[發明專利]液壓式農機自動轉向控制實驗平臺及實驗方法

有效

• 申請號: 201310639408.9
• 申請日: 2013-11-30
• 公開（公告）號: CN104677650A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 胡靜濤;高雷;王鶴;李逃昌
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01M17/06
• 分類號: G01M17/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及農機自動轉向控制、導航控制技術領域，尤其是用于進行液壓式農機自動轉向控制相關的轉向角度測量單元性能、轉向算法精度等方面研究分析的實驗平臺及實驗方法。

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，農機自動轉向控制技術具有很高的重要性。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，大多為由比例換向閥和電磁開關閥等構成的電控液壓閥組。通過控制電磁開關閥的開閉，可以實現手動轉向/自動轉向的切換；通過控制比例換向閥的方向和開度，可以實現對轉向方向及轉動快慢的控制。

在實現農機自動導航駕駛的過程中，要求轉向車輪的轉動過程平穩、快速，這需要轉向角度測量裝置具有較高的測量精度，并需要對轉向控制算法、傳感器數據處理方法等進行反復實驗及分析改進。傳統方式通常在實際車輛上進行上述實驗，不僅實驗過程較長、實驗環境較差，而且不易獲得精確的實驗效果測量數據。

發明內容

為了解決自動轉向控制實驗過程中進行實車實驗帶來的上述缺點，本發明提出了一種液壓式農機自動轉向控制實驗平臺及實驗方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種液壓式農機自動轉向控制實驗平臺，包括：

液壓轉向系統，由液壓站和農機轉向前橋構成與實際農機相同的手動液壓轉向系統，還包括轉向閥塊，并聯安裝在原農機轉向系統上，用于自動轉向模式下的轉向輪調節；

轉向控制器，包括自動轉向控制單元和轉向角度測量單元；所述轉向角度測量單元連接轉向油缸；所述自動轉向控制單元連接所述轉向閥塊、轉向角度測量單元和數據采集計算機；

實驗控制臺，包括液壓調控單元、高精度三軸陀螺儀、數據采集計算機和安裝支架；所述液壓調控單元連接液壓站；所述高精度三軸陀螺儀通過安裝支架安裝在轉向輪的主銷軸上；所述數據采集計算機連接所述高精度三軸陀螺儀，通過CAN總線連接所述自動轉向控制單元，用于采集和記錄所述高精度三軸陀螺儀的輸出數據，向所述自動轉向控制單元發送轉向控制指令和轉向角度數據。

所述轉向閥塊包括：

第一電磁開關閥，公共端口與液壓站的壓力輸出端口相連，常開端口與比例換向閥的壓力輸入端口相連，常閉端口與液壓轉向器的壓力輸入端口相連；

第二電磁開關閥，公共端口與轉向油缸的端口A相連，常開端口與比例換向閥的A端口相連，常閉端口與液壓轉向器的A端口相連；

第三電磁開關閥，公共端口與轉向油缸的端口B相連，常開端口與比例換向閥的B端口相連，常閉端口與液壓轉向器的B端口相連；

比例換向閥，壓力輸入端口與第一電磁開關閥的常開端口相連，回流端口與液壓站中的油箱相連，A端口與第二電磁開關閥的A端口相連，B端口與第二電磁開關閥的B端口相連；

安全閥，連接在液壓站的壓力輸出端口與回流入油箱的油路之間；

放大器，為兩個，輸入端均連接所述自動轉向控制單元的比例換向閥控制模塊，其中一個的輸出端連接所述比例換向閥的控制線圈A，另一個的輸出端連接所述比例換向閥的控制線圈B。

所述轉向角度測量單元包括角度測量傳感器、對應安裝配件及角度數據轉換模塊；角度測量傳感器包括直線位移傳感器、旋轉編碼器和角速度傳感器中的一種；角度數據轉換模塊能夠將不同類型的角度測量傳感器的輸出轉換為角度值，并發送到CAN總線上；所述角度測量傳感器的活動端與轉向油缸的活塞桿端固定相連、主體與轉向油缸的缸筒固定相連，通過檢測轉向油缸的伸縮長度，推算出轉向輪的轉動角度。

所述自動轉向控制單元以轉向角度測量單元作為轉向控制的傳感器，以轉向閥塊作為執行器，構成閉環的自動轉向控制系統，包括：

CAN通信模塊，與外部CAN總線相連，用于接收所述數據采集計算機發出的轉向控制指令和轉向角度測量單元發出的轉向角度數據；

32位處理器最小系統，由32位處理器及其外圍電路構成，連接CAN通信模塊；

電磁開關閥控制模塊，連接32位處理器最小系統和轉向閥塊，用于控制轉向閥塊中的電磁開關閥進行液壓轉向系統的手動/自動油路切換；

比例換向閥控制模塊，連接32位處理器最小系統和轉向閥塊，通過電壓輸入型放大器，控制轉向閥塊中的比例換向閥的流向與流量。

所述電磁開關閥控制模塊包括：

三組達林頓晶體管，連接32位處理器最小系統，用于對所述32位處理器最小系統的輸出信號反向并增加驅動能力后分別連接三個常開型繼電器的控制線圈上；