基于模糊自适应纯追踪模型的农业机械路径跟踪方法

为了提高农业机械自动导航控制系统的精度,提出了一种基于模糊自适应纯追踪模型的农业机械路径跟踪方法。该方法基于纯追踪模型进行农业机械路径跟踪控制,结合农业机械运动学模型来确定车轮期望转向角;采用模糊自适应控制在线自适应地确定纯追踪模型中的前视距离,提高了路径跟踪的精度。农业机械的路径跟踪实验结果表明,路径跟踪的最大误差不超过10 cm,平均误差小于5 cm,完全满足农业机械的作业要求,验证了提出方法的可行性和有效性。

一种与行驶速度无关的农机路径跟踪方法

针对智能农机自主作业中的路径跟踪控制问题,提出了一种与行驶速度无关的农机路径跟踪方法,该方法对农机行驶速度的变化具有鲁棒性。首先建立了空间参数驱动的非线性相对运动学模型,并证明了基于该模型进行控制方法设计的合理性和可行性。然后对此模型进行反馈线性化和最优控制设计,得到了一种与速度无关的农机路径跟踪控制律。最后进行了实车的路径跟踪实验,实验结果表明该方法的直线路径跟踪精度为4 cm,曲线路径跟踪精度为7 cm,且跟踪精度不受速度变化的影响,验证了该方法的有效性和对速度变化的鲁棒性。

农业轮式移动机器人自适应滑模路径跟踪控制

针对不确定性干扰影响下的农业轮式移动机器人鲁棒自适应路径跟踪问题,提出一种非时间参考的自适应滑模路径跟踪控制方法。首先,选择合适的非时间参考量,建立面向移动机器人路径跟踪控制器设计的相对运动学模型,摆脱了时间和速度因素的影响。其次,对传统的指数趋近律进行改进,设计了新型的快速趋近律。此外,引入RBF神经网络对不确定性干扰进行实时估计,进而提出一种基于新型趋近律的自适应滑模控制方法,并对其性能进行了理论分析与证明。该控制方法既消除了抖振现象又提高了轮式移动机器人在不确定性干扰作用下的路径跟踪性能。最后,通过仿真验证了提出方法的有效性和优越性。

基于新型趋近律的非线性积分滑模控制方法

针对一类不确定非线性系统的鲁棒控制问题,提出一种基于新型滑模趋近律的非线性积分滑模控制方法。首先,设计了一种非线性积分滑模面,保证系统在滑动模态阶段具有较好的性能。其次,提出一种新型快速滑模趋近律,证明了其有限时间可达特性。进而基于提出的非线性积分滑模面和新型快速滑模趋近律进行了滑模控制器设计,推导了闭环滑模控制系统存在有界干扰时的干扰稳定界。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性和优越性。

农业机械自动导航技术研究进展

农业机械自动导航是精准农业技术体系中的一项核心关键技术,广泛应用于耕作、播种、施肥、喷药、收获等农业生产过程。农机位置测量方法、农机模型与导航路径跟踪控制方法是农业机械自动导航技术的研究重点,受到国内外科研人员的广泛关注。农机位置测量主要有相对测量和绝对测量二类方法,前者以基于机器视觉的测量方法为代表,主要利用图像处理技术识别作物行,进而确定导航基准线,实现农机与作物的相对位置与航向信息的测量;后者则以基于全球导航卫星系统的测量方法为代表,利用卫星定位技术实现农机位置的高精度测量,在农业生产中应用最为广泛;而面对复杂的田间环境变化,在位置测量中应用多传感器数据融合技术通常可以得到更好的测量结果。导航路径跟踪控制通常以农机运动学模型或动力学模型为核心,多采用最优控制、最优估计、自适应控制、人工神经网络、模糊控制、鲁棒控制等现代控制理论与方法;而无模型控制方法则可以避免建模不准确或者模型参数剧烈变化对农机路径跟踪控制性能所产生的负面影响。该文从上述2个方面综述分析了农业机械自动导航技术的研究现状及存在的问题,并对未来农机导航技术的发展做出了展望,指出采用卫星导航技术,开展农机地头自动转向控制、障碍物探测及主动避障、多机协同导航等高级导航技术研究,以及引入先进的物联网技术,是现代农机自动导航技术发展的主要趋势。

农机导航自校正模型控制方法研究

针对运动学模型中的近似条件对模型控制方法曲线路径跟踪精度的影响,提出了一种农机导航自校正模型控制方法。该方法采用模型控制方法设计控制律,并采用模糊控制方法自适应地在线调节模型控制律的控制量。农业机械的路径跟踪实验结果表明,该方法既保留了模型控制方法在直线路径跟踪方面的优点,又弥补了模型控制方法在曲线路径跟踪方面的缺陷。当速度为1.0 m/s时,直线路径跟踪最大横向偏差小于0.064 9 m,曲线路径跟踪的最大横向偏差小于0.185 7 m。

基于改进小波阈值的微机械陀螺去噪方法

陀螺的噪声是影响组合导航系统精度的重要因素之一。以插秧机GPS/INS组合导航系统为研究背景,在分析常规硬阈值和软阈值小波去噪的基础上,提出了一种改进的小波阈值去噪方法。该方法构造了一种改进的阈值函数,改进的阈值函数具有较好的连续性,避免了将混叠在噪声中的有效信号完全消除,能够自动调节小波系数的收缩程度,具有一定的自适应性。利用插秧机组合导航系统中微机械陀螺的实际输出数据,分别采用硬阈值、软阈值和改进阈值小波去噪方法进行了对比试验。结果表明改进的小波阈值去噪方法处理后信号的信噪比提高了约3倍、均方差小,具有一定的实用价值。

以角速度为转向动作反馈的拖拉机自动导航控制系统

针对传统农机导航控制系统中转向角度传感器安装麻烦、可靠性较低的缺点,采用角速度计作为拖拉机转向动作的反馈传感器,结合拖拉机加装的基于CAN总线结构的导航控制装置,设计了串级PID自动导航控制系统,内环PID控制器用于转向控制,外环PID控制器用于路径跟踪控制。由于角速度计噪声误差较大,为避免对角速度的积分运算引起误差持续累积增大,角速度计的测量数据仅直接用作内环PID控制器的反馈;外环PID控制器的控制量也设计为角速度值。因此,在以转向角为控制量的比例控制算法基础上,本文又推导、设计了以角速度为控制量的外环PID控制算法。路面实验结果表明,本文设计的以角速度为转向动作反馈的拖拉机自动导航控制系统,直线路径的稳态跟踪误差平均值约为4.1cm,误差绝对值最大为12.9cm,验证了角速度计在农机导航控制系统中应用的可行性及所提控制方法的正确性。

插秧机多传感器组合导航方法研究

以洋马插秧机为研究平台,提出了一种基于多传感器信息融合的组合导航方法。该方法利用DGPS、陀螺仪和加速度计能够在插秧机上实现低成本、高精度的导航定位。同时,通过插秧机的运动学分析,建立了农机的二维运动学模型;基于所建立的农机运动学模型,采用卡尔曼滤波的方法对插秧机的位置、速度和航向角进行精确的估计。通过对插秧机实际行走的数据进行仿真实验表明,该方法能够为插秧机提供可靠的导航信息。

农业轮式移动机器人反演自适应滑模轨迹跟踪控制

为提高农业轮式移动机器人路径跟踪控制的鲁棒性,提出一种基于农业轮式移动机器人反演自适应滑模控制策略。运用反演控制设计其运动学控制律,保证位置跟踪误差渐进收敛到零;根据动力学模型,设计自适应滑模动力学控制律,实现农业轮式移动机器人左右轮平稳的运行;运用李雅普诺夫定理保证闭环系统的最终一致稳定性。仿真实验验证了该方法的有效性和优越性,能够实现正弦型曲线路径跟踪。

插秧机微机械陀螺随机误差分析及建模

微机械陀螺广泛应用于组合导航系统。以插秧机GPS/INS组合导航系统为研究背景,针对微机械陀螺的误差进行了研究。为了提高插秧机组合导航系统的定位精度,首先通过分析微机械陀螺的工作原理对微机械陀螺的误差来源和分类进行了深入的分析,说明微机械陀螺的随机误差是影响插秧机组合导航系统定位精度的一个主要因素。然后基于时间序列的分析建立了微机械陀螺的AR随机误差模型,并利用此模型采用Kalman滤波算法对采集的试验数据进行处理。实验结果表明,在采用AR模型后,微机械陀螺的随机误差的方差减小了一个数量级,随机误差的幅值也明显减小。

基于DSP的压铸机测控仪设计

基于DSP的压铸机测控仪的设计,以TMS320F2812DSP为核心,外围扩展了存储器模块、通讯模块、模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块和人机界面模块,充分利用了DSP速度快、运算能力强和硬件资源丰富的特点,对压铸工艺参数实时检测和对压铸工艺过程实时控制。

地热热源分流喷射-ORC发电系统性能研究

为提高中低品位地热发电系统性能,减少发电过程单位功耗?损,针对373-423K范围地热水热源,提出一种基于地热热源的分流喷射-ORC系统以及由喷射器工作条件确定两级换热器蒸发温度的方法,并建立喷射及发电模型。在热力学及能量定律的基础上,编制计算程序分析不同升压比下,两级换热器中蒸发温度对系统性能及喷射器可逆性程度的影响;对不同热源温度下3种系统工况点参数及性能进行分析比较。结果表明:分流喷射/喷射-ORC系统均具有一最佳升压比a,且其最佳蒸发温度高于ORC系统;随一级蒸发温度升高,系统净输出功降低,而随二级蒸发温度增加,系统热效率增长;在不同热源温度下,分流喷射-ORC系统均具有最高性能,且随热源温度增加,其性能优越性逐渐增强,在Tg=373、423K时,分流喷射-ORC系统可达到净输出功P=280.88、954.82k W,分别高出喷射-ORC及ORC系统12.54、76.31及55.68、141.52k W。通过分流喷射能够提高地热ORC发电性能,热源温度越高,选择分流喷射系统意义愈明显。

全断面隧道掘进机伺服系统控制策略研究

针对全断面隧道掘进机(TBM)液压系统中存在参数非线性不确定性和外界扰动的电液伺服系统的跟踪控制问题,提出一种基于积分链式微分器的积分滑模控制器以提高控制精确性,并使用AMESIM与MATLAB软件对电液伺服控制系统进行控制器联合仿真验证.实验证明,该控制策略在电液伺服系统具有预测非线性不确定项扰动的能力,同时在控制过程中对其进行补偿,提高了系统的精确性.

基于CPLD的键盘控制器设计

在需要单片机参与大量实时数据处理的嵌入式系统中,为了节约单片机的资源和提高产品的灵活性,利用Isp-MACH 4000系列中LC4128V强大的在系统编程功能,在IspLEVER系列工具软件的强力支持下,提出基于Lattice公司的复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device,CPLD)LC4128V的键盘接口芯片设计。相对于专用的键盘接口芯片,该设计能够使嵌入式产品更具有灵活性。该键盘接口芯片的设计已应用于某实际的嵌入式产品中,并且收到了非常好的效果。

基于CPLD的F2812和AD7865的接口电路设计

在许多数据采集处理系统中,既要求DSP处理大量的实时数据,又要求AD转换器具有较高的模数转换精度和速度。为了节省DSP的资源和提高AD转换的精度和速度,本文介绍了一种基于CPLD的F2812和AD7865的接口电路的实现方法。其在具体的应用中取得了良好的效果。

农用车辆级联式直线路径导航控制方法研究

农用车辆导航控制是精准农业作业体系的重要组成部分,是支持农用车辆田间自动精准作业的关键技术。由于在大型农田中直线路径跟踪是农用车辆的主要作业模式,本研究针对直线路径跟踪问题提出一种级联式导航控制方法。首先讨论了农用车辆的级联式导航控制结构,并依此将导航控制任务分解为路径跟踪控制和转向控制两个级联的控制任务。然后推导出了农用车辆的相对运动学模型,并基于该模型针对路径跟踪控制任务提出了一种最优PD控制方法;为了提高转向控制子系统的性能,在转向控制任务中提出了一种基于过渡过程的改进PD控制方法,最后进行了方法的试验验证。试验数据分析结果表明:在直线路径跟踪过程中,横向位置误差的平均值为0.02 m,标准差为0.04 m,完全满足农用车辆直线路径跟踪作业的要求,验证了所提方法的有效性和优越性。

农业机器人视觉导航路径识别方法研究

针对农业机器人视觉路径识别的识别率低、速度慢以及易受光照、杂草影响的问题,提出基于混合阈值与偏移行中线的视觉导航路径识别方法。采用光照无关量进行光照干扰的剔除,利用混合阈值方法分割图像,给出基于偏移行中线的方法划分作物行。实验结果表明,与传统农业机器人作物行识别方法相比,该方法数据运算量小,平均耗时200 ms左右,作物行识别准确率达98%,能够有效地确定农业机器人的导航路径。

双永磁同步电机高性能控制系统转速同步研究

针对双永磁同步电机(PMSM)控制中受负载扰动电机转速不同步的问题,从控制策略和耦合结构角度出发,提出了一种积分滑模PMSM电流预测函数控制的转速同步控制结构。在矢量控制基础框架下,设计了积分滑模速度调节器和电流预测函数调节器,使用饱和函数和指数趋近律来抑制滑模的固有抖振现象,利用相邻周期的两个预测模型相减来消除恒定项。为了有效地补偿两电机之间的转速差,通过同步补偿器来对电流环直接进行补偿,从而达到双电机同步协调控制的目的。最后通过仿真验证了本文方法的有效性。

基于级联式控制策略的农业机械鲁棒自适应路径跟踪控制

在机具负载和外部干扰的影响下,农业机械的横摆角速度动力学特性会发生变化,从而导致基于位置偏差控制方法的路径跟踪性能变差.为此,提出一种基于级联式控制策略的鲁棒自适应路径跟踪控制方法.该方法将路径跟踪控制分解为横向位置控制和横摆角速度控制两个级联的控制任务来完成.在横向位置控制中,根据横向位置偏差和航向偏差,采用模糊自适应纯追踪模型确定农业机械期望的横摆角速度;在横摆角速度控制中,提出一种鲁棒自适应控制方法,使农业机械在机具负载变化或者受到外部干扰时,仍然保证横摆角速度具有期望的响应性能.仿真实验和实际的农业机械实验结果验证了所提出方法的有效性和优越性.