履带式花生联合收获机路径跟踪控制方法与试验

为提高无人驾驶履带式花生收获机沙地作业路径跟踪精度,以4HBL-2型自走式花生联合收获机为研究对象,开展了履带式收获机无人驾驶路径跟踪控制研究。建立了履带式收获机运动学模型与虚拟转向角函数关系;以航向偏差值作为观测量、阿克曼模型推算角速度作为测量值,设计卡尔曼融合算法,获得基于阿克曼模型的虚拟转向角度;根据虚拟转向角度对PID路径跟踪算法进行改进,提出了基于预瞄跟踪的双PID路径跟踪控制方法;通过脉冲宽度控制器实现了履带式花生收获机路径跟踪精准控制。仿真试验结果表明:基于预瞄跟踪双PID的路径跟踪控制方法能够进行路径跟踪控制,具有控制平滑和稳态误差小等特点。田间试验表明:花生收获机在沙地以0.6m/s的速度作业时,系统直线跟踪平均绝对误差为2.23 cm,最大偏差为4.14 cm,相对于PD路径跟踪控制器分别提高了56.12%和66.07%。上线试验中,初始偏差分别是0.5、1.0和1.5 m时,上线时间分别为11.00、12.92和13.78 s,上线距离为6.60、7.75和8.26 m;最大超调量分别为5.68%、5.84%和8.06%,相较于轮式收获机,上线距离分别减小了1.92%、4.43%、8.71%,超调量分别减少了8.45%、17.56%、5.17%;接行最大偏差为5.87 cm,平均绝对误差为2.72 cm,接行偏差在±5和±10 cm内的比例分别为97.11%和100%,路径跟踪控制精度能够满足沙地无人驾驶作业要求。