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基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法
1
作者
张智刚
黄海翔
+4 位作者
罗锡文
张国城
张闻宇
彭铭达
刘文锴
《农业工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期48-57,共10页
为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向...
为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向角,利用GNSS(global navigation satellite system)与二轮车模型快速标定虚拟轮转角,标定结果表明:虚拟轮转角的最大误差为1.3°,平均误差为0.11°。然后,对转向系统的机械间隙进行分析,设计一种带有间隙补偿的模糊PD(proportional derivative)转向控制算法,并在Simulink中验证算法的可行性。实车试验结果表明,该算法跟踪方波转角信号的响应时间为1.1 s,最大稳态误差为0.65°,平均稳态绝对误差为0.132°。跟踪正弦波转角信号的平均延时为0.5 s,最大误差为1.91°,平均绝对误差为1.09°。与无间隙补偿算法相比,有间隙补偿算法跟踪方波信号最大稳态误差减小了0.022°,平均稳态绝对误差减少了0.112°,角度误差在±0.2°内的时间提升了71%;跟踪正弦波信号最大误差减小了0.68°,平均绝对误差减小0.23°。田间直线导航转向控制试验结果表明,转角跟踪的绝对平均误差为0.61°,最大跟踪误差为2.82°,转向控制跟踪精度较高,稳定性好,满足导航作业需求。
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关键词
农业机械
算法
电动方向盘
转角标定
转向控制
机械间隙
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职称材料
低功耗BDS-SPP/INS融合定位系统的设计与试验
2
作者
张天
张智刚
+5 位作者
罗锡文
彭铭达
张国城
黄海翔
苑炳轩
张闻宇
《华南农业大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期437-445,共9页
【目的】融合定位设备大多依赖于BDS-RTK,而BDS-RTK功耗大,在网络信号不佳的区域无法获取差分链路,只能使用标准单点定位(Standard point positioning,SPP),而SPP定位系统存在定位误差大、抗干扰能力弱的问题。本研究致力于解决这些问...
【目的】融合定位设备大多依赖于BDS-RTK,而BDS-RTK功耗大,在网络信号不佳的区域无法获取差分链路,只能使用标准单点定位(Standard point positioning,SPP),而SPP定位系统存在定位误差大、抗干扰能力弱的问题。本研究致力于解决这些问题。【方法】提出一种惯性导航系统(Inertial navigation system,INS)和BDSSPP传感器信息融合卡尔曼滤波方法,基于该方法开发了低功耗融合定位系统。采用BDS-RTK作为基准,测试了BDS-SPP的低功耗模块静态和动态的误差、航姿参考系统(Attitude and heading reference system,AHRS)零偏和噪声,同时进行滤波器融合定位试验,检测在单天线BDS受到干扰时AHRS的断点续航情况。【结果】BDS定位的静态误差为0.4726 m,BDS-SPP/INS融合定位系统动态平均标准差小于1.9137 m,相较于融合前减少0.1652 m。断点续航试验结果表明,融合定位系统偏移距离平均标准差为3.6365 m,相较于融合前减少了2.5900 m。BDS-SPP/INS融合定位系统比BDS-RTK定位系统功率降低了33.3 W;融合后的输出频率较单独采用BDS-SPP情况提高了3倍。【结论】本文的融合定位装置提高了BDS-SPP的抗干扰能力,减少了定位误差,可以在缺少RTK链路的情况下为农业机器人提供定位,可以为农业机器人导航研究提供了技术基础。
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关键词
农业机器人
低功耗
BDS
信息融合
KALMAN滤波
INS
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职称材料
题名
基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法
1
作者
张智刚
黄海翔
罗锡文
张国城
张闻宇
彭铭达
刘文锴
机构
华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室
岭南现代农业科学与技术广东省实验室
广东省农业人工智能重点实验室
出处
《农业工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期48-57,共10页
基金
国家自然科学基金项目(32071914)
国家重点研发计划项目(2022YFD2001601)
山东省重点研发计划项目(2022SFGC0202)。
文摘
为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向角,利用GNSS(global navigation satellite system)与二轮车模型快速标定虚拟轮转角,标定结果表明:虚拟轮转角的最大误差为1.3°,平均误差为0.11°。然后,对转向系统的机械间隙进行分析,设计一种带有间隙补偿的模糊PD(proportional derivative)转向控制算法,并在Simulink中验证算法的可行性。实车试验结果表明,该算法跟踪方波转角信号的响应时间为1.1 s,最大稳态误差为0.65°,平均稳态绝对误差为0.132°。跟踪正弦波转角信号的平均延时为0.5 s,最大误差为1.91°,平均绝对误差为1.09°。与无间隙补偿算法相比,有间隙补偿算法跟踪方波信号最大稳态误差减小了0.022°,平均稳态绝对误差减少了0.112°,角度误差在±0.2°内的时间提升了71%;跟踪正弦波信号最大误差减小了0.68°,平均绝对误差减小0.23°。田间直线导航转向控制试验结果表明,转角跟踪的绝对平均误差为0.61°,最大跟踪误差为2.82°,转向控制跟踪精度较高,稳定性好,满足导航作业需求。
关键词
农业机械
算法
电动方向盘
转角标定
转向控制
机械间隙
Keywords
agricultural machinery
algorithm
electric steering wheel
steering angle calibration
steering control
backlash
分类号
S147.2 [农业科学—肥料学]
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职称材料
题名
低功耗BDS-SPP/INS融合定位系统的设计与试验
2
作者
张天
张智刚
罗锡文
彭铭达
张国城
黄海翔
苑炳轩
张闻宇
机构
华南农业大学工程学院/南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室/广东省农业人工智能重点实验室
岭南现代农业科学与技术广东省实验室
出处
《华南农业大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期437-445,共9页
基金
国家重点研发计划(2022YFD2001601)
国家糖料产业技术体系(CARS-170405)。
文摘
【目的】融合定位设备大多依赖于BDS-RTK,而BDS-RTK功耗大,在网络信号不佳的区域无法获取差分链路,只能使用标准单点定位(Standard point positioning,SPP),而SPP定位系统存在定位误差大、抗干扰能力弱的问题。本研究致力于解决这些问题。【方法】提出一种惯性导航系统(Inertial navigation system,INS)和BDSSPP传感器信息融合卡尔曼滤波方法,基于该方法开发了低功耗融合定位系统。采用BDS-RTK作为基准,测试了BDS-SPP的低功耗模块静态和动态的误差、航姿参考系统(Attitude and heading reference system,AHRS)零偏和噪声,同时进行滤波器融合定位试验,检测在单天线BDS受到干扰时AHRS的断点续航情况。【结果】BDS定位的静态误差为0.4726 m,BDS-SPP/INS融合定位系统动态平均标准差小于1.9137 m,相较于融合前减少0.1652 m。断点续航试验结果表明,融合定位系统偏移距离平均标准差为3.6365 m,相较于融合前减少了2.5900 m。BDS-SPP/INS融合定位系统比BDS-RTK定位系统功率降低了33.3 W;融合后的输出频率较单独采用BDS-SPP情况提高了3倍。【结论】本文的融合定位装置提高了BDS-SPP的抗干扰能力,减少了定位误差,可以在缺少RTK链路的情况下为农业机器人提供定位,可以为农业机器人导航研究提供了技术基础。
关键词
农业机器人
低功耗
BDS
信息融合
KALMAN滤波
INS
Keywords
Agricultural robot
Low-power
BDS
Information fusion
Kalman filter
INS
分类号
TP273 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
V249.32 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法
张智刚
黄海翔
罗锡文
张国城
张闻宇
彭铭达
刘文锴
《农业工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
2
低功耗BDS-SPP/INS融合定位系统的设计与试验
张天
张智刚
罗锡文
彭铭达
张国城
黄海翔
苑炳轩
张闻宇
《华南农业大学学报》
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
下载PDF
职称材料
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