拖拉机作业辅助导航系统硬件在环仿真测试平台设计

【摘要】：拖拉机作业辅助导航技术及其装备开发应用是当前智能化农业的主要研究课题。拖拉机作业工况具有复杂性和多样性的特点,为了提高农事作业的质量,需要导航系统应对复杂实际应用工况。在导航系统开发过程中需要有一个快速调试和测试的硬件在环平台,以提高开发和试验效率。本文基于国家自然科学基金项目资助,集成开发拖拉机作业辅助导航系统硬件在环测试平台,研究具有重要的理论和实际应用价值。论文主要工作如下:(1)综合拖拉机作业导航需求、课题组拖拉机导航系统样机和国内外硬件在环测试平台研究文献,确定了拖拉机作业导航硬件在环测试平台功能及其架构。(2)进行了硬件在环仿真测试平台集成开发。对测试平台的转向系统、路感模拟装置和车轮转向角传感器等零部件进行了选型、布置和安装。转向系统选用了双十字轴式万向节,研究了其空间等速传递原理,对其在测试平台上的安装布置进行了仿真测试。选型了某汽车电动助力转向系统,基于其助力电机实现了对转向路感的模拟。基于型材设计了测试台架、转向限位装置和设备连接件。测试平台可以方便的进行室内、室外以及移动测试。(3)对组合传感器的串口通讯协议和转向电机的CAN通讯协议进行了剖析。对组合传感器和控制器之间的串口双向通讯数据进行截取,根据对组合传感器输入工况和控制器显示数据综合确定了通讯帧相应位置的数据含义。对转向电机控制输入的CAN信号进行截取,在控制器上设定典型工况路径,综合判定了 CAN信号数据帧的定义。(4)设计了基于LabVIEW的虚拟测试系统,该测试系统由数据采集器和软件两部分组成,数据采集器选型NI cRIO控制器及其C模块,软件基于LabVIEW开发环境编写。并进行了对组合传感器和转向电机的性能测试。试验结果表明:组合传感器在静态时具有高达2 cm的定位精度以及在动态时具有持续稳定的定位性能,转向电机具有较好的转向精度和响应时间以及高达4.3 N·m的堵转扭矩。本文设计开发了一种拖拉机作业辅助导航系统测试平台,并进行了相关基础研究,该平台可为后续拖拉机在不同复杂工况下的导航算法研究和低成本的导航系统开发提供有效手段。