研究生開(kāi)題報(bào)告譚井泉

1、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生論文開(kāi)題報(bào)告 所在院系 工 學(xué) 院 專 業(yè) 車輛工程 學(xué)生姓名 入學(xué)時(shí)間 2012年9月 導(dǎo)師姓名 課題名稱 棉花作業(yè)機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生院制填表時(shí)間 2013年 4 月 25 日一、 立論依據(jù)（以下各項(xiàng)均可加頁(yè)）（包括課題的研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，附主要的參考文獻(xiàn)）1. 課題研究意義自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航與無(wú)人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)在農(nóng)田作業(yè)大多都是幾十畝的大面積行間作業(yè)，這種行間作業(yè)要求拖拉機(jī)駕駛員在操縱行駛的過(guò)程中，要嚴(yán)格保證播種機(jī)作業(yè)軌跡與作物行平行。因此駕駛員必須技術(shù)熟練，精神集中，這就使駕駛員很容易疲勞，從而導(dǎo)致作業(yè)精度

2、下降，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。即使是最好的農(nóng)機(jī)手在進(jìn)行田間耕作時(shí)所能達(dá)到的精度也只有10cm，若再經(jīng)過(guò)一天的勞作后，精度會(huì)大大降低。而自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)可以使精度達(dá)到3cm，從而避免重復(fù)耕作【1】。另外，人工轉(zhuǎn)向收割機(jī)使作業(yè)人員無(wú)暇顧及作物生長(zhǎng)狀況及車輛本身的狀況，不能在最佳時(shí)機(jī)對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行施肥和灌溉。本課題旨在設(shè)計(jì)一款高精度的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，用來(lái)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)精度，降低駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，使作業(yè)機(jī)器更好地按指定路徑行走，并使得作業(yè)人員在作業(yè)過(guò)程中能對(duì)作物生長(zhǎng)狀況及車輛本身狀況進(jìn)行觀察，實(shí)時(shí)掌握作物的生長(zhǎng)狀況。從農(nóng)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)在棉花播種、基肥撒施、中耕、施藥和收獲中具有非常廣闊

3、的發(fā)展前景。2. 國(guó)外研究現(xiàn)狀分析早在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機(jī)器的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也開(kāi)始步入研究。20世紀(jì)90年代以來(lái)，“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)”的研究與應(yīng)用在發(fā)達(dá)國(guó)家受到了普遍的重視，已被國(guó)際農(nóng)業(yè)科技界認(rèn)為是21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的先導(dǎo)技術(shù)【2】。每一款自動(dòng)導(dǎo)航農(nóng)業(yè)機(jī)器和無(wú)人駕駛車輛都包含著自動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)。要想保證農(nóng)業(yè)車輛自動(dòng)導(dǎo)航和無(wú)人駕駛的精度就必須先保證自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的精度。現(xiàn)在國(guó)外自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)和無(wú)人駕駛技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由此可見(jiàn)國(guó)外的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究也已經(jīng)非常成熟。R.P. Van Zuydam設(shè)計(jì)了拖拉機(jī)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，為駕駛者提供轉(zhuǎn)向協(xié)助，并用拖拉機(jī)進(jìn)行了田間測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：曲線

4、跟蹤的最大橫向偏差是12cm，直線跟蹤的平均偏差為2cm，拖拉機(jī)的速度是5.2Km/h。另外，他還用大型車輛在水泥路上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，用一個(gè)電動(dòng)側(cè)移執(zhí)行器在地上畫出粉筆線用來(lái)表示農(nóng)具實(shí)際行駛的軌跡。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)車輛在速度為3.6km/h時(shí)，平均偏差為1cm【3】。H. Qiu和Q. Zhang等設(shè)置了一個(gè)電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，此HIL仿真器由一個(gè)計(jì)算機(jī)仿真與控制、多功能I / O的PCI數(shù)據(jù)采集卡與A / D及D / A轉(zhuǎn)換器、一個(gè)傳感器和控制器的I / O設(shè)備、一個(gè)PWM電液閥驅(qū)動(dòng)器、E / H轉(zhuǎn)向控制閥、液壓轉(zhuǎn)向助力油缸和液壓動(dòng)力單元組成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，并將此仿真器安裝在農(nóng)用車上進(jìn)行測(cè)試，在正

5、弦曲線跟蹤試驗(yàn)中，最大誤差為1.8，均方根誤差為0.84【4】。圖1 電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖在國(guó)外，像Volvo、John Deere、NEW HOLLAND等許多汽車廠家也紛紛對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了研究。約翰迪爾iSteer是一個(gè)智能農(nóng)具轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它應(yīng)用液壓輸出閥自動(dòng)轉(zhuǎn)向，控制農(nóng)具方向，使其沿所需軌跡運(yùn)動(dòng)。iSteer系統(tǒng)確定拖拉機(jī)行駛的AB行導(dǎo)向軌跡，并控制農(nóng)具沿該軌跡運(yùn)動(dòng)【5】。在2011英國(guó)防務(wù)展上，英國(guó)著名的越野車制造廠商約翰迪爾公司和波音英國(guó)分公司共同發(fā)布了一款由兩家公司合作研制的新式無(wú)人運(yùn)輸車。這款被稱為R-Gator A3 Assisted Carriage System

6、ACS輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的無(wú)人運(yùn)輸車是在約翰迪爾公司的R-Gator無(wú)人多用途車基礎(chǔ)上研制的。它擁有全天候自動(dòng)駕駛能力，但仍保留手動(dòng)操縱系統(tǒng)【6】。2012年10月17日日產(chǎn)汽車宣布，開(kāi)發(fā)出了一種利用多個(gè)傳感器檢測(cè)車輛周圍的障礙物，每當(dāng)有行人突然出現(xiàn)時(shí)會(huì)通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)向避免碰撞的功能，并對(duì)新開(kāi)發(fā)的功能進(jìn)行了兩項(xiàng)演示，一項(xiàng)是從汽車旁邊突然出現(xiàn)行人時(shí)的演示，另一項(xiàng)是當(dāng)前方車輛停止剎車也來(lái)不及避免碰撞時(shí)的演示。兩種場(chǎng)景均通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)向避開(kāi)了障礙物，然后再自動(dòng)打回方向盤恢復(fù)直行狀態(tài)【7】。Volvo也宣布預(yù)計(jì)在2014年推出全自動(dòng)駕駛車輛S60，目前實(shí)車正在測(cè)試當(dāng)中，這個(gè)系統(tǒng)可以讓汽車以50km/h以下的速度自動(dòng)

7、跟隨前方車輛行駛，S60的方向盤隨之自動(dòng)轉(zhuǎn)向【8】【9】。3. 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)問(wèn)題關(guān)系是到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的根本問(wèn)題，所以對(duì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展投入研究成為時(shí)代之趨。隨著自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究也越來(lái)越多，越來(lái)越趨于成熟。在國(guó)內(nèi)，石河子大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林大學(xué)以及中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了研究，這些研究主要分為四類：方向盤上加摩擦裝置、液壓閥類、全液壓轉(zhuǎn)向器類以及電液助力轉(zhuǎn)向類。3.1 方向盤上加摩擦裝置在不改變?cè)械霓D(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，模擬人的操作，直接在方向盤上或者方向盤轉(zhuǎn)軸上加上摩擦裝置，并用電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。這方面研究較多，石河子大學(xué)的李軍

8、，馬蓉在2012年對(duì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究方案進(jìn)行詳細(xì)了論證，提出了由步進(jìn)電機(jī)輸出軸固定摩擦裝置，驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，建立了拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，討論基于模型的最優(yōu)控制理論算法，研究參數(shù)在控制中對(duì)精度的影響，并對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在速度為0.5 ms的直線跟蹤實(shí)驗(yàn)中，平均偏差為00942 m，曲線跟蹤實(shí)驗(yàn)中，平均偏差為0.7574 m?？梢钥闯觯O(shè)計(jì)的系統(tǒng)直線跟蹤時(shí)精度比較好，但是曲線跟蹤時(shí)精度較差【10】。其轉(zhuǎn)向方案實(shí)體圖及效果圖如圖2所示。圖2 轉(zhuǎn)向方案實(shí)體圖及效果圖沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)的任文濤在2012年以久保田NSD8型插秧機(jī)為研究平臺(tái)，在保證現(xiàn)有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可用性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了

9、由離合軸、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、U型螺栓、轉(zhuǎn)向輔助裝置、步進(jìn)動(dòng)電機(jī)等組成的一種遙控自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，圖3為液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)。并用AT89S52單片機(jī)為整體遙控、控制系統(tǒng)信號(hào)采集、接收器信號(hào)接收、自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的控制器。在平地上進(jìn)行了直線跟蹤實(shí)驗(yàn)，最大偏差為0.027m，平均值為0.0046m。但是考慮到實(shí)際作業(yè)環(huán)境中路面比較顛簸，偏差也會(huì)相應(yīng)加大，另外這種方式也還存在直線跟蹤時(shí)無(wú)法自動(dòng)糾正航向角的缺點(diǎn)【11】。圖3 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖該類系統(tǒng)不需要對(duì)拖拉機(jī)進(jìn)行油路的改造，改裝簡(jiǎn)單、成本低廉。但是它對(duì)摩擦裝置的要求較高；自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)方向盤始終轉(zhuǎn)動(dòng)，比較適合無(wú)人駕駛的情況，若有駕駛員在的話，會(huì)帶來(lái)很大的不便。3.2

10、液壓閥實(shí)現(xiàn)以電液比例閥為主要控制元件的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，比例閥是實(shí)現(xiàn)元件和系統(tǒng)被控制量與控制量之間線性關(guān)系的技術(shù)手段。依靠這一手段保證輸出量大小按比例隨著輸入量而變化。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)這方面進(jìn)行了多年的研究，并取得了一定的成果。常江雪等在2012年對(duì)拖拉機(jī)的線性液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，提出了用電液比例閥實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，并采用模糊控制實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制，并用Matlab/Simulink 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，獲得了油缸位移的響應(yīng)曲線【12】。田豐年等人針對(duì)傳統(tǒng)的全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要將油路通到轉(zhuǎn)向盤下面的轉(zhuǎn)向器中，而這個(gè)空間實(shí)際上比較狹小，油路布置非常困難的問(wèn)題，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造

11、，在已有的電控液壓動(dòng)力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了聯(lián)合控制電機(jī)和電磁閥的控制策略，并采用基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，采用Matlab與AMEsim 軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)繼承了全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點(diǎn)，同時(shí)又具有實(shí)時(shí)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)向舒適度高等特點(diǎn)【13】。王慶等在2010年以東風(fēng)604型拖拉機(jī)為研究對(duì)象，采用電液比例換向閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，并使用三通壓力補(bǔ)償器對(duì)比例閥進(jìn)出口的壓力進(jìn)行補(bǔ)償，從而減少壓力對(duì)比例閥線性度的影響。將原有系統(tǒng)的單出桿單作用液壓缸改成雙出桿雙作用液壓缸，從而解決了拖拉機(jī)左右轉(zhuǎn)向一致性差的問(wèn)題。最后利用Matlab軟件得到了所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向特性曲線，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了

12、全液壓轉(zhuǎn)向器的功能【14】。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳曉鵬等2009年以東方紅X804型拖拉機(jī)為平臺(tái)，改造原拖拉機(jī)的油路，使用電控比例液壓閥，并設(shè)計(jì)電控單元，選用C8051F040單片機(jī)作為控制器，組成了自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果表明：信號(hào)跟蹤的最大誤差1.11、平均誤差0.15、平均延時(shí)為0.12 s【15】。1、6.手動(dòng)切換閥 2.轉(zhuǎn)向前輪 3.轉(zhuǎn)向油缸 4.油管 5.方向盤 7.轉(zhuǎn)向液壓泵 8.油箱 9.安全閥 10.轉(zhuǎn)向器 11.比例閥 12.三位四通換向電磁閥圖4 改裝后東方紅-X804轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)示意圖中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)王卿等2007年采用了以電磁比例換向閥為核心的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并使用溢流閥實(shí)現(xiàn)將原有的

13、恒流液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成恒壓系統(tǒng)，并在電磁比例換向閥在中位時(shí)使溢流閥卸荷，避免系統(tǒng)不工作時(shí)油液由于壓力升高而發(fā)熱。并采用了帶有非線性補(bǔ)償?shù)腜ID控制算法【16】圖5 電液控制系統(tǒng)的液壓油路圖3.3 全液壓轉(zhuǎn)向器現(xiàn)在幾乎所有的拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是用全液壓轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)，在原有的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上并聯(lián)一套自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向部分采用全液壓轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)，此類改裝比較簡(jiǎn)單，但成本相對(duì)較高，且泄露較嚴(yán)重。液壓轉(zhuǎn)向器通常都是安裝在駕駛室內(nèi)，而駕駛室本來(lái)就已經(jīng)很狹窄，不利于駕駛舒適性。圖6 電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)陳文良等在2006年以鐵牛645L拖拉機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在原有的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上并聯(lián)一套自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，自動(dòng)

14、轉(zhuǎn)向部分用全液壓轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)，并針對(duì)控制對(duì)象的特點(diǎn)提出了雙通道PD控制算法，解決了控制系統(tǒng)的不對(duì)稱行問(wèn)題。大目標(biāo)的跟蹤實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)轉(zhuǎn)角與實(shí)際轉(zhuǎn)角的最大差值為1.7。小目標(biāo)跟蹤試驗(yàn)中，穩(wěn)態(tài)誤差為0.3【17】。冀中能源峰峰集團(tuán)公司物資供銷分公司李占良2009年以全液壓轉(zhuǎn)向器為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種具有位移和力反饋的電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：電子控制單元（ECU）、具有力反饋特性的電子方向盤、傳感器、步進(jìn)電機(jī)和全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，并構(gòu)建了電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用Matlab軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行力和位移的混合控制。采用PID 算法對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)控制

15、，對(duì)正弦信號(hào)和階躍信號(hào)進(jìn)行跟蹤，實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)具有良好的跟蹤能力。圖6為電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【18】。3.4 電液助力轉(zhuǎn)向類電液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)克服了機(jī)械式液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點(diǎn)。它所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號(hào)計(jì)算出的最理想狀態(tài)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在低速大轉(zhuǎn)向時(shí)，電子控制單元驅(qū)動(dòng)電子液壓泵以高速運(yùn)轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；在高速行駛時(shí)，液壓控制單元驅(qū)動(dòng)電子液壓泵以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向需要的同時(shí)，節(jié)省一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率【19】。霍立志等2010年設(shè)計(jì)了一種拖拉機(jī)電液自動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EHPS）系統(tǒng)，通過(guò)加裝步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電磁換向閥和蓄電池

16、等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩感應(yīng)型助力特性的液壓助力轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)通過(guò)判斷方向盤阻力轉(zhuǎn)矩是否達(dá)到設(shè)定值來(lái)控制是否啟動(dòng)助力，既可保證轉(zhuǎn)向輕便性，確保實(shí)時(shí)提供足夠助力，又減少能量損失。采用雙通道PD控制解決了由于單出桿轉(zhuǎn)向油缸而造成的左右轉(zhuǎn)向不對(duì)稱的問(wèn)題，作者還在AMEsim 軟件建立了EHPS系統(tǒng)仿真模型，在該仿真模型中能有效地處理拖拉機(jī)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在大量的非線性摩擦、阻尼。分析表明具有較高的響應(yīng)速度和控制精度。其電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖7所示【20】。圖7 EHPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)與全液壓轉(zhuǎn)向器相比，轉(zhuǎn)向力和油壓壓力損失比較大，且可靠性也相對(duì)差。4. 小結(jié)綜上所述，我國(guó)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制與國(guó)外相比較還有一定的

17、距離，這方面國(guó)外已經(jīng)形成較成熟的產(chǎn)品，而我國(guó)大多數(shù)的用戶都是使用國(guó)外的產(chǎn)品，一方面是由于技術(shù)較成熟，另一方面是價(jià)格便宜。國(guó)內(nèi)在自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面一直都在研究，由于技術(shù)不夠成熟很少做出產(chǎn)品投入市場(chǎng)。所以設(shè)計(jì)一款成本低廉、性能較好的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是大勢(shì)所趨。5. 參考文獻(xiàn)1陳潭.無(wú)人駕駛拖拉機(jī)將改變農(nóng)業(yè)耕作方式.科技發(fā)展與展望.1997(3)2胡桂仙,于勇,王俊農(nóng)業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用.中國(guó)農(nóng)機(jī)化.2002(5)：45-473R.P.VanZuydam.Adriverssteeringaidforanagriculturalimplement,basedonanelectronicmapandRealT

18、imeKinematicDGPS.ComputersandElectronicsinAgriculture.24(1999)1531634H.Qiu,Q.Zhang,J.F.Reid.fuzzycontrolofelectrohydraulicsteeringsystemsforagriculturalvehicles.2001AmericanSocietyofAgriculturalEngineersISSN00012351.Vol.44(6):139714025科技引領(lǐng)未來(lái)約翰迪爾獲得八項(xiàng)產(chǎn)品AE50獎(jiǎng)http:/news.21-6英國(guó)新型無(wú)人運(yùn)輸車可以自動(dòng)導(dǎo)航避障駕駛7日產(chǎn)演示通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)

19、向避免碰撞的功能8沃爾沃全自動(dòng)駕駛車輛上路2014年發(fā)售9沃爾沃自動(dòng)安全列隊(duì)駕駛首次實(shí)車測(cè)試10李軍,馬蓉.拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車.2012.V0139No475011任文濤,遲德霞等.遙控插秧機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012(01)第43卷第1期，17517912常江雪,魯植雄,白學(xué)峰等拖拉機(jī)新型線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與仿真，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào).2012.24(8):10510813田豐年,魯植雄等.基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的新型電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),公路交通科技,2010.8.vol27No.8.13614214王慶.拖拉機(jī)電控液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向

20、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，201015吳曉鵬,趙祚喜等.東方紅拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).第40卷.200916何卿.基于多傳感器融合的拖拉機(jī)行間導(dǎo)航系統(tǒng)研究D.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，200717陳文良.拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的研制D北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，200618李占良.一種工程車輛用電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究.河北煤炭.2009(6)，P48-501920霍立志,呂新民,郭貴生.拖拉機(jī)電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究.農(nóng)機(jī)化研究,2012(3).222224二、 研究方案（以下各項(xiàng)均可加頁(yè)）（包括研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分

21、析和預(yù)期的研究進(jìn)展）1. 研究目標(biāo)研究自動(dòng)導(dǎo)航控制系統(tǒng)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對(duì)拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓油路進(jìn)行改造，并設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器。2. 研究?jī)?nèi)容2.1 棉花作業(yè)機(jī)械自動(dòng)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)分析棉花作業(yè)機(jī)械手動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作性能，設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)油路，建立其液壓控制模型，進(jìn)行液壓系統(tǒng)仿真分析，研制棉花作業(yè)機(jī)械自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置。2.2 棉花作業(yè)機(jī)械自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)棉花作業(yè)機(jī)械自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制算法，研制自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制器；根據(jù)獲取的棉花作業(yè)機(jī)械定位信息，研究導(dǎo)航控制算法，進(jìn)行機(jī)-電-液聯(lián)合仿真分析，研制棉花作業(yè)機(jī)械導(dǎo)航控制器。2.3 棉花作業(yè)機(jī)械自動(dòng)轉(zhuǎn)向性能研究搭建棉花作業(yè)機(jī)械自動(dòng)轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)，研究自動(dòng)

22、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等及影響自動(dòng)轉(zhuǎn)向性能的參數(shù)。3. 擬采取的研究方法本課題采用的研究方法有文獻(xiàn)研究法、探索性研究法、模型法和實(shí)驗(yàn)法。首先運(yùn)用文獻(xiàn)研究法對(duì)拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相關(guān)資料進(jìn)行查詢，了解自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，并以此為基礎(chǔ)，通過(guò)探索性研究法設(shè)計(jì)出一個(gè)性能或精度更好的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，確定油路改造、控制算法等；再采用模型方法建立模型并進(jìn)行仿真分析；最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)法對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行整定，從而得到符合要求的自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。4. 技術(shù)路線5. 實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析5.1 實(shí)驗(yàn)方案5.1.1 自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)改造方案根據(jù)棉花作業(yè)機(jī)器的不同需求，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)應(yīng)該具有人工

23、轉(zhuǎn)向和自動(dòng)轉(zhuǎn)向兩種模式，因此必須保留作業(yè)機(jī)器原有的轉(zhuǎn)向功能。系統(tǒng)通過(guò)電液控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的控制，其控制結(jié)構(gòu)圖如下： 圖1 自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制液壓結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)工作原理：人工轉(zhuǎn)向與自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能由人工/智能切換閥實(shí)現(xiàn)，切換在自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能時(shí)，人工轉(zhuǎn)向處于隔離狀態(tài)，不起轉(zhuǎn)向作用，比例方向控制閥用來(lái)控制轉(zhuǎn)向方向，并通過(guò)電流大小控制流量大小從而控制轉(zhuǎn)角大小，比例方向閥在中位時(shí)卸荷，以避免系統(tǒng)非工作狀態(tài)的產(chǎn)熱；壓力補(bǔ)償器用來(lái)保證比例方向控制閥進(jìn)出口壓力恒定；溢流閥保證系統(tǒng)壓力恒定。5.1.2 自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括轉(zhuǎn)向控制器最小電路的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)以及輸入輸出的設(shè)計(jì)，硬件圖如下：圖2 轉(zhuǎn)向控

24、制硬件框圖自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)要使轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，選擇一個(gè)合適的控制算法是非常重要的，類比其他轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，本研究擬采用PID控制算法?？刂圃韴D如圖3?？刂葡到y(tǒng)工作原理：轉(zhuǎn)向控制采用的是閉環(huán)控制，上位機(jī)給出目標(biāo)轉(zhuǎn)角以后，轉(zhuǎn)向控制器將目標(biāo)轉(zhuǎn)角和實(shí)際轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較得出轉(zhuǎn)角偏差，由PID控制算法根據(jù)偏差信號(hào)計(jì)算得出比例閥的開(kāi)度大小，從而控制流量大小來(lái)減小偏差，系統(tǒng)重復(fù)的進(jìn)行這一過(guò)程，從而使系統(tǒng)更好的跟蹤目標(biāo)。圖3 轉(zhuǎn)向控制原理圖5.1.3 自動(dòng)轉(zhuǎn)向性能研究課題研究初期，先以學(xué)院的液壓實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，搭建液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并進(jìn)行一些基本實(shí)驗(yàn)，確保系統(tǒng)可行的前提下，將系統(tǒng)安裝在棉花作業(yè)機(jī)器上，進(jìn)行路徑跟蹤實(shí)驗(yàn)，確定最優(yōu)的控制參數(shù)。5.2 可行性分析（1）本課題可能要涉及到液壓、電控和變成等方面的知識(shí)，而實(shí)驗(yàn)室老師在這些方面都有非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，能為整個(gè)課題提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。（2）擬采用比例方向控制閥對(duì)油路進(jìn)行改造，可確定被控對(duì)象為比例電磁鐵，通過(guò)電流大小控制閥門開(kāi)口大小。這方面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行過(guò)一定的研究，留下了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。（3）比例方向控制閥、PID控制算法等方面技術(shù)都比較成熟，能達(dá)到較高精度。6. 預(yù)期研究進(jìn)展（1）2013年1月2010年3月查閱棉花作業(yè)機(jī)械的類型、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)特點(diǎn)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)的有關(guān)資料，進(jìn)行資料分析。（2）2013年3月2013年7月提出棉花作