拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真

目錄1.拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀2.自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理3.自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.電液比例自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真5.結(jié)論1拖拉機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1.1自動(dòng)轉(zhuǎn)向常用控制方法1.2電控液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)1.3本文設(shè)計(jì)基本思想1.1自動(dòng)轉(zhuǎn)向常用控制方法

拖拉機(jī)作為農(nóng)機(jī)作業(yè)動(dòng)力機(jī)械，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，目前常用的控制方法包括電液控制和電機(jī)控制。電液控制一般采用加裝電控液壓閥，響應(yīng)電信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)向，該系統(tǒng)具有控制功率大和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于農(nóng)田作業(yè)機(jī)械自動(dòng)導(dǎo)航作業(yè)中。1.2電控液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點(diǎn)

該系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向力矩大，控制簡(jiǎn)單，精度高，響應(yīng)速度快，可移植性強(qiáng)，且能方便快捷實(shí)現(xiàn)人工與自動(dòng)駕駛的切換。此系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)播種作業(yè)的TN654拖拉機(jī)。1.3本文設(shè)計(jì)基本思想

本設(shè)計(jì)是在拖拉機(jī)原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝由比例方向閥，電磁換向閥，三通邏輯閥及平衡閥組成的液壓?jiǎn)卧?，采用LM3S5749為控制板,比例閥放大器,前輪轉(zhuǎn)角傳感器和壓力傳感器組成電控單元(ECU），實(shí)現(xiàn)可以響應(yīng)自動(dòng)控制信號(hào)的自動(dòng)轉(zhuǎn)向。2自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理2.1工作原理圖2.2運(yùn)行流程圖3自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

其中，6N137(光電耦合器)起到隔離作用，保護(hù)控制器不受外部干擾的影響，確保微控制器可靠工作;三極管放大光電耦合器輸出的電流，控制繼電器;電路通過(guò)反接的1N4007(二極管)，來(lái)防止繼電器線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)擊穿三極管的集射極;發(fā)光二極管用來(lái)指示電磁閥的工作狀態(tài)，二極管亮，電磁閥換向。3.3PD雙通道控制算法設(shè)計(jì)

根據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和功能，綜合拖拉機(jī)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在誤差和比例閥的死區(qū)#遲滯等系統(tǒng)特性，本設(shè)計(jì)選用基于PID的PD控制算法為自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制方法。帶死區(qū)補(bǔ)償?shù)腜D控制能避免頻繁轉(zhuǎn)向，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中，K(比例)控制根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)角與當(dāng)前前輪轉(zhuǎn)角的偏差計(jì)算控制比例閥閥芯開(kāi)度的控制電壓值;W(微分)控制用來(lái)修正步進(jìn)脈沖頻率值，減小超調(diào)現(xiàn)象。3.4系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

集成方案連線(xiàn)圖如下：4電液比例自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真4.1系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立

其中，Kθ為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)增益，G為輸入為電壓輸出為前輪轉(zhuǎn)角的電液比例自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳遞函數(shù)。4.2仿真實(shí)驗(yàn)與分析在Matlab中利用Simulink控制工具箱進(jìn)行仿真。自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制框圖模型：結(jié)果分析：1）2v階躍信號(hào)響應(yīng)2）6v階躍信號(hào)響應(yīng)

3）分析如下

在不進(jìn)行PD調(diào)整時(shí)系統(tǒng)能響應(yīng)階躍信號(hào)但進(jìn)入平衡時(shí)間較長(zhǎng),均出現(xiàn)不同程度超調(diào)的現(xiàn)象,且輸入信號(hào)越大，超調(diào)量越大;經(jīng)PD調(diào)整后，系統(tǒng)超調(diào)量得到有效控制,且更快接近平衡位置，大幅度提高控制響應(yīng)精度;輸入信號(hào)較小的情況下，系統(tǒng)存在一定的遲滯，遲滯時(shí)間約0.24s;系統(tǒng)在1.8s內(nèi)均能達(dá)到平衡點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，控制精度精度高，響應(yīng)快，符合自動(dòng)導(dǎo)航需求。5結(jié)論

通過(guò)加裝采取電液比例控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改造方案，將原車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改造成能執(zhí)行程序控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該方案控制簡(jiǎn)單，輸出轉(zhuǎn)矩大，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，對(duì)原系統(tǒng)影響??；方便快捷實(shí)現(xiàn)人工-