一种拖拉机导航用液压转向控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种拖拉机导航用液压转向控制系统及控制方法，包括转向控制器，其特征是：所述转向控制器分别连接转角检测模块、电源模块、输出控制模块、电压检测模块、报警及紧急处理模块和串口通信模块，输出控制模块还分别与电源模块、电压检测模块和电磁比例换向阀连接。本发明专利技术通过设有电压检测模块和转角检测模块，分别对转向控制器的输出电压和车轮转角进行实时检测，实现闭环控制，采用改进史密斯预估控制方法设计电压伺服控制器和抗扰动控制器，能够使车轮转角精确、稳定跟踪电压设定值，系统具有集成度高、与上位机连接方便、控制精准等优点，可满足拖拉机导航液压转向控制要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及拖拉机自动导航领域，具体地讲，涉及一种拖拉机导航用液压转向控制系统及控制方法。
技术介绍
农机自动导航技术是精细农业的一项重要技术，拖拉机自动导航是农业现代化的重要基础，实现拖拉机自动导航可以让农业作业者降低工作强度，避免繁重的驾驶劳动，并且能显著地提高农机的作业精度，提高农田的土地利用率，降低生产成本，提高产量。目前,国内外关于农用拖拉机自动导航技术的研究较多,但研究热点大多集中在定位方法和导航控制方法上。如授权号101833334A的专利技术专利公开了一种拖拉机自动导航控制系统及其方法，申请号为104656647A的专利技术专利公开了一种低矮作物田间自走拖拉机导航控制系统，申请号为201210379655.5的专利技术专利公开了一种机动车转向控制装置及方法，通过转向连杆和电机实现转向控制。但是，对实现拖拉机自动导航的液压转向系统的研究则相对较少。因拖拉机液压转向系统是拖拉机自动导航的关键技术之一，它对拖拉机实现精确的路径跟踪效果会产生重大的影响，并且液压转向系统的性能及对液压系统的控制方法将直接关系拖拉机自动转向的稳定性和可靠性。现有的拖拉机自动导航液压转向系统多采用PWM脉冲控制或电压控制，但往往都是开环控制，没有对输出脉冲或电压进行检测，导致输出失控的现象发生。另外，液压阀存在向左向右的最大行程，当液压阀运行至最大行程时不加以控制，则会损坏阀体。同时，拖拉机液压转向系统和车轮容易受到工作环境的影响，采用常规控制方法和PID方法抗干扰能力低，转向系统在受到干扰后容易产生振荡和发散现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种拖拉机导航用液压转向控制系统及控制方法，实现液压转向系统良好的伺服跟踪能力和抗干扰能力。本专利技术采用如下技术方案实现专利技术目的：一种拖拉机导航用液压转向控制系统，包括转向控制器，其特征在于：所述转向控制器分别连接转角检测模块、电源模块、输出控制模块、电压检测模块、报警及紧急处理模块和串口通信模块；输出控制模块连接电源模块、电压检测模块和电磁比例换向阀；电压检测模块分别与输出控制模块和转向控制器电连接。本技术方案设有电压检测模块，转向控制器会实时对输出电压进行检测，不会出现输出失控现象，并且能够将测得的输出电压用作反馈信号，提高控制效果；另外，本技术方案还设有报警及紧急处理模块，能够在液压阀运行至最大位置时发出报警信息并启动相应的紧急响应动作，使换向阀回归中心位置，避免当液压阀运行至最大行程处而不加以控制仍然加同向的控制信号则容易损坏液压阀体。作为对本技术方案的进一步限定：报警及紧急处理模块与转向控制器电连接。转向控制器采用飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAL。转角检测模块由线位移传感器HPS-M1和信号调理电路组成。电源模块由产生24V电压芯片LT4356IS、产生5V电压芯片LM7805、产生正负15电压芯片MD20-12D15、产生10V电压芯片AD581及外围电路组成。输出控制模块由D/A转换芯片DAC0832、运算放大器LM358N及外围电路组成。电压检测模块由运算放大器AD741和外围电路组成。通过设计电压检测模块，能够对换向阀控制模块的输出电压实施闭环控制，通过实时检测输出电压，避免输出电压失控现象发生。报警及紧急处理模块由喇叭、发光灯、光耦和继电器等组成。报警和紧急处理模块能够在液压阀运行至最大位置时发出报警信息并启动相应的紧急响应动作。串口通信模块由串口通信芯片MAX232芯片及其外围电路组成。转向控制系统采用改进史密斯预估控制方法进行设计，由输出控制电压设定值U(S)、电压设定值滤波器L(S)、电压伺服控制器C(S)、转向系统G(S)、车轮转角反馈A(S)、抗扰动控制器D(S)和转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)和转向系统辨识模型的延迟环节E(S)组成。其中输出控制电压设定值U(S)与电压设定值滤波器L(S)的输入端连接,电压设定值滤波器L(S)的输出端与电压伺服控制器C(S)的正向输入端连接，电压伺服控制器C(S)的输出端与转向系统G(S)的正向输入端连接，转向系统G(S)的输出端与车轮转角反馈A(S)的输入端连接，车轮转角反馈A(S)的输出端与抗扰动控制器D(S)的正向输入端连接,抗扰动控制器D(S)的输出端与转向系统G(S)的反向输入端连接；同时，电压伺服控制器C(S)的输出端与转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)的输入端连接，转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)的输出端与转向系统辨识模型的延迟环节E(S)的输入端连接，转向系统辨识模型的延迟环节E(S)的输出端与抗扰动控制器D(S)的反向输入端连接，转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)的输出端与电压伺服控制器C(S)的反向输入端连接。作为对本技术方案的进一步限定，所述转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)＝k/s(τs+1)，其中k为转向系统辨识模型的增益，k＝22.7，τ为转向系统辨识模型时间常数，τ＝0.05；所述转向系统辨识模型的延迟环节E(S)＝e-θs，θ为转向系统辨识模型的延迟时间，θ＝0.12。作为对本技术方案的进一步限定，所述电压伺服控制器C(S)设计为PID形式其中Ck为电压伺服控制器的比例项系数，Cτi为电压伺服控制器的积分项系数，Cτd为电压伺服控制器的微分项系数；所述抗扰动控制器D(S)设计为串联一滤波器的PID形式其中Dk为抗扰动控制器的比例项系数，Dτi为抗扰动控制器的积分项系数，Dτd为抗扰动控制器的微分项系数，a，b为所述超前滞后滤波器参数；所述电压设定值滤波器L(S)设计形式为L(S)＝1/(l2s2+l1s+1)，其中l2，l1为电压设定值滤波器参数。本专利技术技术方案的有益效果：1、电压检测模块，使转向控制器会实时对输出电压进行检测，不会出现输出失控现象，并且能够将测得的输出电压用作反馈信号，提高控制效果。2、通过设有电压检测模块和转角检测模块，分别对转向控制器的输出电压和车轮转角进行检测，实现闭环控制，提高跟踪性能。3、从控制方法上：采用改进史密斯预估控制方法设计电压伺服控制器和抗扰动控制器，在液压转向系统和车轮受到干扰时，能使干扰对设定值的影响降到最小，并且在干扰消除后系统能迅速跟踪设定值，而不会出现发散和失控现象。4、报警和紧急处理模块能够在液压阀运行至最大或当曲线路径弯度过大时发出报警信息并启动相应的紧急响应动作，确保液压阀不受损，提高拖拉机作业安全性能。附图说明图1为本专利技术的原理框图。图2为本专利技术所采用的控制方法结构示意图。图3为本专利技术的电压检测模块的电路原理图。图4为本专利技术的转角检测模块的电路原理图。图5为本专利技术的输出控制模块的电路原理图。图6为本专利技术的车轮转角与设定电压的伺服性能仿真效果图。图7为本专利技术的车轮转角与设定电压的抗扰动性能仿真效果图。附图标记说明：1－转角检测模块；2－报警及紧急处理模块；3－转向控制器；4－电源模块；5－串口通信模块；6－输出控制模块；7－电磁比例换向阀；8－电压检测模块。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拖拉机导航用液压转向控制系统，包括转向控制器，其特征在于：所述转向控制器分别连接转角检测模块、电源模块、输出控制模块、电压检测模块、报警及紧急处理模块和串口通信模块，输出控制模块还与电源模块、电压检测模块和电磁比例换向阀连接；所述电压检测模块分别与输出控制模块和转向控制器电连接；报警及紧急处理模块与转向控制器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种拖拉机导航用液压转向控制系统，包括转向控制器，其特征在于：所述转向控制器分别连接转角检测模块、电源模块、输出控制模块、电压检测模块、报警及紧急处理模块和串口通信模块，输出控制模块还与电源模块、电压检测模块和电磁比例换向阀连接；所述电压检测模块分别与输出控制模块和转向控制器电连接；报警及紧急处理模块与转向控制器电连接。2.根据权利要求1所述拖拉机导航用液压转向控制系统，其特征在于：所述转向控制器包括输出控制电压设定值U(S)、电压设定值滤波器L(S)、电压伺服控制器C(S)、转向系统G(S)、车轮转角反馈A(S)、抗扰动控制器D(S)和转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)和转向系统辨识模型的延迟环节E(S)；输出控制电压设定值U(S)与电压设定值滤波器L(S)的输入端连接,电压设定值滤波器L(S)的输出端与电压伺服控制器C(S)的正向输入端连接，电压伺服控制器C(S)的输出端与转向系统G(S)的正向输入端连接，转向系统G(S)的输出端与车轮转角反馈A(S)的输入端连接，车轮转角反馈A(S)的输出端与抗扰动控制器D(S)的正向输入端连接,抗扰动控制器D(S)的输出端与转向系统G(S)的反向输入端连接；同时，电压伺服控制器C(S)的输出端与转向系统辨识模型的非延迟环节G0(S)的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹成强，孙群，高洁，武健，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东;37