一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供了一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，该方法包括：获取植保机工作参考路径，经离散化处理，得到植保机工作参考路径点集；基于植保机的当前位置和航向角，预测设定时间后植保机的预测点；查找所述预测点在所述参考路径点集中对应的投影点；计算预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差；将所述预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差转换成合成误差；基于所述合成误差，采用PID控制器，得到期望前轮转角。得到期望前轮转角。得到期望前轮转角。

【技术实现步骤摘要】
一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于无人驾驶农业机械车辆路径跟踪领域，具体涉及一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]大型植保机的横向控制是实现其无人驾驶农机的关键技术，路径跟踪是使植保机在无人驾驶的情况下能够按照预定的工作路径行驶，通过自主转向来控制农机始终对预定的工作路径进行跟踪，在进行路径跟踪时并完成农业工作。植保机无人驾驶技术可以将农机操作者从长时间枯燥的驾驶任务中解放，从而避免因疲劳驾驶造成的安全问题，同时提高植保机作业过程中的精度和工作效率。对国内大规模农业的发展起到了巨大推进作用。
[0004]目前传统液压植保具有机智能化水平低、灵活性差等问题，且人为驾驶时因操作不当易造成人身危险。且现有液压控制驱动的植保机在进行无人驾驶控制时，由于使用液压系统控制作业动作，信号响应缓慢，进行路径跟踪控制时具滞后性，跟踪直线和曲线时跟踪误差相对来说较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法及系统，本专利技术通过跟踪直线和曲线两种不同误差的合成计算，获取不同的总误差，通过PID控制器分别决策出跟踪直线和曲线的期望前轮转角。
[0006]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一个方面，本专利技术提供了一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法。
[0008]一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，包括：
[0009]获取植保机工作参考路径，经离散化处理，得到植保机工作参考路径点集；
[0010]基于植保机的当前位置和航向角，预测设定时间后植保机的预测点；
[0011]查找所述预测点在所述参考路径点集中对应的投影点；
[0012]计算预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差；
[0013]将所述预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差转换成合成误差；
[0014]基于所述合成误差，采用PID控制器，得到期望前轮转角。
[0015]进一步地，在所述植保机工作参考路径点集之后包括：根据所述植保机工作参考路径点集，计算每个参考点的状态量，所述参考点的状态量包括参考点的横坐标、参考点的纵坐标和航向角。
[0016]进一步地，所述基于植保机的当前位置和航向角，预测设定时间后植保机的预测点的过程包括：基于植保机的当前位置和航向角，结合植保机的速度，预测预测设定时间后植保机的位置和航向角。
[0017]进一步地，所述查找所述预测点在所述参考路径点集中对应的投影点的过程包括：基于所述预测点，计算所述参考路径点集中每个参考点到预测点的距离，确定距离预测点最近的参考点为最近点；根据所述最近点得到预测点在参考路径上的投影点。
[0018]进一步地，所述航向偏差等于植保机在当前位置的航向角减参考路径上投影点处的航向角。
[0019]进一步地，所述参考路径上投影点处的航向角等于参考路径上最近点的航向角。
[0020]进一步地，所述横向偏差根据最近点的法向量和植保机当前位置与最近点的位置关系确定。
[0021]进一步地，所述将所述预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差转换成合成误差的过程包括：引入折算因子，将所述预测点和投影点处的横向偏差和航向偏差转换成合成误差，所述合成误差包括横向偏差对应的横向误差和航向偏差对应的航向误差。
[0022]进一步地，所述基于所述合成误差，采用PID控制器，得到期望前轮转角的过程包括：基于所述合成误差，采用PID控制器，得到跟踪直线时的期望前轮转角和跟踪曲线时的期望前轮转角。
[0023]第二个方面，本专利技术提供了一种大型液压植保机。
[0024]一种大型液压植保机，包括车载控制器，所述车载控制器在植保机运行时，执行第一个方面所述的大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，根据得到的期望前轮转角通过控制换向阀控制油液的流向，控制转向油缸的伸缩，使连接在油缸两端的转向连杆转动，实现植保机的转向。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]本专利技术通过预测控制，通过预测点获取下一时刻与参考路径之间的误差，由此误差来决策期望前轮转角，从而可以减少液压植保机进行路径跟踪时的滞后性。
[0027]本专利技术通过引入两组的折算因子组合，分别求得两组合成误差，分别决策跟踪直线和曲线时的前轮转角，对直线路径和曲线路径都有良好的适用性。
[0028]本专利技术算法原理简单，计算复杂度低，不仅适用于仿真领域，还可以用于液压植保机进行路径跟踪控制。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0030]图1是本专利技术示出的植保机布置示意图俯视图；
[0031]图2是本专利技术示出的植保机布置示意图等轴测图；
[0032]图3是本专利技术示出的植保机转向结构示意图俯视图；
[0033]图4是本专利技术示出的植保机跟踪控制算法流程图；
[0034]图5是本专利技术示出的植保机二自由度运动学模型原理图；
[0035]图6是本专利技术示出的预测点表达原理图；
[0036]图7是本专利技术示出的横向偏差和航向偏差计算示意图；
[0037]其中，1
‑
1、发动机，1
‑
2、变量柱塞泵，1
‑
3、永磁同步电机，1
‑
4、转向油缸，1
‑
5、控制阀组，1
‑
6液压油箱，1
‑
7、油液散热器，1
‑
8、齿轮泵，1
‑
9、喷雾悬挂支架，1
‑
10、喷雾杆，1
‑
11、
扇形喷头，1
‑
12、升降油缸，2
‑
1、后轮驱动马达，2
‑
2、前轮驱动马达，3
‑
1、转向连杆1，3
‑
2转向连杆2。
具体实施方式：
[0038]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0039]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0040]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0041]本专利技术中，术语如“连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，其特征在于，包括：获取植保机工作参考路径，经离散化处理，得到植保机工作参考路径点集；基于植保机的当前位置和航向角，预测设定时间后植保机的预测点；查找所述预测点在所述参考路径点集中对应的投影点；计算预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差；将所述预测点与投影点之间的横向偏差和航向偏差转换成合成误差；基于所述合成误差，采用PID控制器，得到期望前轮转角。2.根据权利要求1所述的大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，其特征在于，在所述植保机工作参考路径点集之后包括：根据所述植保机工作参考路径点集，计算每个参考点的状态量，所述参考点的状态量包括参考点的横坐标、参考点的纵坐标和航向角。3.根据权利要求1所述的大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，其特征在于，所述基于植保机的当前位置和航向角，预测设定时间后植保机的预测点的过程包括：基于植保机的当前位置和航向角，结合植保机的速度，预测预测设定时间后植保机的位置和航向角。4.根据权利要求1所述的大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制方法，其特征在于，所述查找所述预测点在所述参考路径点集中对应的投影点的过程包括：基于所述预测点，计算所述参考路径点集中每个参考点到预测点的距离，确定距离预测点最近的参考点为最近点；根据所述最近点得到预测点在参考路径上的投影点。5.根据权利要求4所述的大型液压植保机无人驾驶路径跟踪控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成梁，赵春召，李天慧，李明明，陈希源，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：