轮式农业机械自动转向控制系统探讨

2017-03-04单力吉林省辽源市军队离退休干部休养所吉林辽源136200

化工管理 2017年2期

单力（吉林省辽源市军队离退休干部休养所，吉林辽源 136200）

轮式农业机械自动转向控制系统探讨

单力（吉林省辽源市军队离退休干部休养所，吉林辽源 136200）

本文根据插秧机做为研究的对象，对轮式农业机械的自动转向控制系统进行研究，提出了速度的自适应控制方法，通过对航向偏差的输入，对插秧机的运行速度进行在线的调整工作，从而对前轮期望偏角的数据进行输出。通过研究结果表明，该方式能够促进农业机械化工作效率的提升，实现转向的快速响应，具有良好的稳定性和跟踪效果。为轮式农业机械化的发展水平提供一定的理论依据。

轮式农业；机械自动；转向控制；系统探讨

自动转向控制技术是农业机械技术的重要组成部分。相关科研人员对传统的农业机械化进行了改造，并且研发出了电液操控系统，实现了农业机械化的转向动作。该项技术主要由液压泵和液压缸等控制器组成，采用了FPID的控制方法，可以对小角度的转向快速的做出反应。利用机器视觉技术对插秧机进行导航，对车载计算机的目标方向和车辆纵向方向进行控制，对发生的位置和方向的偏差实现比例控制。

1 转向控制系统的组成

本文针对插秧机作为主要的研究对象，通过采用整体液压转向装置的方式实现对转向系统的监控。对原有的转向装置进行控制的过程中，在插秧机上安装控制器、驱动机以及测速器。通过安装这几种功能，可以实现对电动机的减速，把转向力矩的作用传给插秧机转向柱。实现插秧机在应用中的方便和使用简单的优势，可以建立传动齿轮和链条作为传动机构。另外，由于电机和减速器是插秧机工作的主体，在减速器的输出轴进行齿轮的安装，齿轮通过链条的传动，可以将电机和减速器固定在转向柱上[1]。

2 转向控制系统的仿真技术

2.1 插秧机的简化模式

在控制理论的角度来看，四轮车体的控制行为较复杂，其自身的因素对运行的情况造成了一定的误差。相关科研人员通过对车体前轮的偏角、速度以及位置等进行深入的研究，并且对地面的摩擦系数和轮胎的倾角都进行了系统化的分析，所以该模型对于车辆动力学的描述具有准确的作用。但是，该模型由于自身还存在着一定系统的参数，所以在实际的测量工作中，给测量工作带来了一定的复杂性，因此，对该模型的使用情况造成了一定的限制。

2.2 仿真技术的研究

仿真技术的研究主要是运用自适应的PD控制器来实现转向的控制过程，通过相关人员对转向控制系统的研究表明，转向控制系统动态的上升时间是5s以内，超调量的时间大概是15%以内。造成超调量数值偏大的原因是，插秧机的实物与车辆的简化模式中的数值存在着一定的差距，如果想要获取更好的仿真效果，需要对PD参数进行系统化的设定。另外，转向控制系统还具有良好的信号跟踪能力，存在着微小的相位差，可以通过PD参数进行调整，消除存在的差距[2]。

3 转向控制的方法

3.1 PID校正环节选择

PID控制作为一种线性控制，在使用过程中，简单方便，被广泛的应用于机械自动转向的控制过程中，并且促进了农业机械的快速发展。PID控制器在使用过程中，主要由比例、积分和微分三个环节共同组成。比例环节主要反映系统信号可以出现的偏差，该种情况一旦产生，就会对控制器的运行产生一定的控制作用，为了有效的减少出现的偏差问题，应该对比例系数进行合理化的调整，调整的速度越快，更加有效的消除系统的偏差。另外，其控制作用的强弱来自于对积分常数的数值，会引起系统的稳定性不强，震荡现象加剧等问题的出现。随着积分环节的偏差信号的逐渐变化，应该在偏差信号增加之间，对出现的姿态偏差信号进行合理的更正，并在系统中进行正确信号的引入，促进系统运行速度的加快，较少对系统调节的时间。轮式系统的转向控制是通过对目标数值的设定，来实现对随动系统的有效控制。PID控制器的比例和微分校正环节能够对控制系统的运行起到一定的作用，可以有效的消除在系统中存在的误差，以此来降低稳定性误差问题，降低引发的风险。因此，在转向控制器中运用PID校正系统可以进行控制器的建立。

3.2 速度的自适应PD控制原理

插秧机在工作中，其运行的速度是不断进行变化的，并且在规定的范围内发生着微小的变化。插秧机在工作时，遇到转弯的情况，行进的速度将会变小；如果是曲线的路径，那么行进的速度需要随着曲线路径而不断进行变化；走直线时，运行的速度应该保持匀速前进；如果插秧机工作完毕之后，作业的速度应该减至为零。另外，插秧机在工作过程中，工作的速度应该与转向的大小和强弱的程度来决定，以此来作为自动转向控制决策的合理化参考依据。因此在进行插秧机速度的设置上，应该根据速度的变化趋势，对自适应控制器来进行航向跟踪的控制。根据转向控制的原理，首先需要计算机器在工作中的实际偏差与目标航线的偏差，以此来作为自适应PD控制器输入，通过对速度进行在线整合，来实现对系统参数的获取，并输出转向轮的数据偏角。由于实际的偏角与期望偏角的值会有一定的差距，并且可以作为操纵控制器进行输入，操纵控制器通过数据的输入，可以实现对转向机构的执行动作的合理规划，实现期望转角的数值，以此来达到有效控制的目的[3]。