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本文以田间信息采集平台为研究对象,通过设计速度控制器、导航跟踪控制器以及数据采集系统实现了信息采集平台在田间自主行走和信息采集。本研究需要解决两个关键问题,一是保持行走速度的恒定,二是采集平台按照既定路径自动跟踪作业。控制系统采用GPS/北斗定位模块、电子罗盘、旋转编码器和角度传感器对采集平台进行状态信息的获取,在此基础上设计了路径跟踪模糊控制算法和PID速度控制器。并开展了定速导航路径跟踪和信息采集试验。具体研究内容如下: (1)构建了速度控制器硬件系统(包括横向纠偏与纵向定速行走的速度控制系统)。本文以低精度GPS/北斗双模块、三维电子罗盘、旋转编码器、角度传感器和STM32F4单片机构建了速度控制硬件系统。以STM32F4单片机为控制中心,采用多个传感器包括低精度的BN-280系列-GPS/北斗双定位模块、DCM260B-485型三维电子罗盘、DWQT-V10-70-Φ38-II-G型旋转编码器和HES-1024-2MHT型角度传感器分别获取了信息采集平台的位置、航向、速度和转向轮转向角信息,作为速度控制系统的输入,经控制器计算后输出电压信号和脉冲频率信号,通过电液比例阀驱动器和步进电机驱动器控制电液比例阀的阀口开度和步进电机转速,达到车体行走速度和航向的控制,以满足田间信息采集的作业需要。 (2)提出了采用三个低精度GPS/北斗定位模块进行数据融合获得高于单个模块车体定位精度的方法。为获取更准确的位置信息,将三个低精度的GPS/北斗定位模块以边长1m的等边三角形方式放置,将同时得到的3个模块定位数据求均值作为等边三角形中心点的定位数据。该数据融合的方法降低了GPS/北斗接收模块的随机定位误差,将静态圆概率定位精度从2.0m提高到了1.5m。 (3)设计了一种横向纠偏与纵向定速行走的速度控制器。速度控制器由横向纠偏的模糊控制器和纵向定速的PID控制器组成。该速度控制器可完成采集平台状态信息的采集和处理,通过横向纠偏模糊控制器给出转向轮转角信息,以控制执行机构使车辆跟踪目标直线,同时利用PID控制器控制输出电压使得车体保持恒定的速度行驶,最终实现了采集平台按照规划的路径自主定速行走。 (4)开展了速度控制器的路面试验、田间试验以及空间位置信息采集试验。结果表明:采集平台能按照规划的路径行走,在设定速度0.4m/s时,纵向速度稳态误差小于7%,在外界扰动下响应调节时间小于6s;路面试验时初始横向偏距分别为1.4m、2m和2.5m时,跟踪直线平均偏差均小于0.3m,纠偏控制效果良好;田间试验时平均横向偏差小于0.41m,满足农业田间信息采集的需要。该速度控制系统实现了信息采集平台在田间的定速直线跟踪,在此基础上实现了田间矩形路径跟踪同时自动采集了当前的空间位置信息和温度信息。本文的研究为农业信息采集平台高效智能化作业提供了技术参考,降低了导航作业成本,对农用轮式车辆智能化在农业领域的推广提供一种可行的方法。