基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法

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。

电动方向盘插秧机转向控制系统设计

电动方向盘作为农机导航系统的转向执行机构在中小型旱地拖拉机上已有应用,但在水田农业机械等转向阻力大的农机上的适应性尚有待研究。该文以井关PZ-60型水稻插秧机为平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,对插秧机自动转向控制进行了研究。构建了插秧机转向机构的系统模型,采用系统辨识试验获得了系统模型参数。设计了基于PID的嵌套转向控制算法,采用Simulink仿真模型验证了算法的可行性。分别进行了幅值10°的正弦波、水田小角度转向(直线行驶跟踪)和水田大角度转向(调头)控制性能试验,试验结果表明:插秧机正弦波转向跟踪平均绝对误差为0.301 5°,平均延时0.3 s;在泥底层平坦和不平坦的水田中直线行驶时的转向角跟踪平均绝对误差分别为0.354°和0.663°,平均延迟时间均为0.6 s,角度跟踪偏差最大分别为1.4°和3.6°,深泥脚转向阻力大时有1.4 s的控制滞后;插秧机以28°转向角调头时调节时间为2.5 s,稳态误差为0.6%。研究表明,电动方向盘转向系统具有较好的动态响应和控制稳定性,适用于插秧机作业的自动转向控制,满足插秧机自动导航作业要求。

水稻插秧机电动方向盘系统设计及控制研究

以富来威2ZG-6DM型水稻插秧机为应用对象,设计了一款以步进电机作为动力源的电动方向盘集成系统,由摩擦式扭矩限制器、减速器、步进电机及驱动器、角度传感器、主控装置、通信模块、开关及传动机构组成。提出了步进电机转角与转速控制算法,构建了考虑转向阻力矩的电动方向盘转角闭环控制模型,并运用MatLab对此模型动态响应进行仿真计算控制参数。选择STM32作为主控装置,设计了电动方向盘转角闭环控制流程,并编制了电动方向盘的控制程序。电动方向盘转角精度试验结果表明:电动方向盘实际转角与目标转角的平均角度误差小于0.5°,标准差小于0.15,验证了电动方向盘系统设计和控制算法的正确性和有效性,为富来威2ZG-6DM型水稻插秧机智能化设计与改进打基础。

基于TMS320F28035的无人驾驶电动方向盘控制系统的设计

针对基于DSP的无人驾驶电动方向盘控制系统,结合了系统的性能指标和功能需求,以及汽车方向盘结构的特殊性,提出了以TI公司TMS320F28035芯片为核心的机电一体化无人驾驶电动方向盘控制系统设计方案,包括:硬件电路的模块化设计、软件设计。产品在实验室测试与在实际装车运行测试中,结果表现出良好的跟随性和稳定性,控制系统能够很好的满足实际使用时对方向盘的控制要求。

农机自动导航电动方向盘性能测试分析

电动方向盘传动紧凑,对农业机械转向系统改动小,是农机自动导航技术的关键部件。该文介绍了基于电动方向盘的农机自动导航系统和电动方向盘结构特点,针对国内三款电动方向盘进行了扭矩-转速特性和正常工作电压性能测试,试验结果表明,三款电动方向盘电机的可控运行转速范围分别为0-200 r/min、0-109 r/min和0-100 r/min,输出功率大小为WA> WB> WC;电流大小为IA>IB>IC,其中A款电动方向盘带载能力最强。将A款和B款电动方向盘安装到拖拉机上进行了田间试验,结果表明A款和B款电动方向盘导航拖拉机跟踪直线路径的位置误差标准差分别为1.86 cm和1.60 cm,最大误差分别为-2.9 cm和2.9 cm。

电动汽车方向盘外观意象设计

为挖掘青年群体对电动汽车方向盘外观的感性需求,解决感性需求与产品造型、材质间的匹配问题,提出电动汽车方向盘外观意象的设计方法。以感性工学理论为基础,通过问卷调研、多维尺度分析和聚类分析确定代表意象词汇与样本;使用语义差异法和李克特量表获取感性意象评价值,运用格拉布斯(Grubbs)准则找出数据异常值;结合主成分分析法,提取影响外观意象设计的主要因子;采用造型图表法构建代表意象词汇与各设计要素间的映射模型,确定青年群体偏好的方向盘外观;运用模糊综合评价法对3个设计方案进行满意度排序,从而筛选最佳设计方案。研究结果表明:使用感性工学和模糊综合评价方法构建的外观意象模型能有效提取青年群体对电动汽车方向盘外观的感性需求。

基于MPC算法的无人驾驶插秧机控制系统研究

针对水稻插秧机无人驾驶需求,以井关PZ60型插秧机为试验平台,采用RTK-GPS北斗定位技术获取插秧机无人驾驶所需的高精度位置信息,以华测领航员NX300电动方向盘为执行元件实现无人驾驶插秧机转向操作。基于CAN总线设计了插秧机无人驾驶系统,通过CANOPEN协议与电动方向盘、上位机等进行通信,对待作业地块进行路径规划,用直线段与拐弯段填充作业路径,建立插秧机运动学模型。同时,提出了一种基于线性时变模型预测控制的路径跟踪算法,控制插秧机按规划路径进行直线追踪和地头转弯,实现了插秧机无人驾驶。进行插秧机无人驾驶田间试验,结果表明:基于MPC算法的控制器能够使无人驾驶插秧机车速1m/s时,有效跟踪预定义路线,直线段跟踪误差最大2.02cm,满足插秧机无人驾驶精度要求。