[發(fā)明專利]一種拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810709589.0
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN109283923A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳凡;馬林;朱立強(qiáng);朱捷;劉天一;曾迪暉;楊業(yè)
• 申請（專利權(quán)）人: 清博（昆山）智能科技有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 上海天翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 劉常寶

本發(fā)明公開了一種拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模系統(tǒng)，所建模型系統(tǒng)包括期望轉(zhuǎn)角決策模塊，航向角控制器，角速率控制器，電流至前輪轉(zhuǎn)角模型，前輪轉(zhuǎn)角至航向角模型，以及航向角至車輛位置模型。其中，期望轉(zhuǎn)角決策模塊利用指令航向角與橫向位置偏差相結(jié)合的方式生成期望轉(zhuǎn)角的控制指令。航向角控制器采用比例?積分控制算法，角速度控制器利用比例控制算法。電流至前輪轉(zhuǎn)角模型中包含了電磁閥的死區(qū)特性模型。前輪轉(zhuǎn)角至航向角的模型中包含了車速及車身長度等信息。本發(fā)明提供的方案可以大大節(jié)省自動駕駛系統(tǒng)的控制算法開發(fā)時(shí)間，有助于提升系統(tǒng)開發(fā)的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動控制技術(shù)，具體涉及拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模與控制方案。

背景技術(shù)

如今越來越多的拖拉機(jī)已經(jīng)集成或者加裝了自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)，用于在起壟、播種、植保等不同的田間作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的自動駕駛與轉(zhuǎn)向，從而保證理想的作業(yè)效果。

然而，在拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的研發(fā)過程中，如果不對自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行充分建模，則其控制算法的參數(shù)只能通過在實(shí)際的自動駕駛實(shí)驗(yàn)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人為調(diào)試。這樣會導(dǎo)致調(diào)試效率低下，不容易實(shí)現(xiàn)理想的控制效果，并且較難找到影響控制效果的因素。市面上還缺少一套較為完整通用的拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的理論仿真模型，用于自動轉(zhuǎn)向控制算法的仿真與調(diào)試。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前市場上所存在上述的問題，需要一種較為完善的拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的理論模型來實(shí)現(xiàn)對控制算法較為方便的驗(yàn)證方案。

為此，本發(fā)明所要解決的問題是提供一種拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供的拖拉機(jī)自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的建模系統(tǒng)，包括：

期望轉(zhuǎn)角決策程序模塊，首先根據(jù)期望路徑計(jì)算出拖拉機(jī)的期望航向軌跡角，接著結(jié)合拖拉機(jī)的實(shí)際位置(x,y)，計(jì)算出拖拉機(jī)當(dāng)前位置與期望行駛軌跡之間的垂向距離，即橫向位置偏差；通過該橫向位置偏差與40m的比值求出航向偏差角；最后將期望航向軌跡角與航向偏差角之和作為航向角控制指令輸出至航向角控制器程序模塊；

航向角控制器，根據(jù)期望轉(zhuǎn)角決策程序模塊輸出的航向角控制指令結(jié)合拖拉機(jī)的實(shí)際航向角計(jì)算出航向角速率指令，并輸出至角速率控制器；

角速率控制器，根據(jù)航向角控制器輸出的航向角速率指令結(jié)合拖拉機(jī)的實(shí)際向角速率計(jì)算出指令電流值，并輸出至電流至前輪轉(zhuǎn)角程序模型；

電流至前輪轉(zhuǎn)角程序模型，根據(jù)角速率控制器輸出的指令電流值，計(jì)算出拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)角值，并輸出至前輪轉(zhuǎn)角至航向角程序模型；

前輪轉(zhuǎn)角至航向角程序模型，根據(jù)電流至前輪轉(zhuǎn)角程序模型輸出的拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)角值計(jì)算出拖拉機(jī)的實(shí)際航向角和拖拉機(jī)的實(shí)際航向角速率，并將拖拉機(jī)的實(shí)際航向角傳至航向角控制器和航向角至車輛位置程序模型，將拖拉機(jī)的實(shí)際航向角速率輸出至角速率控制器；

航向角至車輛位置程序模型，根據(jù)前輪轉(zhuǎn)角至航向角程序模型輸出的拖拉機(jī)的實(shí)際航向角計(jì)算出拖拉機(jī)當(dāng)前的相對位置坐標(biāo)(x,y)，并輸出至期望轉(zhuǎn)角決策程序模塊。

進(jìn)一步的，所述航向角控制器采用比例-積分控制方法對拖拉機(jī)行駛過程中的航向角進(jìn)行控制，所述比例-積分控制方法通過如下計(jì)算公式來實(shí)現(xiàn)：

其中，為航向角控制器所計(jì)算出的航向角速率指令，k_p，k_i分別為比例控制參數(shù)與積分控制參數(shù)，θ為拖拉機(jī)的實(shí)際航向角。

進(jìn)一步的，所述角速度控制器利用比例控制算法對拖拉機(jī)行駛過程中的航向角速率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過如下計(jì)算公式來實(shí)現(xiàn)：