草籽喷播机自动导航控制器的研究_基于模糊控制

《草籽喷播机自动导航控制器的研究_基于模糊控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2015年10月农机化研究第10期草籽喷播机自动导航控制器的研究—基于模糊控制庄新斌，宣传忠，陈智，刘海洋，仇义(内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特010018)摘要:为了实现草籽喷播机自动导航控制，提高喷播机自动化、智能化的程度，以电动四轮车底盘为实验平台，开发了GPS、三维电子罗盘、超声波传感器数据采集程序和喷播机转向的模糊控制算法。在LabVIEW环境下构建了自动导航模糊控制器，用GPS接收仪定位的两点来确定喷播机拟跟踪的直线，通过喷播机上的电子罗盘和GPS定位模块分别确定喷播机运行方向与直线的夹

2、角α和喷播机到直线的距离λ。α和λ作为模糊控制算法中模糊控制器的输入，输出为转向驱动步进电机的转动次数n。通过实验验证得出:运用自动导航的模糊控制器，喷播机能够快速、准确地跟踪拟定的路径。关键词:喷播机;自动导航;数据采集;模糊控制;LabVIEW中图分类号:S127文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)10－0060－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.10.0120引言1喷播机运动学模型随着电子技术、传感器技术、计算机网络的飞速喷播机实验平台(电动四轮车)的

3、车体尺寸为长发展，在农业机械自动化快速发展的今天，农业机械108cm，宽76cm。根据课题要求，通过改装和优化电［1］自动导航逐渐成为农业工程应用的主要部分。美动四轮车，安装扭矩为2N·m的步进电机为转向控制国北部、日本、欧洲及其高校、企业、研究机构都进行机构，通过联轴器连接电动车转向轴和步进电机驱动［2－6］了深入的研究。我国农业机械正在向大型化、智轴来控制电动车转向，电动车的转向角范围为(－能化、集成化的目标发展，以高质量、高效率、低能耗15°，+15°)。对喷播机进行运动学分析，就必须建立［1，7－

4、8］为方向的精准农业也在快速发展。农业机械自喷播机运动学模型。在实际的研究中，不考虑喷播机动导航的目的是降低农业机械驾驶员的工作强度，提重力、横向侧滑、轮胎的刚度和车体的转动惯量等参高作业安全性，最终达到农机精确作业。但是，农业数，只对喷播机运动过程中的几何关系进行分析。由机械在作业过程中，由于作业区域地形的复杂性或者于喷播机运行是匀速运动，速度较低，且没有剧烈的作业要求的准确性，对农业机械的控制提出了更高的转向，所以研究建立喷播机运动学模型如图1所示。要求，因此控制算法就显得尤为重要。本研究采用小型四轮

5、电动车底盘为喷播机实验平台，采用GPS、三维电子罗盘和超声波传感器，基于模糊控制算法，用NI(NationalInstruments)公司开发的LabVIEW软件进行编程，根据草籽喷播机在草原地形作业的特定条件，抽象出相应的参数，建立了模糊控制的模糊控制器，实现了喷播机对既定路线的跟踪控制。收稿日期:2014－10－17基金项目:国家自然科学基金项目(41161045)作者简介:庄新斌(1989－)，男，吉林安图人，硕士研究生，(E－mail)15034980349@163．com。通讯作者:陈智(196

6、2－)，男，内蒙古察右前旗人，教授，博士生导师，图1喷播机的运动学模型示意图(E－mail)sgchenzhi@imau．edu．cn。Fig．1Dynamicmodelsketchmapofspray－seedingmachine·60·2015年10月农机化研究第10期喷播机在草原上直线行走时，按照特定的导航基准线AB进行导航跟踪，基准线AB可以由GPS接收仪确定，根据研究需要，选定原点O建立直角坐标系。本设计的模糊控制算法采用二维控制器，基准线AB与北京地区中央子午线的正北方向的夹角α1可以由GPS

7、接收仪采集点A、点B的经纬度坐标确定;喷播机行走的方向线EF与北京地区中央子午线的正北方向的夹角α2可以由三维电子罗盘确定。α1与α2的夹角图2模糊导航控制系统硬件框图为α(航向角偏差)，α作为模糊控制器的第1个输入Fig．2Thehardwareblockdiagramofnavigationcontrolsystem量，则有α=α1－α2(1)安装在喷播机上的GPS模块定位喷播机的经纬度P(x，y)到由A(x1，y1)、B(x2，y2)确定的直线AB距离为λ(横向位置偏差)，λ作为模糊控制器的第2个输

8、入量，有ax+by+cλ=(2)22槡a+b其中，a=y1－y2，b=x2－x1，c=x1·y2－x2·y1。由于连接触摸屏与喷播机驱动控制器PLC的硬件设备是串口继电器，该硬件采用的是数字模式的通讯方式，所以确定模糊控制器的输出是转向轮的期望转动次数n。图3电动四轮车的运行轨迹2模糊控制系统Fig．3MovingtrajectoryofElectricfour－wheelmotorcycle该区域原点O的经纬度坐标为O(lo