基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统研究

发布时间：2017-12-10 04:13

  本文关键词：基于速度自适应的拖拉机自动导航控制系统研究

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【摘要】：拖拉机的自动导航控制系统是精准农业技术的重要组成部分。近年来,随着信息化和智能化技术的持续发展和广泛应用,促进拖拉机自动导航控制技术得到不断革新升级,并迅速成为精准农业领域的研究热点。由于自主核心技术缺乏、自主创新能力薄弱、产品化水平低、系统稳定性与实用性低等问题,严重制约了我国拖拉机自动导航控制技术的发展。本文以全液压转向拖拉机为载体,以拖拉机自动导航控制系统为研究对象,将机电一体化技术、智能传感技术与多种控制理论相结合,主要针对速度因素对导航系统稳定性的影响,重点开展对拖拉机自动导航控制系统的组合导航定位系统、自动转向控制系统和路径跟踪控制系统三个部分的研究。主要研究工作如下:(1)在查阅了大量文献与调研了国内外产品应用的基础上,对比分析了国内外研究中采用的关键技术和研究方法,分别阐述了目前拖拉机自动导航控制系统在定位系统、转向系统、路径跟踪控制系统中存在的主要问题,由此确定了本文的研究内容和研究技术路线。(2)基于农业领域导航定位精度不断提高的要求,同时兼顾经济性与实用性原则,选择成本相对较低的微机械惯性测量单元(MIMU)与全球导航卫星系统(GNSS)设备来构成组合导航定位系统,解决了单一传感器定位的局限性。由于实际田间环境复杂,为了保证导航定位的可靠性,采用拖拉机速度、位置、姿态角与姿态角速度等信息融合的模式,建立了基于航位推算原理(DR)的拖拉机运动学模型,并实现了对不平地面的坐标偏差修正;提出了一种基于GNSS/MIMU/DR的自适应扩展卡尔曼滤波融合算法;设计了用于系统定位精度分析的直线导轨实验装置,并对融合算法精度进行了田间试验验证。(3)针对目前自动转向控制系统存在的问题,分析了常用拖拉机液压转向系统的结构特点和工作原理;设计了一套不影响拖拉机原有转向系统操纵功能的自动转向系统方案,研制了能够运用于开心系统、闭心系统、负载压力传感系统的液压转向控制阀块;建立了包括阀块、液压缸、转向轮的转向系统数学模型,通过数学模型分析了系统的静态和动态性能;针对其特性设计了自动转向控制器,并基于Matlab/Simulink模型进行了仿真验证。(4)为了分析拖拉机路径跟踪控制的特点,建立了拖拉机两轮动力学模型;针对拖拉机的点-位置路径跟踪和直线路径实时跟踪两种工况,分别制定了不同的路径跟踪控制策略。基于纯追踪模型算法实现点-位置路径跟踪,并进行了仿真分析;重点研究了基于速度自适应的直线路径跟踪控制方法,通过仿真分析了速度因素对跟踪控制的影响,提出了一种基于速度自适应的路径跟踪控制方法,并通过整合系统总体仿真模型,对跟踪控制算法进行了仿真验证。(5)为了验证所设计的定位系统、转向系统和路径跟踪系统,搭建了基于福田雷沃TG1254拖拉机的自动导航试验平台。针对点-位置路径跟踪和直线路径实时跟踪两种工况,设计了路径跟踪试验,并基于试验平台对总体自动导航控制系统进行了试验验证。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S219.03

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1273086