自主跟随车辆航向控制系统

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1、２０１５年１月农业机械学报第４６卷第１期ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１５．０１．００２自主跟随车辆航向控制系统丁永前王致情林相泽毕伟平林小兰薛金林（南京农业大学江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室，南京２１００３１）摘要：提出了一种基于红外传感器检测相对航向角的车辆自主跟随控制系统建模和设计方法，对相对航向角的检测机构及其工作原理进行了介绍，重点讨论了基于步进电动机驱动的转向控制系统的建模方法、前轮转向角和航向角之间的关系以及相应的控制算法的设计，航向角控制系统模型的Ｍａｔ

2、ｌａｂ仿真结果和控制系统的实际运行结果高度吻合。结合自主改装的电动车自主跟随系统在果园路径进行了实验，实验过程中，引导车和跟随车行驶路径２之间的最大横向偏差为９２ｃｍ，平均偏差为３３ｃｍ，方差为５５ｃｍ。实验结果表明，基于红外传感器的车辆自主跟随控制系统能实现车辆的自主跟随，系统运行稳定可靠，体现出其在复杂农业环境中的应用前景。关键词：车辆自主跟随航向角控制系统红外传感器中图分类号：Ｓ１２３；ＴＰ７０２文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１５）０１０００８０６ＨｅａｄｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＳ

3、ｙｓｔｅｍｏｆＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＦｏｌｌｏｗｉｎｇＶｅｈｉｃｌｅＤｉｎｇＹｏｎｇｑｉａｎＷａｎｇＺｈｉｑｉｎｇＬｉｎＸｉａｎｇｚｅＢｉＷｅｉｐｉｎｇＬｉｎＸｉａｏｌａｎＸｕｅＪｉｎｌｉｎ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｋｉｎｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎ

4、ｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｗａｓｐｒｏｖｉｄｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇａｎｇｌｅｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｉｎｆｒａｒｅｄｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇａｎｇｌｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｒｉｖｅｎｂｙａｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏ

5、ｒ，ｄｙｎａｍｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒｏｎｔｗｈｅｅｌｓｔｅｅｒｉｎｇａｎｇｌｅａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇａｎｇｌｅ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｈｅａｄｉｎｇａｎｇｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｈｉｇｈｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｒ

6、ｕｎｎｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｗａｓｍｏｄｉｆｉｅｄｆｒｏｍｅｌｅｃｔｒｉｃｄｒｉｖｅｎｖｅｈｉｃｌｅｓｗａｓｔｅｓｔｅｄｉｎａｎｏｒｃｈａｒｄ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｓｔ，ｔｈｅｂｉｇｇｅｓｔｌａｔｅｒａｌｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｃｋｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｕｉｄｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇ２ｖｅｈｉｃｌｅｗａｓ９２ｃｍ，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｗ

7、ａｓ３３ｃｍａｎｄｔｈｅｖａｒｉａｎｃｅｗａｓ５５ｃｍ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｕｎｓｔａｂｌｙａｎｄｒｅｌｉａｂｌｙ，ｒｅｆｌｅｃｔｅｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｃｏｍｐｌｅｘａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＶｅｈｉｃｌｅａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇＨｅａｄｉｎｇａｎｇｌｅＣｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＩｎｆｒ

8、ａｒｅｄｓｅｎｓｏｒ［６］响。路标导航主要运用机器视觉技术和激光雷引言［７－１０］达扫描技术识别作物行、垄等自然路标，但路农业生产中自主车辆导航方式主要有ＧＰＳ导径特征的丢失（如植株的缺失、大面积杂草出现及［１－４］航和路标导航。ＧＰＳ导航精度受到视野中卫星路标环境杂乱复杂）和视觉传感器自身局限性（如的几何分布状况、星历误差、时钟误差、传播误差、多动态范围、分辨率、漂移及噪声）及户外使