[發明專利]液壓式農機自動轉向控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201210578890.5
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103895698A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 胡靜濤;高雷;遲浩東;白曉平;王鶴;李逃昌;劉曉光
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B62D5/06
• 分類號: B62D5/06;B62D6/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術領域

本發明涉及農機導航控制技術領域，尤其是應用于農機液壓式轉向系統的自動轉向控制裝置及控制方法。

背景技術

隨著精準農業技術的推廣，農機導航控制技術在農業領域中的應用越來越廣泛。作為農機導航控制系統的基礎，農機自動轉向技術的具有較高的重要性。目前大中型農機大多使用液壓轉向系統，無論是出廠時帶有的、或出廠后改造的農機自動轉向接口，大多為電控液壓閥形式，且基本都包括比例換向閥和電磁開關閥。通常對農機的控制方式，多為通過模擬電壓信號對液壓轉向系統中的比例閥進行控制，且使用的控制方法多為PID控制方法中的比例控制。

模擬電壓信號容易受到傳輸線阻抗影響，而且，即使控制電壓在傳輸到比例換向閥的放大器之前產生了較大的壓降，轉向控制器通常無法獲得反饋或者需要加入額外電路才能獲得反饋。這在轉向控制系統中引入了額外的干擾因素，降低了轉向控制精度。由于液壓轉向系統自身存在死區、飽和以及不對稱的特性，所以使用比例方式進行轉向控制時，難以實現左轉和右轉的控制效果都達到很高精度。

發明內容

為了解決傳統電壓式控制帶來的壓降誤差和比例式控制方法對液壓轉向系統不對稱特性處理的局限性，本發明提出了一種采用電流型控制信號的液壓式農機自動轉向控制裝置及控制方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：液壓式農機自動轉向控制裝置，包括：相互連接控制器和液壓驅動模塊；

控制器：接收與其連接的上位機的命令，并通過對液壓驅動模塊的控制進而控制農機自動轉向；

液壓驅動模塊：與農機原轉向器、轉向油缸、油泵、油箱連接；接收控制器的控制信號進行手動/自動轉向油路切換：即應用農機原轉向器手動轉向或者通過比例換向閥改變轉向油缸內的液壓油的流向、流量實現農機的自動轉向。

所述液壓驅動模塊包括電磁開關閥、比例換向閥和減壓閥；電磁開關閥為三個兩位三通的電磁開關閥A、B、C；電磁開關閥A的常閉端口和農機原轉向器的P口連接，常開端口與比例換向閥的P口連接，公共端口與油泵的輸出連接；電磁開關閥B的常閉端口和農機原轉向器的A口連接，常開端口與比例換向閥的A口連接，公共端口與轉向油缸的A口連接；電磁開關閥C的常閉端口和農機原轉向器的B口連接，常開端口與比例換向閥的B口連接，公共端口與轉向油缸的B口連接；減壓閥與油泵的輸出端連接。

所述控制器包括：處理器與CAN通信模塊、電磁開關閥控制模塊、比例換向閥控制模塊、緊急開關檢測模塊連接；緊急開關檢測模塊通過緊急開關與電源連接；電磁開關閥控制模塊與液壓驅動模塊的電磁開關閥連接；比例換向閥控制模塊與液壓驅動模塊的比例換向閥連接。

所述電磁開關閥控制模塊包括順序連接的達林頓晶體管、繼電器；達林頓晶體管的輸入端與處理器連接，輸出端與繼電器的線圈控制端連接，繼電器的兩個觸點分別連接電源和電磁開關閥的線圈控制端。

所述比例換向閥控制模塊包括：兩個數字隔離芯片分別與兩個電流源數模轉換芯片順序連接；數字隔離芯片與處理器連接，電流源數模轉換芯片通過電流輸入放大器與比例換向閥的兩個電磁鐵連接。

所述緊急開關檢測模塊包括：串聯的達林頓晶體管A和靜電放電保護芯片；達林頓晶體管A輸出端與處理器的中斷引腳連接，該輸出端連有上拉電阻；靜電放電保護芯片輸入端通過手動開關與電源連接。

液壓式農機自動轉向控制方法，包括以下步驟：

控制器接收上位機的開始命令，控制液壓驅動模塊內的電磁開關閥閉合使農機切換為自動轉向模式；

控制器根據轉向角度設定命令中的角度設定值以及來自傳感器的轉向角度測量值、農機速度測量值進行自適應模糊PID控制；得到的流向和流量的控制量輸出至控制液壓驅動模塊的比例換向閥實現自動轉向控制；

控制器接收上位機的轉向停止命令，控制液壓驅動模塊內的電磁開關閥斷開使農機切換為手動轉向模式，結束自動轉向控制。

所述進行自適應模糊PID控制包括以下步驟：

將轉向角度設定值θk)與轉向角度測量值y(k)的差值e(k)和農機速度測量值v(k)作為自適應模糊控制器的輸入，通過自適應模糊控制得到PID控制器的比例參數k_p、積分參數k_i、微分參數k_d輸出至PID控制器；

PID控制器根據輸入的e(k)得到控制量P(k)，P(k)轉換成為電流控制信號控制放大器，通過控制比例換向閥的導通方向和流量大小，從而控制農機轉向的方向和速度。