基于GPS-IMU的拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛方法的研究.pdf

1、拖拉機(jī)是實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械化作業(yè)的動(dòng)力，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的動(dòng)力機(jī)械，因此拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是實(shí)施精細(xì)農(nóng)業(yè)所必需的物質(zhì)載體，是農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分。其實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括5個(gè)部分：定位、路徑規(guī)劃、導(dǎo)航控制、車輛模型和通信，其中定位、導(dǎo)航控制是最重要的兩項(xiàng)內(nèi)容。本文基于GPS/IMU對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，并在JDT654通用型拖拉機(jī)上建立了拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)試驗(yàn)硬件平臺(tái)，開發(fā)了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，完成了相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作。本文所進(jìn)行的研

2、究工作主要有以下方面： (1)深入探討了推算定位(DR)與GPS定位的原理與方法，針對(duì)兩者的信息具有很好的互補(bǔ)性的特點(diǎn)，提出了針對(duì)JDT654通用型輪式拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的推算定位修正方法和GPS定位信息的修正方法。建立了基于后軸中心的拖拉機(jī)非線性運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，對(duì)拖拉機(jī)定位信息融合技術(shù)進(jìn)行了探討，提出一種基于拖拉機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的擴(kuò)展Kalman濾波模型，將前輪轉(zhuǎn)角的反饋也進(jìn)行了考慮，較好地反映了拖拉機(jī)的行駛狀態(tài)，獲得了較

3、高的融合精度。 (2)采用頻域試驗(yàn)法將PID控制的全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡化為一階慣性環(huán)節(jié)，為簡化系統(tǒng)提供了試驗(yàn)依據(jù)并保證了相應(yīng)的精度；討論了測(cè)量角度與理論前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系，提出了解決理論中間轉(zhuǎn)向輪與實(shí)測(cè)車輪轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)換方法，避免造成對(duì)轉(zhuǎn)向輪控制的不對(duì)稱性。 (3)對(duì)拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛導(dǎo)航控制進(jìn)行了深入研究。建立了拖拉機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)基于拖拉機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和拖拉機(jī)動(dòng)力學(xué)的最優(yōu)輸出控制方法進(jìn)行了研究，討論了參數(shù)變化對(duì)系繞性能的影響，針對(duì)拖拉機(jī)

4、行駛環(huán)境的復(fù)雜性，以及用數(shù)學(xué)模型描述時(shí)不可避免地需要進(jìn)行一定的假設(shè)與簡化，提出了一種融合兩者特點(diǎn)的加權(quán)輸出反饋系數(shù)的方法，提高試驗(yàn)整定反饋參數(shù)的效率。另外，對(duì)不基于模型的擬人的模糊控制進(jìn)行了研究，建立了橫向偏差、航向角以及轉(zhuǎn)向角的模糊隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則，仿真結(jié)果顯示具有一定的靜態(tài)誤差；為了消除其固有的靜態(tài)誤差，在此常規(guī)模糊控制的基礎(chǔ)上，提出了雙級(jí)模糊控制、模糊—PID并聯(lián)控制在拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛導(dǎo)航控制中的應(yīng)用，改善了系統(tǒng)性能，提高了系統(tǒng)

5、的魯棒性；由于實(shí)際環(huán)境的復(fù)雜性，使針對(duì)已知或可以預(yù)知環(huán)境下制定的模糊規(guī)則不可能適合所有的實(shí)際環(huán)境，因此進(jìn)一步提出一種具有自適應(yīng)性能的自調(diào)整因子模糊控制方法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)特性對(duì)自調(diào)整因子函數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，即可以簡化訓(xùn)練樣本的建立和對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，又保留了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能。 (4)討論了拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛平臺(tái)的功能及構(gòu)成，并在JDT654型輪式拖拉機(jī)上建立了GPS/IMU導(dǎo)航的拖拉機(jī)自動(dòng)駕駛平臺(tái)，在選定的試驗(yàn)場(chǎng)地對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)沿