拖拉機自動轉向系統(tǒng)設計及仿真

目錄1.拖拉機自動轉向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀2.自動轉向系統(tǒng)工作原理3.自動轉向系統(tǒng)硬件設計4.電液比例自動轉向系統(tǒng)仿真5.結論1拖拉機自動轉向系統(tǒng)研究現(xiàn)狀1.1自動轉向常用控制方法1.2電控液壓自動轉向系統(tǒng)特點1.3本文設計基本思想1.1自動轉向常用控制方法

拖拉機作為農(nóng)機作業(yè)動力機械，要實現(xiàn)自動轉向，目前常用的控制方法包括電液控制和電機控制。電液控制一般采用加裝電控液壓閥，響應電信號實現(xiàn)自動轉向，該系統(tǒng)具有控制功率大和響應速度快等特點，因而廣泛應用于農(nóng)田作業(yè)機械自動導航作業(yè)中。1.2電控液壓自動轉向系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)具有轉向力矩大，控制簡單，精度高，響應速度快，可移植性強，且能方便快捷實現(xiàn)人工與自動駕駛的切換。此系統(tǒng)廣泛應用于新疆生產(chǎn)建設兵團播種作業(yè)的TN654拖拉機。1.3本文設計基本思想

本設計是在拖拉機原有轉向系統(tǒng)的基礎上，通過加裝由比例方向閥，電磁換向閥，三通邏輯閥及平衡閥組成的液壓單元，采用LM3S5749為控制板,比例閥放大器,前輪轉角傳感器和壓力傳感器組成電控單元(ECU），實現(xiàn)可以響應自動控制信號的自動轉向。2自動轉向系統(tǒng)工作原理2.1工作原理圖2.2運行流程圖3自動轉向系統(tǒng)硬件設計3.1液壓系統(tǒng)設計3.2控制系統(tǒng)設計

其中，6N137(光電耦合器)起到隔離作用，保護控制器不受外部干擾的影響，確保微控制器可靠工作;三極管放大光電耦合器輸出的電流，控制繼電器;電路通過反接的1N4007(二極管)，來防止繼電器線圈的感應電動勢擊穿三極管的集射極;發(fā)光二極管用來指示電磁閥的工作狀態(tài)，二極管亮，電磁閥換向。3.3PD雙通道控制算法設計

根據(jù)自動轉向控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和功能，綜合拖拉機行執(zhí)行機構存在誤差和比例閥的死區(qū)#遲滯等系統(tǒng)特性，本設計選用基于PID的PD控制算法為自動轉向控制系統(tǒng)控制方法。帶死區(qū)補償?shù)腜D控制能避免頻繁轉向，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其中，K(比例)控制根據(jù)目標轉角與當前前輪轉角的偏差計算控制比例閥閥芯開度的控制電壓值;W(微分)控制用來修正步進脈沖頻率值，減小超調(diào)現(xiàn)象。3.4系統(tǒng)集成設計

集成方案連線圖如下：4電液比例自動轉向系統(tǒng)仿真4.1系統(tǒng)數(shù)學模型建立

其中，Kθ為轉向機構增益，G為輸入為電壓輸出為前輪轉角的電液比例自動轉向系統(tǒng)傳遞函數(shù)。4.2仿真實驗與分析在Matlab中利用Simulink控制工具箱進行仿真。自動轉向系統(tǒng)控制框圖模型：結果分析：1）2v階躍信號響應2）6v階躍信號響應

3）分析如下

在不進行PD調(diào)整時系統(tǒng)能響應階躍信號但進入平衡時間較長,均出現(xiàn)不同程度超調(diào)的現(xiàn)象,且輸入信號越大，超調(diào)量越大;經(jīng)PD調(diào)整后，系統(tǒng)超調(diào)量得到有效控制,且更快接近平衡位置，大幅度提高控制響應精度;輸入信號較小的情況下，系統(tǒng)存在一定的遲滯，遲滯時間約0.24s;系統(tǒng)在1.8s內(nèi)均能達到平衡點。仿真結果表明，系統(tǒng)設計合理，控制精度精度高，響應快，符合自動導航需求。5結論

通過加裝采取電液比例控制的轉向系統(tǒng)改造方案，將原車轉向系統(tǒng)改造成能執(zhí)行程序控制的自動轉向系統(tǒng)。該方案控制簡單，輸出轉矩大，系統(tǒng)魯棒性強，對原系統(tǒng)影響?。环奖憧旖輰崿F(xiàn)人工-