丘陵山地变轨距动力平台控制系统研究.pdfVIP

摘要

丘陵山地变轨距动力平台行驶作业环境复杂，主要存在丘区坡耕地地势落差大、农

作物种植农艺要求多样、田间道路通过性较差等问题，势必会导致其操作复杂，甚至难

以进行操作。为了简化操作并提高自动化水平，本文针对丘陵山地变轨距动力平台在不

同坡度、不同农艺、不同道路时的行驶作业情况，分别提出越野控制模式、农艺优先控

制模式、道路优先控制模式，并制定相应的控制策略，开展基于无线遥控的变轨距动力

平台控制系统研究，实现变轨距动力平台在纵横坡不同坡度时的坡地自适应性，不同种

植农艺时的农艺适应性，不同道路环境时的高通过性。本文主要研究工作和相关结论如

下：

（1）确定了丘陵山地变轨距动力平台控制系统的总体设计方案。根据丘陵山地变

轨距动力平台的机械结构方案与车身姿态对应液压推杆伸长量关系，得到了坡耕地坡度

与控制系统关键控制元件调节范围之间的函数关系。再根据丘陵山地行驶作业实际需求，

提出了动力平台控制系统开发目标，并对动力平台控制系统软硬件进行了总体方案设计

与主要硬件选型，确定无线通信方案。

（2）分析了丘陵山地动力平台作业工况，提出针对作业工况的三种控制模式。为保

证动力平台在丘区的通过性、适应性、安全性制定了不同模式下具体的控制策略。提出

了一种基于模糊PID的控制算法对液压推杆行程位移进行控制，为验证算法可靠性对动

力平台变轨距执行机构建立数学模型，通过MATLAB软件中的Simulink工具箱搭建常

规PID算法与模糊PID控制算法控制仿真，结果表明模糊PID控制算法在变轨距控制

系统中超调小，响应迅速，能满足变轨距动力平台控制需要。

（3）完成了丘陵山地变轨距动力平台控制系统的软硬件设计。根据总体设计方案，

完成了多传感器信号采集电路、电源电路、倾角信号处理电路、电机驱动控制电路、模

拟量输出电路等电路设计。在硬件基础上，进行控制系统软件的设计，包括了无线通信

功能实现、越野模式下横坡自动调平纵坡自动适应坡度功能实现、行走控制实现。

（4）在控制系统各个部分设计完成后，对丘陵山地变轨距动力平台控制系统进行

了试验。试验结果表明：无线通信延迟在15ms左右，能实现数据的稳定传输；在遮蔽

物较多的林地有效通信距离为74m；测试控制系统信号输出均正常；越野模式时，其横

向自动调平后平均误差为0.6°，在设计误差精度2°以内，平均调平时间1.4s。纵向重

心自适应调整平均用时1.5s，推杆伸长量最大误差2.9mm。综合试验结果表明丘陵山地

变轨距动力平台控制系统能够实现预期设计要求。

关键词：丘陵山地；动力平台；变轨距姿态调整；控制系统

Abstract

Thedrivingenvironmentofthevariablegaugepowerplatforminhillyandmountainous

areasiscomplex.Therearemainlyproblemssuchaslargeterraindropofslopingfarmlandin

hillyareas,diverseagronomicrequirementsforcropplanting,andpoorfieldroadtrafficability,

whichwillinevitablyleadtocomplicatedoperationandevendifficultoperation.Inorderto

simplifytheoperationandimprovethelevelofautomation,aimingattheadaptabilityofthe

variablegaugepowerplatformindifferentslopes,differentagronomyanddifferentroadsin

hillyandmountainousareas,thispaperputsforwardtheoff-roadcontrolmode,theagronomy

prioritycontrolmodeandtheroadprioritycontrol