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设施农业机械的自动导航控制系统研究

姚燚  
【摘要】:设施农用机械的自动导航技术的运用,让移动机器人代替农民进行单调乏味的田间作业,可以有效提高农业机械的生产效率、作业精度以及使用安全性,同时也能够减少人力、物力和财力。农用机械的自动导航控制系统的原理是在完全没有人参与的情况下,通过安装在农用机械上的传感器,感知周围环境的信息,由事先给定的目标路径,通过导航控制器决策,控制农业机械自动跟踪目标路径。本文选用基于ZigBee技术的导航定位方法,分别对ZigBee导航定位和路径跟踪控制方法及转向控制系统进行了仿真及试验研究。本文主要做了以下研究:(1)对ZigBee的测距原理以及误差进行了分析,设计了一阶滤波器对RSSI信号做静态滤波以及异常点剔除处理;通过实验获取真实环境下的RSSI信号的路径衰减模型(RSSI和距离的映射关系),并通过卡尔曼滤波器对距离量进行动态预估,得到距离的最优估计值。(2)分析了基于测距的定位方式,最终选择了通过两个基节点的两边测量法来实现定位。根据两边测量法的原理,设计了合适的坐标定位的计算方法以及基节点在平面二维空间中的布局方案。最后提出了冗余定位的方案,以及两组定位坐标融合的方法,从而进一步提高了定位精度。(3)设计了一个基于PID的转向控制系统,并通过转向台架,整定了PID参数,转向系统获得了较好的转向跟随性能。建立了基于模糊理论的路径跟踪控制器,以定位坐标和航向角为控制器的输入变量,前轮转角的修正量为控制器的输出变量。并在Matlab环境中通过编写M脚本文件对其进行研究与仿真分析,验证了算法的可靠性。(4)最后以Visual Studio为开发环境,设计了对路径跟踪系统的控制与监控功能软件,并进行路径跟踪系统实验,实验数据表明,基于ZigBee的导航系统具有较好的定位精度,转向系统同时也具有可靠的跟随性能,能够满足设施农业机械的自动导航控制系统的要求。


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