輪式農業機械自動轉向控制系統探討

單力（吉林省遼源市軍隊離退休干部休養所，吉林 遼源 136200）

輪式農業機械自動轉向控制系統探討

單力（吉林省遼源市軍隊離退休干部休養所，吉林 遼源 136200）

本文根據插秧機做為研究的對象，對輪式農業機械的自動轉向控制系統進行研究，提出了速度的自適應控制方法，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整工作，從而對前輪期望偏角的數據進行輸出。通過研究結果表明，該方式能夠促進農業機械化工作效率的提升，實現轉向的快速響應，具有良好的穩定性和跟蹤效果。為輪式農業機械化的發展水平提供一定的理論依據。

輪式農業；機械自動；轉向控制；系統探討

自動轉向控制技術是農業機械技術的重要組成部分。相關科研人員對傳統的農業機械化進行了改造，并且研發出了電液操控系統，實現了農業機械化的轉向動作。該項技術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，可以對小角度的轉向快速的做出反應。利用機器視覺技術對插秧機進行導航，對車載計算機的目標方向和車輛縱向方向進行控制，對發生的位置和方向的偏差實現比例控制。

1 轉向控制系統的組成

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向裝置的方式實現對轉向系統的監控。對原有的轉向裝置進行控制的過程中，在插秧機上安裝控制器、驅動機以及測速器。通過安裝這幾種功能，可以實現對電動機的減速，把轉向力矩的作用傳給插秧機轉向柱。實現插秧機在應用中的方便和使用簡單的優勢，可以建立傳動齒輪和鏈條作為傳動機構。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向柱上[1]。

2 轉向控制系統的仿真技術

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雜，其自身的因素對運行的情況造成了一定的誤差。相關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和輪胎的傾角都進行了系統化的分析，所以該模型對于車輛動力學的描述具有準確的作用。但是，該模型由于自身還存在著一定系統的參數，所以在實際的測量工作中，給測量工作帶來了一定的復雜性，因此，對該模型的使用情況造成了一定的限制。

2.2 仿真技術的研究

仿真技術的研究主要是運用自適應的PD控制器來實現轉向的控制過程，通過相關人員對轉向控制系統的研究表明，轉向控制系統動態的上升時間是5s以內，超調量的時間大概是15%以內。造成超調量數值偏大的原因是，插秧機的實物與車輛的簡化模式中的數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參數進行系統化的設定。另外，轉向控制系統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參數進行調整，消除存在的差距[2]。

3 轉向控制的方法

3.1 PID校正環節選擇

PID控制作為一種線性控制，在使用過程中，簡單方便，被廣泛的應用于機械自動轉向的控制過程中，并且促進了農業機械的快速發展。PID控制器在使用過程中，主要由比例、積分和微分三個環節共同組成。比例環節主要反映系統信號可以出現的偏差，該種情況一旦產生，就會對控制器的運行產生一定的控制作用，為了有效的減少出現的偏差問題，應該對比例系數進行合理化的調整，調整的速度越快，更加有效的消除系統的偏差。另外，其控制作用的強弱來自于對積分常數的數值，會引起系統的穩定性不強，震蕩現象加劇等問題的出現。隨著積分環節的偏差信號的逐漸變化，應該在偏差信號增加之間，對出現的姿態偏差信號進行合理的更正，并在系統中進行正確信號的引入，促進系統運行速度的加快，較少對系統調節的時間。輪式系統的轉向控制是通過對目標數值的設定，來實現對隨動系統的有效控制。PID控制器的比例和微分校正環節能夠對控制系統的運行起到一定的作用，可以有效的消除在系統中存在的誤差，以此來降低穩定性誤差問題，降低引發的風險。因此，在轉向控制器中運用PID校正系統可以進行控制器的建立。

3.2 速度的自適應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，并且在規定的范圍內發生著微小的變化。插秧機在工作時，遇到轉彎的情況，行進的速度將會變?。蝗绻乔€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，運行的速度應該保持勻速前進；如果插秧機工作完畢之后，作業的速度應該減至為零。另外，插秧機在工作過程中，工作的速度應該與轉向的大小和強弱的程度來決定，以此來作為自動轉向控制決策的合理化參考依據。因此在進行插秧機速度的設置上，應該根據速度的變化趨勢，對自適應控制器來進行航向跟蹤的控制。根據轉向控制的原理，首先需要計算機器在工作中的實際偏差與目標航線的偏差，以此來作為自適應PD控制器輸入，通過對速度進行在線整合，來實現對系統參數的獲取，并輸出轉向輪的數據偏角。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，操縱控制器通過數據的輸入，可以實現對轉向機構的執行動作的合理規劃，實現期望轉角的數值，以此來達到有效控制的目的[3]。

4 結語

本文首先介紹了轉向控制系統的組成，并根據輪式農業機械自動轉向控制系統技術對控制系統的仿真技術和轉向控制的方法進行深入的探究，從而得出輪式農業機械和速度自適應PD控制方法作為輪式農業機械自動轉向系統是可行的，可以用作控制系統設置的基礎，為轉向控制系統的使用提供了穩定性。

[1]趙建東.基于東方紅SG-250拖拉機電控液壓轉向系統研究[D].南京農業大學,2012.

[2]魏少東.基于GPS和慣性導航的果園機械導航系統研究[D].西北農林科技大學,2013.

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

單力（1960-），男，漢族，籍貫吉林遼源，高級工程師職稱，大學本科，研究方向：農業機械。