农业机械的自动作业技术是目前国内外精准农业的研究热点,也是实现农机装备智能化作业的核心技术。插秧机自动作业技术不仅可以减轻传统机插秧作业过程中的驾驶员疲劳问题,而且可有效地提高生产效率与土地利用率。本文以久保田SPU-68C型高速水稻插秧机为试验平台,开展插秧机自动作业控制系统研究。针对水稻插秧机自动作业过程中横向偏差、航向偏差对行驶速度的影响,开展了速度自调节模糊控制算法研究,将横向偏差、航向偏差作为输入变量,行驶速度作为输出调控变量,并结合行驶速度-前视距离关系式对前视距离进行自适应调节,进一步通过纯追踪模型获得期望前轮转角;最后通过仿真与试验对算法与自动作业控制系统进行验证,基于车辆运动信息与各偏差的变化,实现了行驶速度自动调节以及路径追踪纠偏,提高了插秧机在复杂水田环境工作的鲁棒性和适应性,为实现插秧作业的自动化奠定了良好的理论和技术基础。本文的主要研究工作包括以下几部分:1、本文设计了以GPS定位系统、组合惯导系统、角度/速度传感器等设备组成的车辆运动感知系统,利用RTK-GPS、惯性导航、传感器等技术对插秧机的实时运动信息、位置信息进行感知反馈。最终成功搭建了插秧机的运动感知系统,以获得车辆自动作业过程实时的位置信息、实际前轮转角与行驶速度等参数,并开展了传感器精度测试标定试验。2、通过研究分析插秧机的运动特性与自动作业技术要求,分析方向盘、主变速手柄、栽插离合手柄、制动踏板等操作部件的工作特性,对插秧机自动作业控制系统进行了设计研究,以及数据处理控制器及驱动单元的设计,搭建了自动作业控制系统执行机构、数据处理及硬件驱动等平台,实现了插秧机自动化转向、调速、插植与制动等操作。3、分析了插秧机自动作业控制的横向控制、纵向控制与自动插植控制等三个方面的控制过程;研究了自动导航控制、速度自调节控制、自动插植控制等插秧机自动作业控制原理;将插秧机简化为二轮车模型,与纯追踪模型相结合对车辆的运动学模型进行推导,并构建行驶速度-前视距离关系式,可根据行驶速度求出相应的前视距离,推导出期望前轮转角。4、利用模糊控制方法设计了速度自调节模糊控制算法,控制器输入量为横向偏差与航向偏差,输出量为行驶速度;根据行驶速度-前视距离关系式求出前视距离,进一步获得期望前轮转角;最后建立Simulink仿真模型进行仿真试验研究,验证了速度自调节模糊控制算法的有效性。仿真结果表明,插秧机行驶过程中直线段偏差较小,转弯段最大横向偏差小于0.08m,行驶速度跟随偏差变化而规律性改变,速度自动调节的过程比较平稳,速度自调节模糊控制算法具有较优的路径追踪纠偏能力与速度自调节能力。5、设计了插秧机自动作业控制系统田间地面试验对其进行验证。首先搭建了插秧机自动作业控制系统试验平台,其次设计了直线无偏差路径、直线有偏差路径(0.3m)与S形路径的三种地面试验方案进行验证。试验结果表明,插秧机行驶过程中直线段横向偏差平均值在0.05m左右,最大值在0.08m左右;转弯段偏差波动较大,最大横向偏差为0.157m;对于速度自动调节效果较优,基本符合速度自调节模糊控制算法规律,且加/减速阶段比较平稳,未出现较大波动,设计的插秧机自动作业控制系统基本满足插秧机的农艺要求。