《草籽喷播机自动导航控制器的研究-基于模糊控制》.pdf

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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一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角口和喷播机到直线的距离。和A作为模糊控制算法中模糊控制器的输入，输出为转

2、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：$127文献标识码：A文章编号：1003—188X(2015)10—0060—040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·111的步进电机为转向控制国北部、日本、欧

3、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了深入的研究j。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(一l5。，能化、集成化的目标发展，以高质量、高效率、低能耗+15。)。对喷播机进行运动学分析，就必须建立喷播为方向的精准农业也在快速发展¨,7-8~。农业机械自机运动学模型。在实际的研究中，不考虑喷播机重动导航的目的是降低农业机械驾驶员的工作强度，提力、横向侧滑、轮胎的刚度和车体的转动惯量等参数，高作业安全性，最终达到农机精确作业。但是，农业只对喷播机运动过程中的几何关系进行分析。由于机械在作业过程中，由于作业区域地

4、形的复杂性或者喷播机运行是匀速运动，速度较低，且没有剧烈的转作业要求的准确性，对农业机械的控制提出了更高的向，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—10一l7基金项目：国家自然科学基金项目(41161045)作者简介：

5、庄新斌(1989一)，男，吉林安图人，硕士研究生，(E—mail)15034980349@163．con。通讯作者：陈智(1962一)，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．cnFig．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0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

6、与北京地区中央子午线的正北方向的夹角OL可以由GPS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O／：可以由三维电子罗盘确定。Ot与Ot的夹角图2模糊导航控制系统硬件框图为O／(航向角偏差)，Ot作为模糊控制器的第1个输入Fig．2Thehardwareblockdiagramofnavigationcontrolsystem量，则有Ot=l—2(1)安装在喷播机上的GPS模块定位喷播机的经纬度P(，y)到由A(，Y)、B(：，Y)确定的直线AB距离为A(横向位置偏差)，A作为模糊控制器的第2个输入量，有~／㈦口+6其中，ay

7、1-y2，b=2一1，c=1·Y2一2·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口动次数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0(1on。，lat。)，在该2．1导航控制系统的硬件运行轨迹上的任何一点的经纬度坐标P(1on，lat)转换模早墨糊导航罾控一制系统的