拖拉機自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計及仿真

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

拖拉機作為農(nóng)機作業(yè)動力機械，要實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向，目前常用的控制方法包括電液控制和電機控制。電液控制一般采用加裝電控液壓閥，響應(yīng)電信號實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向，該系統(tǒng)具有控制功率大和響應(yīng)速度快等特點，因而廣泛應(yīng)用于農(nóng)田作業(yè)機械自動導航作業(yè)中。1.2電控液壓自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)特點

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

本設(shè)計是在拖拉機原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過加裝由比例方向閥，電磁換向閥，三通邏輯閥及平衡閥組成的液壓單元，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），實現(xiàn)可以響應(yīng)自動控制信號的自動轉(zhuǎn)向。2自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理2.1工作原理圖2.2運行流程圖3自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1液壓系統(tǒng)設(shè)計3.2控制系統(tǒng)設(shè)計

其中，6N137(光電耦合器)起到隔離作用，保護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;電路通過反接的1N4007(二極管)，來防止繼電器線圈的感應(yīng)電動勢擊穿三極管的集射極;發(fā)光二極管用來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

根據(jù)自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和功能，綜合拖拉機行執(zhí)行機構(gòu)存在誤差和比例閥的死區(qū)#遲滯等系統(tǒng)特性，本設(shè)計選用基于PID的PD控制算法為自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)控制方法。帶死區(qū)補償?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)目標轉(zhuǎn)角與當前前輪轉(zhuǎn)角的偏差計算控制比例閥閥芯開度的控制電壓值;W(微分)控制用來修正步進脈沖頻率值，減小超調(diào)現(xiàn)象。3.4系統(tǒng)集成設(shè)計

集成方案連線圖如下：4電液比例自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真4.1系統(tǒng)數(shù)學模型建立

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

3）分析如下

在不進行PD調(diào)整時系統(tǒng)能響應(yīng)階躍信號但進入平衡時間較長,均出現(xiàn)不同程度超調(diào)的現(xiàn)象,且輸入信號越大，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;輸入信號較小的情況下，系統(tǒng)存在一定的遲滯，遲滯時間約0.24s;系統(tǒng)在1.8s內(nèi)均能達到平衡點。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計合理，控制精度精度高，響應(yīng)快，符合自動導航需求。5結(jié)論

通過加裝采取電液比例控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改造方案，將原車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改造成能執(zhí)行程序控制的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該方案控制簡單，輸出轉(zhuǎn)矩大，系統(tǒng)魯棒性強，對原系統(tǒng)影響??；方便快捷實現(xiàn)人工-