輪式農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)探討

單力（吉林省遼源市軍隊離退休干部休養(yǎng)所，吉林 遼源 136200）

輪式農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)探討

單力（吉林省遼源市軍隊離退休干部休養(yǎng)所，吉林 遼源 136200）

本文根據(jù)插秧機做為研究的對象，對輪式農(nóng)業(yè)機械的自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)進行研究，提出了速度的自適應(yīng)控制方法，通過對航向偏差的輸入，對插秧機的運行速度進行在線的調(diào)整工作，從而對前輪期望偏角的數(shù)據(jù)進行輸出。通過研究結(jié)果表明，該方式能夠促進農(nóng)業(yè)機械化工作效率的提升，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的快速響應(yīng)，具有良好的穩(wěn)定性和跟蹤效果。為輪式農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展水平提供一定的理論依據(jù)。

輪式農(nóng)業(yè)；機械自動；轉(zhuǎn)向控制；系統(tǒng)探討

自動轉(zhuǎn)向控制技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械技術(shù)的重要組成部分。相關(guān)科研人員對傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械化進行了改造，并且研發(fā)出了電液操控系統(tǒng)，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械化的轉(zhuǎn)向動作。該項技術(shù)主要由液壓泵和液壓缸等控制器組成，采用了FPID的控制方法，可以對小角度的轉(zhuǎn)向快速的做出反應(yīng)。利用機器視覺技術(shù)對插秧機進行導(dǎo)航，對車載計算機的目標(biāo)方向和車輛縱向方向進行控制，對發(fā)生的位置和方向的偏差實現(xiàn)比例控制。

1 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的組成

本文針對插秧機作為主要的研究對象，通過采用整體液壓轉(zhuǎn)向裝置的方式實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的監(jiān)控。對原有的轉(zhuǎn)向裝置進行控制的過程中，在插秧機上安裝控制器、驅(qū)動機以及測速器。通過安裝這幾種功能，可以實現(xiàn)對電動機的減速，把轉(zhuǎn)向力矩的作用傳給插秧機轉(zhuǎn)向柱。實現(xiàn)插秧機在應(yīng)用中的方便和使用簡單的優(yōu)勢，可以建立傳動齒輪和鏈條作為傳動機構(gòu)。另外，由于電機和減速器是插秧機工作的主體，在減速器的輸出軸進行齒輪的安裝，齒輪通過鏈條的傳動，可以將電機和減速器固定在轉(zhuǎn)向柱上[1]。

2 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的仿真技術(shù)

2.1 插秧機的簡化模式

在控制理論的角度來看，四輪車體的控制行為較復(fù)雜，其自身的因素對運行的情況造成了一定的誤差。相關(guān)科研人員通過對車體前輪的偏角、速度以及位置等進行深入的研究，并且對地面的摩擦系數(shù)和輪胎的傾角都進行了系統(tǒng)化的分析，所以該模型對于車輛動力學(xué)的描述具有準(zhǔn)確的作用。但是，該模型由于自身還存在著一定系統(tǒng)的參數(shù)，所以在實際的測量工作中，給測量工作帶來了一定的復(fù)雜性，因此，對該模型的使用情況造成了一定的限制。

2.2 仿真技術(shù)的研究

仿真技術(shù)的研究主要是運用自適應(yīng)的PD控制器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的控制過程，通過相關(guān)人員對轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的研究表明，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)動態(tài)的上升時間是5s以內(nèi)，超調(diào)量的時間大概是15%以內(nèi)。造成超調(diào)量數(shù)值偏大的原因是，插秧機的實物與車輛的簡化模式中的數(shù)值存在著一定的差距，如果想要獲取更好的仿真效果，需要對PD參數(shù)進行系統(tǒng)化的設(shè)定。另外，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)還具有良好的信號跟蹤能力，存在著微小的相位差，可以通過PD參數(shù)進行調(diào)整，消除存在的差距[2]。

3 轉(zhuǎn)向控制的方法

3.1 PID校正環(huán)節(jié)選擇

PID控制作為一種線性控制，在使用過程中，簡單方便，被廣泛的應(yīng)用于機械自動轉(zhuǎn)向的控制過程中，并且促進了農(nóng)業(yè)機械的快速發(fā)展。PID控制器在使用過程中，主要由比例、積分和微分三個環(huán)節(jié)共同組成。比例環(huán)節(jié)主要反映系統(tǒng)信號可以出現(xiàn)的偏差，該種情況一旦產(chǎn)生，就會對控制器的運行產(chǎn)生一定的控制作用，為了有效的減少出現(xiàn)的偏差問題，應(yīng)該對比例系數(shù)進行合理化的調(diào)整，調(diào)整的速度越快，更加有效的消除系統(tǒng)的偏差。另外，其控制作用的強弱來自于對積分常數(shù)的數(shù)值，會引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強，震蕩現(xiàn)象加劇等問題的出現(xiàn)。隨著積分環(huán)節(jié)的偏差信號的逐漸變化，應(yīng)該在偏差信號增加之間，對出現(xiàn)的姿態(tài)偏差信號進行合理的更正，并在系統(tǒng)中進行正確信號的引入，促進系統(tǒng)運行速度的加快，較少對系統(tǒng)調(diào)節(jié)的時間。輪式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向控制是通過對目標(biāo)數(shù)值的設(shè)定，來實現(xiàn)對隨動系統(tǒng)的有效控制。PID控制器的比例和微分校正環(huán)節(jié)能夠?qū)刂葡到y(tǒng)的運行起到一定的作用，可以有效的消除在系統(tǒng)中存在的誤差，以此來降低穩(wěn)定性誤差問題，降低引發(fā)的風(fēng)險。因此，在轉(zhuǎn)向控制器中運用PID校正系統(tǒng)可以進行控制器的建立。

3.2 速度的自適應(yīng)PD控制原理

插秧機在工作中，其運行的速度是不斷進行變化的，并且在規(guī)定的范圍內(nèi)發(fā)生著微小的變化。插秧機在工作時，遇到轉(zhuǎn)彎的情況，行進的速度將會變??；如果是曲線的路徑，那么行進的速度需要隨著曲線路徑而不斷進行變化；走直線時，運行的速度應(yīng)該保持勻速前進；如果插秧機工作完畢之后，作業(yè)的速度應(yīng)該減至為零。另外，插秧機在工作過程中，工作的速度應(yīng)該與轉(zhuǎn)向的大小和強弱的程度來決定，以此來作為自動轉(zhuǎn)向控制決策的合理化參考依據(jù)。因此在進行插秧機速度的設(shè)置上，應(yīng)該根據(jù)速度的變化趨勢，對自適應(yīng)控制器來進行航向跟蹤的控制。根據(jù)轉(zhuǎn)向控制的原理，首先需要計算機器在工作中的實際偏差與目標(biāo)航線的偏差，以此來作為自適應(yīng)PD控制器輸入，通過對速度進行在線整合，來實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的獲取，并輸出轉(zhuǎn)向輪的數(shù)據(jù)偏角。由于實際的偏角與期望偏角的值會有一定的差距，并且可以作為操縱控制器進行輸入，操縱控制器通過數(shù)據(jù)的輸入，可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向機構(gòu)的執(zhí)行動作的合理規(guī)劃，實現(xiàn)期望轉(zhuǎn)角的數(shù)值，以此來達到有效控制的目的[3]。

4 結(jié)語

本文首先介紹了轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的組成，并根據(jù)輪式農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)技術(shù)對控制系統(tǒng)的仿真技術(shù)和轉(zhuǎn)向控制的方法進行深入的探究，從而得出輪式農(nóng)業(yè)機械和速度自適應(yīng)PD控制方法作為輪式農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是可行的，可以用作控制系統(tǒng)設(shè)置的基礎(chǔ)，為轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的使用提供了穩(wěn)定性。

[1]趙建東.基于東方紅SG-250拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[2]魏少東.基于GPS和慣性導(dǎo)航的果園機械導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué),2013.

[3]杜恒.大型輪式車輛油氣懸架及電液伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究[D].浙江大學(xué),2011.

單力（1960-），男，漢族，籍貫吉林遼源，高級工程師職稱，大學(xué)本科，研究方向：農(nóng)業(yè)機械。