在我国的农业生产中,历来都是以人工作业为主,作业效率低、成本高、劳动需求量大等问题长期困扰着人们。随着社会的不断进步,当人们对作业质量和作业效率有了更高地要求时,农业机械化技术使农业生产方式发生了巨大变化。拖拉机作为主要农具之一,可以实现播种、耕作、垄地、收割、运输、施肥以及喷洒农药等功能,搭载自动导航系统的拖拉机既可以减轻人工的劳动强度,又可以提高作业效率,因此拖拉机自动导航系统显得尤为重要。拖拉机自动导航系统的关键技术主要包括定位技术,传感器技术,路径规划,导航控制技术,自动转向技术和通信技术等等。本文的主要研究内容为拖拉机自动导航系统中路径跟踪控制技术,主要包括导航系统和自动转向系统两大部分。主要研究工作包括以下几个方面:1.搭建拖拉机自动导航系统试验平台,包括双力SL704型拖拉机,北斗双天线定位系统,信号接收装置;分析拖拉机基于电机转向的优点,针对拖拉机自动转向系统的需求,对扭矩传感器、转向电机、角度传感器进行选型,完成拖拉机电机自动转向系统的硬件改造;最后确定路径跟踪控制系统的总体方案,导航控制系统采用滑模控制方法,自动转向系统采用基于史密斯预估结构的PID控制方法。2.为使拖拉机获得期望的前轮转角,考虑拖拉机的实际工作环境,建立拖拉机二自由度模型;分析滑模控制方法的优势,基于滑模控制理论设计了导航控制器,以横向偏差作为控制器的输入,前轮转角作为控制器的输出;为解决滑模控制中固有的抖动,提高转向电机使用寿命,基于滑模控制理论设计了带自适应趋近律的导航控制器;利用Matlab/Simulink仿真软件进行仿真试验。3.为使拖拉机能够快速跟踪到期望的前轮转角,分析基于电机的自动转向系统的工作原理,建立了转向系统的模型,并进行了硬件系统设计,包括单片机选型,扭矩检测电路,继电器控制电路,驱动电路,电流检测电路,通信电路,角度检测电路,完成了PCB电路板设计;设计基于改进的史密斯预估结构的自动转向控制器,包括转向跟踪控制器和抗干扰控制器,它们皆为同一结构的内模PID形式;为验证控制器的性能,通过Matlab/Simulink仿真平台搭建了仿真模型,分别以正弦信号和方波信号作为控制器的输入,分析控制器的跟踪性、抗干扰性及鲁棒性,由仿真结果可以看出,基于改进的史密斯预估结构的自动转向控制器可以使拖拉机跟踪到期望的前轮转角,设计的自动转向控制器可以满足拖拉机自动导航对转向控制的精度要求。导航控制系统和自动转向系统作为拖拉机自动导航系统中的两大关键技术,对拖拉机作业过程中的路径跟踪具有至关重要的作用。论文对两个系统进行大量联合仿真试验,仿真结果充分表明,基于自适应趋近律的滑模导航控制器和PID转向控制器可以保证拖拉机按照期望的轨迹行驶,其最大横向偏差不超过0.005m,最大横摆角不超过0.3°。