農業(yè)車輛電動轉向系統(tǒng)的建模與控制算法研究.pdf

1、為發(fā)展農業(yè)車輛自主導航技術，實現農業(yè)車輛精準快速的自動轉向，減免勞動力，保證作業(yè)精度和生產效率，以試驗小車為平臺，建立了相互獨立的調速系統(tǒng)與轉向系統(tǒng)模型，并設計了簡便、高效的控制算法。主要研究內容如下:
　　1.系統(tǒng)采用CAN-Bus二級分布式的通信網絡結構，包括CAN主節(jié)點、CAN從節(jié)點和CAN-Bus通信網絡，具有良好的可擴展性和數據傳輸可靠性。系統(tǒng)以車載計算機為CAN主節(jié)點，采用CAN-Bus通信網絡與各個監(jiān)測控制從節(jié)點相通

2、信,CAN從節(jié)點包括前輪轉角測量節(jié)點、行駛速度測量節(jié)點，轉向電機控制節(jié)點與車輛行駛速度控制節(jié)點。
　　2.搭建系統(tǒng)的硬件平臺，按功能將系統(tǒng)劃分為主控制模塊、信息采集模塊和執(zhí)行模塊:主控制模塊完成車輛位姿信息匯總、控制算法運算、發(fā)送控制命令等功能;信息采集模塊包括車輛行駛速度采集和前輪轉向角采集等部分，前輪轉角采集選用絕對式旋轉編碼器作為傳感器，通過讀取與角度相對應的電壓值計算出前輪轉角的數值與方向;車輛行駛速度采集是選用增量式旋轉

3、編碼器作為傳感器，通過輸出脈沖的相位差和脈沖數確定行駛方向和行駛速度，采用M法測速;執(zhí)行模塊采用機械式結構，通過向轉向步進電機發(fā)送不同頻率的脈沖信號，控制車輛完成精確轉向;通過向行駛直流電機的電機控制器發(fā)送不同大小的模擬電壓信號，控制車輛的行駛速度。
　　3將差分GPS、絕對式旋轉編碼器測得的車輛行駛速度與實測平均車速比較，確認編碼器測速的精度優(yōu)勢。基于實際試驗，獲得車輛實際行駛速度V與行駛直流電機控制器接收的模擬信號U之間的物理

4、關系，搭建了車輛調速系統(tǒng)的閉環(huán)模型，為系統(tǒng)增加比例控制環(huán)節(jié)，為在調速時間與穩(wěn)定行駛之間取得平衡，確定最優(yōu)比例系數。記錄調速系統(tǒng)在農田路面和水泥路面跟蹤期望車速的實驗數據，使用MATLAB軟件進行仿真分析，試驗結果表明調速系統(tǒng)能準確、快速地跟蹤期望行駛速度。
　　4.根據轉向系統(tǒng)輸入量（步進電機頻率f）與輸出量（轉向輪偏角δ）之間的物理關系建立了二階模型，通過穩(wěn)定性分析，設計了基于IAE(絕對誤差積分)、ISE(平方誤差積分)和IT

5、AE(時間與絕對誤差乘積的積分)、ITSE(時間與平方誤差乘積的積分)性能指標的兩個最優(yōu)PD控制器。對系統(tǒng)施加±20°的階躍輸入信號，車輛在農田路面與水泥路面下分別以0.3 m s-1、0.5 m s-1與0.7 m s-1的速度行駛，進行自動轉向試驗。記錄試驗數據，使用MATLAB軟件進行仿真分析，試驗結果表明，基于ITAE、ITSE性能指標的最優(yōu)PD控制器Gc(s)=12+1.19s能使系統(tǒng)具有更好的轉向性能，系統(tǒng)響應時間0.3s-