面向田间路径控制的轮式拖拉机辅助转向系统设计与验证OA

【目的】水稻田间作业如旱直播和插秧对农业机械的路径控制精度提出了更高要求。为满足水稻生产中对作业一致性和作物均匀性的需求,本研究设计了一种用于轮式拖拉机的转向辅助控制系统,辅助农机驾驶员在水稻田间作业时实现精确的路径跟踪控制。【方法】首先,我们通过驾驶模拟器测试数据构建了驾驶员转向模型,并结合轮式拖拉机的运动学模型,开发了一个融合驾驶员在环的整车控制模型。然后,采用多胞线性参数时变系统来描述模型中的不确定性,包括时变的驾驶员模型参数和车速。基于此模型,设计了一种输出反馈鲁棒控制器,以确保系统在由多面体空间描述的不确定性下的鲁棒稳定性,此外,还采用了区域极点配置方法来提高系统的瞬态响应性能。最后,通过驾驶员在环测试对设计控制器的性能进行评估。【结果】结果表明,该方法能够有效提升轮式拖拉机的路径跟踪性能,同时减轻驾驶员的身体和心理负担,在单次车道变更操作和复杂蛇形道路两种不同行驶工况下,路径跟踪最大横向偏差较PID控制算法可以分别降低66.7%和55.6%,而驾驶员的物理负荷可以分别降低26.86%和37.6%,精神负荷可以分别降低4.2%和31.3%。【结论】所提出控制方法为提升水稻等作物田间作业质量提供了技术支撑。