轮式拖拉机高精度自主耕作关键技术研究
发布时间：2022-10-15 13:33
针对我国现阶段农业机械自动化、信息化、智能化技术水平低下,人工作业误差大,效率低,浪费土地等问题。本文以YSH-504D轮式拖拉机为试验平台,对农机自主耕作导航控制技术进行了研究。目的在于减轻农民劳动,提高耕种效率和作业精度。文中采用载波相位差分GPS定位技术,辅以惯性导航系统,融合数据,采用卡尔曼滤波算法,平滑处理导航参数,并针对因地形倾斜及地质硬度不均引起的GPS定位误差加以修正,使拖拉机的行驶轨迹更加平稳。通过分析比较几种路径规划方法,本文设计了一种通过判断拖拉机当前坐标点与目标点的距离差值确定拖拉机转向的控制策略,并设计车辆转向PID控制器,以车辆目标前轮转角和实际转角的偏差为输入变量。通过对转向驱动机构的控制实现拖拉机的转角控制。论文从实际情况出发,结合课题需要,查阅国内外大量文献,确定了控制系统总体设计方案。主要包括:嵌入式开发板模块、GPS接收模块、LCD显示模块、继电器控制模块等。并选择合适的处理器以及传感器,搭建了系统的硬件平台。最后根据导航控制算法进行仿真试验、路径跟踪实车试验及GPS轨迹校正试验。试验结果表明校正后的GPS导航参数能够使拖拉机更好的跟踪目标路径,导...
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 自主耕作拖拉机国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 现阶段我国自主耕作拖拉机存在的问题
1.3 国内外农机导航定位方法
1.4 论文主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 GPS/INS组合导航原理
2.1 GPS卫星全球定位系统
2.1.1 GPS系统组成
2.1.2 GPS定位原理
2.1.3 载波相位差分GPS技术
2.2 GPS/INS组合导航系统
2.2.1 INS惯性导航系统
2.2.2 INS导航原理及导航算法
2.2.3 GPS/INS组合导航组合方式
2.3 常用空间坐标系
2.3.1 WGS-84 坐标系
2.3.2 坐标转换
2.4 本章小结
第3章 GPS导航修正算法研究
3.1 坐标系及导航参数定义
3.2 GPS定位误差分析校正
3.3 构建Kalman滤波器估计拖拉机导航参数
3.4 本章小结
第4章 路径规划研究
4.1 常用路径规划方法
4.2 转弯路径规划
4.2.1 转弯半径确定
4.2.2 转弯路径解析
4.2.3 转弯时间确定
4.3 路径跟踪控制方法
4.3.1 基于运动学模型的控制方法
4.3.2 基于PID算法的控制方法
4.4 本章小结
第5章 控制系统硬件设计
5.1 系统方案总体设计
5.2 传感器选型
5.2.1 角度传感器
5.2.2 换向电磁阀
5.3 功能模块设计
5.3.1 微处理器
5.3.2 GNSS模块
5.3.3 无线数传模块
5.3.4 LCD接口模块
5.3.5 电源模块设计
5.3.6 串口通讯接口设计
5.3.7 继电器控制模块设计
5.4 本章小结
第6章 系统测试与结果分析
6.1 GPS数据接收测试
6.2 路径跟踪控制方法仿真
6.3 直线跟踪试验
6.4 GPS轨迹校正试验
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国一拖发布首台真正意义上的无人驾驶拖拉机[J]. 段运红. 农业机械. 2016(11)
[2]1957年10月:苏联发射第一枚人造卫星进入地球轨道[J]. 萧如珀,杨信男. 现代物理知识. 2015(05)
[3]基于单片机系统的PID温度控制器设计[J]. 杨中兴. 电子制作. 2013(22)
[4]迪文DGUS与Modbus协议的基本应用[J]. 姚建真. 电子技术应用. 2013(01)
[5]基于GIS/GPS拖拉机播种作业路径规划系统的设计与研究[J]. 芦帅,马蓉,安光辉. 石河子大学学报(自然科学版). 2011(06)
[6]基于FPGA的32位RISC微处理器设计[J]. 刘览,郑步生,施慧彬. 数据采集与处理. 2011(03)
[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]东方红拖拉机自动转向控制系统设计[J]. 吴晓鹏,赵祚喜,张智刚,陈斌,胡炼. 农业机械学报. 2009(S1)
[9]无人驾驶拖拉机[J]. 罗成. 南方农机. 2009(04)
[10]GPS/INS组合导航系统优越性研究及仿真[J]. 李飞,段哲民,龚诚. 电子测量技术. 2008(03)
硕士论文
[1]田间作业机组激光导引系统设计与试验[D]. 崔桐瑞.山东农业大学 2015
[2]无人驾驶拖拉机控制系统设计研究[D]. 宋春月.上海工程技术大学 2015
[3]面向GPS导航拖拉机的最优全局覆盖路径规划研究[D]. 刘向锋.辽宁工程技术大学 2011
[4]一种车载GPS自主定位系统的硬件实现[D]. 郑金山.山东大学 2007
[5]基于DSP的卫星定位信号处理算法的研究[D]. 赵楠.西北工业大学 2006
本文编号：3691400
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 自主耕作拖拉机国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 现阶段我国自主耕作拖拉机存在的问题
1.3 国内外农机导航定位方法
1.4 论文主要研究内容
1.5 本章小结
第2章 GPS/INS组合导航原理
2.1 GPS卫星全球定位系统
2.1.1 GPS系统组成
2.1.2 GPS定位原理
2.1.3 载波相位差分GPS技术
2.2 GPS/INS组合导航系统
2.2.1 INS惯性导航系统
2.2.2 INS导航原理及导航算法
2.2.3 GPS/INS组合导航组合方式
2.3 常用空间坐标系
2.3.1 WGS-84 坐标系
2.3.2 坐标转换
2.4 本章小结
第3章 GPS导航修正算法研究
3.1 坐标系及导航参数定义
3.2 GPS定位误差分析校正
3.3 构建Kalman滤波器估计拖拉机导航参数
3.4 本章小结
第4章 路径规划研究
4.1 常用路径规划方法
4.2 转弯路径规划
4.2.1 转弯半径确定
4.2.2 转弯路径解析
4.2.3 转弯时间确定
4.3 路径跟踪控制方法
4.3.1 基于运动学模型的控制方法
4.3.2 基于PID算法的控制方法
4.4 本章小结
第5章 控制系统硬件设计
5.1 系统方案总体设计
5.2 传感器选型
5.2.1 角度传感器
5.2.2 换向电磁阀
5.3 功能模块设计
5.3.1 微处理器
5.3.2 GNSS模块
5.3.3 无线数传模块
5.3.4 LCD接口模块
5.3.5 电源模块设计
5.3.6 串口通讯接口设计
5.3.7 继电器控制模块设计
5.4 本章小结
第6章 系统测试与结果分析
6.1 GPS数据接收测试
6.2 路径跟踪控制方法仿真
6.3 直线跟踪试验
6.4 GPS轨迹校正试验
6.5 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国一拖发布首台真正意义上的无人驾驶拖拉机[J]. 段运红. 农业机械. 2016(11)
[2]1957年10月:苏联发射第一枚人造卫星进入地球轨道[J]. 萧如珀,杨信男. 现代物理知识. 2015(05)
[3]基于单片机系统的PID温度控制器设计[J]. 杨中兴. 电子制作. 2013(22)
[4]迪文DGUS与Modbus协议的基本应用[J]. 姚建真. 电子技术应用. 2013(01)
[5]基于GIS/GPS拖拉机播种作业路径规划系统的设计与研究[J]. 芦帅,马蓉,安光辉. 石河子大学学报(自然科学版). 2011(06)
[6]基于FPGA的32位RISC微处理器设计[J]. 刘览,郑步生,施慧彬. 数据采集与处理. 2011(03)
[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]东方红拖拉机自动转向控制系统设计[J]. 吴晓鹏,赵祚喜,张智刚,陈斌,胡炼. 农业机械学报. 2009(S1)
[9]无人驾驶拖拉机[J]. 罗成. 南方农机. 2009(04)
[10]GPS/INS组合导航系统优越性研究及仿真[J]. 李飞,段哲民,龚诚. 电子测量技术. 2008(03)
硕士论文
[1]田间作业机组激光导引系统设计与试验[D]. 崔桐瑞.山东农业大学 2015
[2]无人驾驶拖拉机控制系统设计研究[D]. 宋春月.上海工程技术大学 2015
[3]面向GPS导航拖拉机的最优全局覆盖路径规划研究[D]. 刘向锋.辽宁工程技术大学 2011
[4]一种车载GPS自主定位系统的硬件实现[D]. 郑金山.山东大学 2007
[5]基于DSP的卫星定位信号处理算法的研究[D]. 赵楠.西北工业大学 2006
本文编号：3691400
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/3691400.html
