【摘 要】
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自动驾驶拖拉机已成为重要的现代化农业装备,目前,针对拖拉机导航路径跟踪以及定位算法等研究较多,对拖拉机的速度控制大多为简单控制,造成了拖拉机动力浪费和油耗的增大。本研究针对现有农机速度调节策略功率匹配度不高,燃油经济性差的问题,以静液压传动拖拉机为平台,设计了拖拉机定速巡航控制系统。具体研究的主要内容和结论如下:(1)分析了约翰迪尔4720型静液压传动拖拉机的工作原理,确定了定速巡航控制系统的总体
【基金项目】
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国家重点研发计划“农机作业北斗自动导航控制技术与装置”课题(编号:2017YFD0700402);
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自动驾驶拖拉机已成为重要的现代化农业装备,目前,针对拖拉机导航路径跟踪以及定位算法等研究较多,对拖拉机的速度控制大多为简单控制,造成了拖拉机动力浪费和油耗的增大。本研究针对现有农机速度调节策略功率匹配度不高,燃油经济性差的问题,以静液压传动拖拉机为平台,设计了拖拉机定速巡航控制系统。具体研究的主要内容和结论如下:(1)分析了约翰迪尔4720型静液压传动拖拉机的工作原理,确定了定速巡航控制系统的总体设计方案,控制器接收车载计算机控制指令,采集传感器数据和工况数据,操纵执行机构实现定速巡航;根据控制系统的需求,完成了控制系统的硬件设计,设计了以C261控制器为核心的电控系统,设计了油门、变速和负载调节等执行机构,完成了传感器选型,完成了控制器的硬件线路设计。(2)通过试验建立了静液压传动拖拉机油门开度、变量泵排量与速度对应的数学模型,制定了发动机转速与变量泵排量协同控制的策略;基于MATLAB/Simscape建立了静液压传动拖拉机的仿真模型,进行了三种控制策略的仿真分析,验证了协同控制策略的可行性;分析了农机测速方法,根据阿克曼转向原理建立了转向工况滑转率的测量模型。(3)在CoDeSys V2.3环境下,采用ST语言编写了控制系统的软件程序,包括:CAN通信模块实现了车载计算机和控制器的信息传输,信息采集模块实现了拖拉机工况数据的解析、传感器数据的采集和滑转率的测量,输出控制模块实现了对油门开度、变量泵排量和作业负载的协同控制。(4)分别进行了滑转率测量模型的验证试验和水泥路面空载、农田地块空载、平地作业三种工况下定油门控制策略、油门排量耦合控制策略、油门排量协同控制策略的试验。试验结果表明,本文提出的转向工况滑转率测量模型是有效的,水泥路面、田间空载和平地作业三种工况下,协同控制策略的速度控制绝对误差分别为0.005 m/s、0.007 m/s、0.012 m/s,平地作业工况下三种控制策略的发动机转速分别为1360 r/min、1360 r/min、1200 r/min。油门排量协同控制策略在达到相同目标速度的前提下降低了发动机转速。控制系统能够在保证速度控制精度的前提下,减小燃油消耗。
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