研究生開題報告--棉花作業(yè)機自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究

1、.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生論文開題報告 所在院系 工 學(xué) 院 專 業(yè) 車輛工程 學(xué)生姓名 入學(xué)時間 2012年9月 導(dǎo)師姓名 課題名稱 棉花作業(yè)機自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生院制填表時間 2013年 4 月 25 日;一、 立論依據(jù)（以下各項均可加頁）（包括課題的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，附主要的參考文獻）1. 課題研究意義自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動導(dǎo)航與無人駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)在農(nóng)田作業(yè)大多都是幾十畝的大面積行間作業(yè)，這種行間作業(yè)要求拖拉機駕駛員在操縱行駛的過程中，要嚴(yán)格保證播種機作業(yè)軌跡與作物行平行。因此駕駛員必須技術(shù)熟練，精神集中，這就使駕駛員很容易疲勞，從而導(dǎo)致作業(yè)

2、精度下降，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。即使是最好的農(nóng)機手在進行田間耕作時所能達到的精度也只有10cm，若再經(jīng)過一天的勞作后，精度會大大降低。而自動駕駛拖拉機可以使精度達到3cm，從而避免重復(fù)耕作【1】。另外，人工轉(zhuǎn)向收割機使作業(yè)人員無暇顧及作物生長狀況及車輛本身的狀況，不能在最佳時機對農(nóng)作物進行施肥和灌溉。本課題旨在設(shè)計一款高精度的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，用來提高農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)精度，降低駕駛員勞動強度，使作業(yè)機器更好地按指定路徑行走，并使得作業(yè)人員在作業(yè)過程中能對作物生長狀況及車輛本身狀況進行觀察，實時掌握作物的生長狀況。從農(nóng)業(yè)發(fā)展角度來看，自動導(dǎo)航系統(tǒng)在棉花播種、基肥撒施、中耕、施藥和收獲中具有非常

3、廣闊的發(fā)展前景。2. 國外研究現(xiàn)狀分析早在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機器的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人也開始步入研究。20世紀(jì)90年代以來，“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)”的研究與應(yīng)用在發(fā)達國家受到了普遍的重視，已被國際農(nóng)業(yè)科技界認為是21世紀(jì)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的先導(dǎo)技術(shù)【2】。每一款自動導(dǎo)航農(nóng)業(yè)機器和無人駕駛車輛都包含著自動轉(zhuǎn)向技術(shù)。要想保證農(nóng)業(yè)車輛自動導(dǎo)航和無人駕駛的精度就必須先保證自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的精度?，F(xiàn)在國外自動導(dǎo)航技術(shù)和無人駕駛技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由此可見國外的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究也已經(jīng)非常成熟。R.P. Van Zuydam設(shè)計了拖拉機的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，為駕駛者提供轉(zhuǎn)向協(xié)助，并用拖拉機進行了田間測試。實驗結(jié)果顯示：

4、曲線跟蹤的最大橫向偏差是12cm，直線跟蹤的平均偏差為2cm，拖拉機的速度是5.2Km/h。另外，他還用大型車輛在水泥路上進行了實驗，用一個電動側(cè)移執(zhí)行器在地上畫出粉筆線用來表示農(nóng)具實際行駛的軌跡。實驗證明，當(dāng)車輛在速度為3.6km/h時，平均偏差為1cm【3】。H. Qiu和Q. Zhang等設(shè)置了一個電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，此HIL仿真器由一個計算機仿真與控制、多功能I / O的PCI數(shù)據(jù)采集卡與A / D及D / A轉(zhuǎn)換器、一個傳感器和控制器的I / O設(shè)備、一個PWM電液閥驅(qū)動器、E / H轉(zhuǎn)向控制閥、液壓轉(zhuǎn)向助力油缸和液壓動力單元組成。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，并將此仿真器安裝在農(nóng)用車上進行測試，

5、在正弦曲線跟蹤試驗中，最大誤差為1.8°，均方根誤差為0.84°【4】。圖1 電液轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖在國外，像Volvo、John Deere、NEW HOLLAND等許多汽車廠家也紛紛對自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了研究。約翰迪爾iSteer是一個智能農(nóng)具轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它應(yīng)用液壓輸出閥自動轉(zhuǎn)向，控制農(nóng)具方向，使其沿所需軌跡運動。iSteer系統(tǒng)確定拖拉機行駛的AB行導(dǎo)向軌跡，并控制農(nóng)具沿該軌跡運動【5】。在2011英國防務(wù)展上，英國著名的越野車制造廠商約翰迪爾公司和波音英國分公司共同發(fā)布了一款由兩家公司合作研制的新式無人運輸車。這款被稱為R-Gator A3 Assisted Ca

6、rriage System ACS輔助運輸系統(tǒng)的無人運輸車是在約翰迪爾公司的R-Gator無人多用途車基礎(chǔ)上研制的。它擁有全天候自動駕駛能力，但仍保留手動操縱系統(tǒng)【6】。2012年10月17日日產(chǎn)汽車宣布，開發(fā)出了一種利用多個傳感器檢測車輛周圍的障礙物，每當(dāng)有行人突然出現(xiàn)時會通過自動轉(zhuǎn)向避免碰撞的功能，并對新開發(fā)的功能進行了兩項演示，一項是從汽車旁邊突然出現(xiàn)行人時的演示，另一項是當(dāng)前方車輛停止剎車也來不及避免碰撞時的演示。兩種場景均通過自動轉(zhuǎn)向避開了障礙物，然后再自動打回方向盤恢復(fù)直行狀態(tài)【7】。Volvo也宣布預(yù)計在2014年推出全自動駕駛車輛S60，目前實車正在測試當(dāng)中，這個系統(tǒng)可以讓汽車

7、以50km/h以下的速度自動跟隨前方車輛行駛，S60的方向盤隨之自動轉(zhuǎn)向【8】【9】。3. 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)問題關(guān)系是到經(jīng)濟社會發(fā)展的根本問題，所以對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展投入研究成為時代之趨。隨著自動導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究也越來越多，越來越趨于成熟。在國內(nèi)，石河子大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林大學(xué)以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校對自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了研究，這些研究主要分為四類：方向盤上加摩擦裝置、液壓閥類、全液壓轉(zhuǎn)向器類以及電液助力轉(zhuǎn)向類。3.1 方向盤上加摩擦裝置在不改變原有的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，模擬人的操作，直接在方向盤上或者方向盤轉(zhuǎn)軸上加上摩擦裝置，并用電動機控制轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速。這方

8、面研究較多，石河子大學(xué)的李軍，馬蓉在2012年對自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究方案進行詳細了論證，提出了由步進電機輸出軸固定摩擦裝置，驅(qū)動拖拉機轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，建立了拖拉機自動駕駛的運動學(xué)模型，討論基于模型的最優(yōu)控制理論算法，研究參數(shù)在控制中對精度的影響，并對設(shè)計的系統(tǒng)進行了實驗。在速度為0.5 ms的直線跟蹤實驗中，平均偏差為00942 m，曲線跟蹤實驗中，平均偏差為0.7574 m?？梢钥闯?，所設(shè)計的系統(tǒng)直線跟蹤時精度比較好，但是曲線跟蹤時精度較差【10】。其轉(zhuǎn)向方案實體圖及效果圖如圖2所示。圖2 轉(zhuǎn)向方案實體圖及效果圖沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的任文濤在2012年以久保田NSD8型插秧機為研究平臺，在保證現(xiàn)有轉(zhuǎn)

9、向機構(gòu)可用性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了由離合軸、鏈傳動機構(gòu)、U型螺栓、轉(zhuǎn)向輔助裝置、步進動電機等組成的一種遙控自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，圖3為液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)。并用AT89S52單片機為整體遙控、控制系統(tǒng)信號采集、接收器信號接收、自動轉(zhuǎn)向控制的控制器。在平地上進行了直線跟蹤實驗，最大偏差為0.027m，平均值為0.0046m。但是考慮到實際作業(yè)環(huán)境中路面比較顛簸，偏差也會相應(yīng)加大，另外這種方式也還存在直線跟蹤時無法自動糾正航向角的缺點【11】。圖3 轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)簡圖該類系統(tǒng)不需要對拖拉機進行油路的改造，改裝簡單、成本低廉。但是它對摩擦裝置的要求較高；自動轉(zhuǎn)向時方向盤始終轉(zhuǎn)動，比較適合無人駕駛的情況，若有駕駛員在的話

10、，會帶來很大的不便。3.2 液壓閥實現(xiàn)以電液比例閥為主要控制元件的轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，比例閥是實現(xiàn)元件和系統(tǒng)被控制量與控制量之間線性關(guān)系的技術(shù)手段。依靠這一手段保證輸出量大小按比例隨著輸入量而變化。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)在自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計這方面進行了多年的研究，并取得了一定的成果。常江雪等在2012年對拖拉機的線性液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了總體設(shè)計，提出了用電液比例閥實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制，并采用模糊控制實現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制，并用Matlab/Simulink 對整個系統(tǒng)進行仿真，獲得了油缸位移的響應(yīng)曲線【12】。田豐年等人針對傳統(tǒng)的全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要將油路通到轉(zhuǎn)向盤下面的轉(zhuǎn)向器中，而這個空間實際上比較狹小，油路布置非常困難

11、的問題，對液壓系統(tǒng)進行了改造，在已有的電控液壓動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了聯(lián)合控制電機和電磁閥的控制策略，并采用基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對系統(tǒng)進行控制，采用Matlab與AMEsim 軟件進行聯(lián)合仿真試驗，試驗證明，該系統(tǒng)繼承了全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點，同時又具有實時響應(yīng)快，轉(zhuǎn)向舒適度高等特點【13】。王慶等在2010年以東風(fēng)604型拖拉機為研究對象，采用電液比例換向閥實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向，并使用三通壓力補償器對比例閥進出口的壓力進行補償，從而減少壓力對比例閥線性度的影響。將原有系統(tǒng)的單出桿單作用液壓缸改成雙出桿雙作用液壓缸，從而解決了拖拉機左右轉(zhuǎn)向一致性差的問題。最后利用Matlab軟件得到了所設(shè)計的轉(zhuǎn)向機構(gòu)

12、的轉(zhuǎn)向特性曲線，該系統(tǒng)實現(xiàn)了全液壓轉(zhuǎn)向器的功能【14】。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)吳曉鵬等2009年以東方紅X804型拖拉機為平臺，改造原拖拉機的油路，使用電控比例液壓閥，并設(shè)計電控單元，選用C8051F040單片機作為控制器，組成了自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，試驗結(jié)果表明：信號跟蹤的最大誤差1.11°、平均誤差0.15°、平均延時為0.12 s【15】。1、6.手動切換閥 2.轉(zhuǎn)向前輪 3.轉(zhuǎn)向油缸 4.油管 5.方向盤 7.轉(zhuǎn)向液壓泵 8.油箱 9.安全閥 10.轉(zhuǎn)向器 11.比例閥 12.三位四通換向電磁閥圖4 改裝后東方紅-X804轉(zhuǎn)向機構(gòu)示意圖中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王卿等2007年采用了以電磁比例

13、換向閥為核心的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，并使用溢流閥實現(xiàn)將原有的恒流液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成恒壓系統(tǒng)，并在電磁比例換向閥在中位時使溢流閥卸荷，避免系統(tǒng)不工作時油液由于壓力升高而發(fā)熱。并采用了帶有非線性補償?shù)腜ID控制算法【16】圖5 電液控制系統(tǒng)的液壓油路圖3.3 全液壓轉(zhuǎn)向器現(xiàn)在幾乎所有的拖拉機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是用全液壓轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)，在原有的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上并聯(lián)一套自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，自動轉(zhuǎn)向部分采用全液壓轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)，此類改裝比較簡單，但成本相對較高，且泄露較嚴(yán)重。液壓轉(zhuǎn)向器通常都是安裝在駕駛室內(nèi)，而駕駛室本來就已經(jīng)很狹窄，不利于駕駛舒適性。圖6 電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)陳文良等在2006年以鐵牛645L拖拉機為實驗平

14、臺，在原有的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上并聯(lián)一套自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，自動轉(zhuǎn)向部分用全液壓轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)，并針對控制對象的特點提出了雙通道PD控制算法，解決了控制系統(tǒng)的不對稱行問題。大目標(biāo)的跟蹤實驗中，目標(biāo)轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角的最大差值為1.7°。小目標(biāo)跟蹤試驗中，穩(wěn)態(tài)誤差為0.3°【17】。冀中能源峰峰集團公司物資供銷分公司李占良2009年以全液壓轉(zhuǎn)向器為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，設(shè)計了一種具有位移和力反饋的電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：電子控制單元（ECU）、具有力反饋特性的電子方向盤、傳感器、步進電機和全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，并構(gòu)建了電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用Matlab軟件對系統(tǒng)進行了仿真分

15、析，并對系統(tǒng)進行力和位移的混合控制。采用PID 算法對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行了實驗控制，對正弦信號和階躍信號進行跟蹤，實驗表明系統(tǒng)具有良好的跟蹤能力。圖6為電液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)【18】。3.4 電液助力轉(zhuǎn)向類電液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)克服了機械式液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的缺點。它所有的工作的狀態(tài)都是由電子控制單元根據(jù)車輛的行駛速度、轉(zhuǎn)向角度等信號計算出的最理想狀態(tài)。簡單地說，在低速大轉(zhuǎn)向時，電子控制單元驅(qū)動電子液壓泵以高速運轉(zhuǎn)輸出較大功率，使駕駛員打方向省力；在高速行駛時，液壓控制單元驅(qū)動電子液壓泵以較低的速度運轉(zhuǎn)，在不至于影響高速打轉(zhuǎn)向需要的同時，節(jié)省一部分發(fā)動機功率【19】?；袅⒅镜?010年設(shè)計了一種拖拉機電液自動助

16、力轉(zhuǎn)向（EHPS）系統(tǒng)，通過加裝步進電機、步進電機驅(qū)動器、電磁換向閥和蓄電池等設(shè)備，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩感應(yīng)型助力特性的液壓助力轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)通過判斷方向盤阻力轉(zhuǎn)矩是否達到設(shè)定值來控制是否啟動助力，既可保證轉(zhuǎn)向輕便性，確保實時提供足夠助力，又減少能量損失。采用雙通道PD控制解決了由于單出桿轉(zhuǎn)向油缸而造成的左右轉(zhuǎn)向不對稱的問題，作者還在AMEsim 軟件建立了EHPS系統(tǒng)仿真模型，在該仿真模型中能有效地處理拖拉機電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在大量的非線性摩擦、阻尼。分析表明具有較高的響應(yīng)速度和控制精度。其電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖7所示【20】。圖7 EHPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)與全液壓轉(zhuǎn)向器相比，轉(zhuǎn)向力和油壓壓力損失比較大，

17、且可靠性也相對差。4. 小結(jié)綜上所述，我國自動轉(zhuǎn)向控制與國外相比較還有一定的距離，這方面國外已經(jīng)形成較成熟的產(chǎn)品，而我國大多數(shù)的用戶都是使用國外的產(chǎn)品，一方面是由于技術(shù)較成熟，另一方面是價格便宜。國內(nèi)在自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面一直都在研究，由于技術(shù)不夠成熟很少做出產(chǎn)品投入市場。所以設(shè)計一款成本低廉、性能較好的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是大勢所趨。5. 參考文獻1陳潭.無人駕駛拖拉機將改變農(nóng)業(yè)耕作方式.科技發(fā)展與展望.1997(3) 2胡桂仙,于勇,王俊農(nóng)業(yè)機器人的開發(fā)與應(yīng)用.中國農(nóng)機化.2002(5)：45-47 3R.P. Van Zuydam.A drivers

18、 steering aid for an agricultural implement, based on an electronic map and Real Time Kinematic DGPS . Computers and Electronics in Agriculture.24 (1999) 1531634H. Qiu, Q

19、. Zhang, J.F. Reid .fuzzy control of electrohydraulic steering systems for agricultural vehicles. 2001 American Society of Agricultural Engineers ISSN 00012351. Vol. 44(6): 139714025科技引

20、領(lǐng)未來約翰迪爾獲得八項產(chǎn)品AE50獎http:/news.21-6英國新型無人運輸車可以自動導(dǎo)航避障駕駛7日產(chǎn)演示通過自動轉(zhuǎn)向避免碰撞的功能8沃爾沃全自動駕駛車輛上路 2014年發(fā)售9沃爾沃自動安全列隊駕駛首次實車測試10李軍,馬蓉.拖拉機自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計研究.拖拉機與農(nóng)用運輸車.2012.V0139 No475011任文濤,遲德霞等.遙控插秧機自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計與試驗.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2012(01)第43卷第1期，175179 12常江雪,魯植雄,白學(xué)峰等拖拉機新型線控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究與仿真， 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院江西農(nóng)業(yè)學(xué)報.2012.24( 

21、;8):10510813田豐年,魯植雄等.基于PID 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的新型電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng), 公路交通科技,2010.8.vol27 No.8.13614214王慶.拖拉機電控液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計D.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，201015吳曉鵬,趙祚喜等.東方紅拖拉機自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報.第40卷.200916何卿.基于多傳感器融合的拖拉機行間導(dǎo)航系統(tǒng)研究D. 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，200717陳文良.拖拉機自動駕駛轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的研制 D北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006 18李占良.一種工程車輛用電

22、液轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計研究.河北煤炭.2009(6)，P48-501920霍立志,呂新民,郭貴生.拖拉機電液助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究.農(nóng)機化研究,2012(3).222224二、 研究方案（以下各項均可加頁）（包括研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析和預(yù)期的研究進展）1. 研究目標(biāo)研究自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，對拖拉機的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓油路進行改造，并設(shè)計自動轉(zhuǎn)向控制器。2. 研究內(nèi)容2.1 棉花作業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)分析棉花作業(yè)機械手動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和工作性能，設(shè)計自動轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)油路，建立其液壓控制模型，進行液壓系統(tǒng)仿真分析，研制棉花作業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向裝置。2.

23、2 棉花作業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)設(shè)計棉花作業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制算法，研制自動轉(zhuǎn)向控制器；根據(jù)獲取的棉花作業(yè)機械定位信息，研究導(dǎo)航控制算法，進行機-電-液聯(lián)合仿真分析，研制棉花作業(yè)機械導(dǎo)航控制器。2.3 棉花作業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向性能研究搭建棉花作業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向試驗臺，研究自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等及影響自動轉(zhuǎn)向性能的參數(shù)。3. 擬采取的研究方法本課題采用的研究方法有文獻研究法、探索性研究法、模型法和實驗法。首先運用文獻研究法對拖拉機自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的相關(guān)資料進行查詢，了解自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展歷史和國內(nèi)外現(xiàn)狀，并以此為基礎(chǔ)，通過探索性研究法設(shè)計出一個性能或精度更好的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，確定油路改造、

24、控制算法等；再采用模型方法建立模型并進行仿真分析；最后通過實驗法對系統(tǒng)參數(shù)進行整定，從而得到符合要求的自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。4. 技術(shù)路線5. 實驗方案及可行性分析5.1 實驗方案5.1.1 自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)機構(gòu)改造方案根據(jù)棉花作業(yè)機器的不同需求，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)應(yīng)該具有人工轉(zhuǎn)向和自動轉(zhuǎn)向兩種模式，因此必須保留作業(yè)機器原有的轉(zhuǎn)向功能。系統(tǒng)通過電液控制實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的控制，其控制結(jié)構(gòu)圖如下： 圖1 自動轉(zhuǎn)向控制液壓結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)工作原理：人工轉(zhuǎn)向與自動轉(zhuǎn)向功能由人工/智能切換閥實現(xiàn)，切換在自動轉(zhuǎn)向功能時，人工轉(zhuǎn)向處于隔離狀態(tài)，不起轉(zhuǎn)向作用，比例方向控制閥用來控制轉(zhuǎn)向方向，并通過電流大小控制流量大小從而控制轉(zhuǎn)角大小

25、，比例方向閥在中位時卸荷，以避免系統(tǒng)非工作狀態(tài)的產(chǎn)熱；壓力補償器用來保證比例方向控制閥進出口壓力恒定；溢流閥保證系統(tǒng)壓力恒定。5.1.2 自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括轉(zhuǎn)向控制器最小電路的設(shè)計、驅(qū)動系統(tǒng)電路設(shè)計以及輸入輸出的設(shè)計，硬件圖如下：圖2 轉(zhuǎn)向控制硬件框圖自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)要使轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)快速準(zhǔn)確的實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，選擇一個合適的控制算法是非常重要的，類比其他轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，本研究擬采用PID控制算法。控制原理圖如圖3?？刂葡到y(tǒng)工作原理：轉(zhuǎn)向控制采用的是閉環(huán)控制，上位機給出目標(biāo)轉(zhuǎn)角以后，轉(zhuǎn)向控制器將目標(biāo)轉(zhuǎn)角和實際轉(zhuǎn)角進行比較得出轉(zhuǎn)角偏差，由PID控制算法根據(jù)偏差信號計算得出比例閥

26、的開度大小，從而控制流量大小來減小偏差，系統(tǒng)重復(fù)的進行這一過程，從而使系統(tǒng)更好的跟蹤目標(biāo)。圖3 轉(zhuǎn)向控制原理圖5.1.3 自動轉(zhuǎn)向性能研究課題研究初期，先以學(xué)院的液壓實驗室為基礎(chǔ)，搭建液壓系統(tǒng)實驗平臺，并進行一些基本實驗，確保系統(tǒng)可行的前提下，將系統(tǒng)安裝在棉花作業(yè)機器上，進行路徑跟蹤實驗，確定最優(yōu)的控制參數(shù)。5.2 可行性分析（1）本課題可能要涉及到液壓、電控和變成等方面的知識，而實驗室老師在這些方面都有非常豐富的經(jīng)驗，能為整個課題提供強大的技術(shù)支持。（2）擬采用比例方向控制閥對油路進行改造，可確定被控對象為比例電磁鐵，通過電流大小控制閥門開口大小。這方面實驗室進行過一定的研究，留下了寶貴的經(jīng)驗。（3）比例方向控制閥、PID控制算法等方面技術(shù)都比較成熟，能達到較高精度。6. 預(yù)期研究進展（1）2013年1月2010年3月查閱棉花作業(yè)機械的類型、轉(zhuǎn)向機構(gòu)特點、液壓轉(zhuǎn)向