗锡文,高阳,胡炼. 农业机械学报. 2019(03)
[6]插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法[J]. 李革,王宇,郭刘粉,童俊华,何勇. 农业机械学报. 2018(05)
[7]自动导航插秧机路径跟踪系统稳定性模糊控制优化方法[J]. 唐小涛,陶建峰,李志腾,李彦明,刘成良. 农业机械学报. 2018(01)
[8]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[9]基于LabVIEW的电动车智能控制创新教学实验平台[J]. 张硕,刘进一,朱忠祥,杜岳峰,谢斌,李伟. 实验技术与管理. 2017(07)
[10]基于GNSS/MIMU/DR的农业机械组合导航定位方法[J]. 刘进一,杜岳峰,张硕,朱忠祥,毛恩荣,陈雨. 农业机械学报. 2016(S1)
博士论文
[1]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统研究[D]. 刘进一.中国农业大学 2017
[2]水稻插秧机视觉导航系统设计与路径追踪试验[D]. 迟德霞.沈阳农业大学 2015
硕士论文
[1]基于GPS无人驾驶插秧机控制系统及路径规划研究[D]. 郭九霄.浙江理工大学 2019
[2]自主行走水稻插秧机路径追踪算法研究与实现[D]. 刘龙.安徽农业大学 2018
[3]农用拖拉机自动转弯路径与执行机构研究[D]. 朱亚坤.太原理工大学 2018
[4]自主行走高速水稻插秧机自动转向控制系统研究[D]. 朱广月.安徽农业大学 2018
[5]油菜直播机组作业路径跟踪控制与试验[D]. 周雅文.华中农业大学 2017
[6]插秧机自动导航控制系统的设计与研究[D]. 王宇.浙江理工大学 2017
[7]无人驾驶车辆的自动转向控制[D]. 余如.吉林大学 2016
[8]基于GPS的农机自动导航系统的研究与设计[D]. 张琳洁.太原理工大学 2016
[9]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
[10]模糊PID控制研究及其在水箱过程控制系统中的应用[D]. 焦舟波.东华大学 2011
本文编号：3326493
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GPS定位系统组成
10图2-3IMU560组合惯性导航系统Fig.2-3IMU560integratedinertialnavigationsystem表2-3组合惯导系统的性能参数Tab.2-3Performanceparametersofintegratedinertialnavigationsystem参数名称参数说明姿态精度横滚/俯仰1σ(静态)(°)0.1横滚/俯仰1σ(动态)(°)0.3航向位置推算精度航向精度1σ(°)0.3/0.5(GPS有效/失锁5min)纯惯导位置推算精度1σ(m@1min)<40(GPS失锁)输出频率(Hz)1~100陀螺仪量程(°/s)±300分辨率(°/s)<0.01非线性误差(%)<0.1加速度计量程(g)±4标度因素稳定性(%)<0.1分辨率(mg)0.1可兼容卫星模式GPSL1C/ASBASL1C/AGLONASSL1OFBEIDOUB12.2.3角度/速度传感器本研究选择容微科技品牌的绝对值编码器作为角度/速度传感器，编码器型号为RW-ARE-232-DDS-10-24-M-6。该编码器寿命长、可靠性高，适用于机械变化频率大等恶劣环境[21]。角度传感器如图2-4所示，其部分技术指标参数如表2-4所示。
11图2-4角度/速度传感器Fig.2-4Angle/speedsensor表2-4绝对值编码器技术指标参数Tab.2-4Technicalparametersofabsolutevalueencoder参数名称参数说明供电电压（V）DC9-24工作温度（℃）-20~+80防护等级IP67测量精度10位/圈测量量程多圈（65536圈），可定制范围RS232接线方式红-电源正极，黑-电源负极，黄-RX，白-TX，绿-设置与回零RS485接线方式红-电源正极，黑-电源负极，黄-A，白-B，绿-设置与回零2.3自动作业执行机构设计本课题的研究对象是久保田SPU-68C型乘坐式高速水稻插秧机，采用双缸汽油发动机，额定功率为7.7KW；转向方式为前轮液压助力动力转向；变速方式为前后无级变速；采用栽插离合手柄手动换挡进行插植控制，插秧宽幅为180cm（6行×30cm/行）；该插秧机的主要技术参数如表2-5所示。2.3.1自动转向机构设计久保田SPU-68C型乘坐式高速水稻插秧机与普通车辆的转向方法相同，是通过驾驶员转动方向盘按照预定义路径行驶。若要插秧机实现对预定义路径进行自动路径追踪，首先要实现对插秧机转向机构的控制，因此本研究首先设计并改造了自动转向机构。由于该研究在本校是首次，所以遵循最大程度的降低改造原有插秧机转向机构展开设计[54]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]“精细农业”的实践与农业科技创新[J]. 樊彩平. 农家参谋. 2019(16)
[2]基于RTK-GNSS和MEMS陀螺仪的车辆航向角测量技术[J]. 张智刚,朱启明,何杰,王辉,岳斌斌,丁凡. 华南农业大学学报. 2019(05)
[3]“精细农业”的实践与农业科技创新研究[J]. 鲍怀凤. 农业开发与装备. 2019(03)
[4]电动方向盘插秧机转向控制系统设计[J]. 何杰,朱金光,罗锡文,张智刚,胡炼,高阳. 农业工程学报. 2019(06)
[5]水稻插秧机自动作业系统设计与试验[J]. 何杰,朱金光,张智刚,罗锡文,高阳,胡炼. 农业机械学报. 2019(03)
[6]插秧机导航路径跟踪改进纯追踪算法[J]. 李革,王宇,郭刘粉,童俊华,何勇. 农业机械学报. 2018(05)
[7]自动导航插秧机路径跟踪系统稳定性模糊控制优化方法[J]. 唐小涛,陶建峰,李志腾,李彦明,刘成良. 农业机械学报. 2018(01)
[8]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制方法[J]. 张硕,刘进一,杜岳峰,朱忠祥,毛恩荣,宋正河. 农业工程学报. 2017(23)
[9]基于LabVIEW的电动车智能控制创新教学实验平台[J]. 张硕,刘进一,朱忠祥,杜岳峰,谢斌,李伟. 实验技术与管理. 2017(07)
[10]基于GNSS/MIMU/DR的农业机械组合导航定位方法[J]. 刘进一,杜岳峰,张硕,朱忠祥,毛恩荣,陈雨. 农业机械学报. 2016(S1)
博士论文
[1]基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统研究[D]. 刘进一.中国农业大学 2017
[2]水稻插秧机视觉导航系统设计与路径追踪试验[D]. 迟德霞.沈阳农业大学 2015
硕士论文
[1]基于GPS无人驾驶插秧机控制系统及路径规划研究[D]. 郭九霄.浙江理工大学 2019
[2]自主行走水稻插秧机路径追踪算法研究与实现[D]. 刘龙.安徽农业大学 2018
[3]农用拖拉机自动转弯路径与执行机构研究[D]. 朱亚坤.太原理工大学 2018
[4]自主行走高速水稻插秧机自动转向控制系统研究[D]. 朱广月.安徽农业大学 2018
[5]油菜直播机组作业路径跟踪控制与试验[D]. 周雅文.华中农业大学 2017
[6]插秧机自动导航控制系统的设计与研究[D]. 王宇.浙江理工大学 2017
[7]无人驾驶车辆的自动转向控制[D]. 余如.吉林大学 2016
[8]基于GPS的农机自动导航系统的研究与设计[D]. 张琳洁.太原理工大学 2016
[9]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
[10]模糊PID控制研究及其在水箱过程控制系统中的应用[D]. 焦舟波.东华大学 2011
本文编号：3326493
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3326493.html
