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陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 外文翻譯： 關(guān)于拖拉機(jī)系統(tǒng)動態(tài)模型的研究為自動化的航海應(yīng)用 馮磊 何勇 (中國杭州，浙江大學(xué)，生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院) 電子郵件: hzfenglei@mail.hz.zj.cn 摘要: 此文研究的是瞄準(zhǔn)使用拖拉機(jī)系統(tǒng)一個(gè)動態(tài)模型支持導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為一臺自動地被引導(dǎo)的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)。這樣, 包括拖拉機(jī)系統(tǒng)的自行車模型, 被施加了在MATLAB 環(huán)境里和被開發(fā)了根據(jù)了約翰?Deere 拖拉機(jī)。模仿結(jié)果從這個(gè)MATLAB 模型被確認(rèn)了通過領(lǐng)域航海測試。彈道估計(jì)的準(zhǔn)確性由拖拉機(jī)的壟斷的僵硬的決心強(qiáng)烈影響。在這模仿, 拖拉機(jī)側(cè)偏剛度分析被辨認(rèn)了在模仿分析期間使用MATLAB 塑造根據(jù)記錄的彈道數(shù)據(jù)。被獲得的數(shù)據(jù)被使用了在模仿分析用于各種航海操作在興趣領(lǐng)域。分析在領(lǐng)域檢驗(yàn)測試結(jié)果表明, 被開發(fā)的拖拉機(jī)系統(tǒng)能準(zhǔn)確地估計(jì)拖拉機(jī)系統(tǒng)的輪子以各種各樣的速度經(jīng)營在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。結(jié)果并且表明, 被開發(fā)的系統(tǒng)能準(zhǔn)確地確定拖拉機(jī)在彎曲領(lǐng)域拖拉機(jī)速度和支點(diǎn)偏轉(zhuǎn)角度。 關(guān)鍵詞: 拖拉機(jī), 側(cè)偏剛度，自動化航海, 模仿,全球定位系統(tǒng) 介紹 農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)自動教程有被學(xué)習(xí)結(jié)束過去幾年。自動化的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)的好處包括增加生產(chǎn)力, 增加應(yīng)用準(zhǔn)確性, 和改進(jìn)的操作安全. 各種各樣的教導(dǎo)技術(shù), 包括機(jī)械教導(dǎo), 機(jī)器視覺教導(dǎo), 收音機(jī)航海, 和超音波教導(dǎo)。在拖拉機(jī)動力學(xué)的多數(shù)以前的工作考慮了拖拉機(jī)單獨(dú)在企圖調(diào)查它的乘駕特征。但是, 有少數(shù)農(nóng)業(yè)貫徹不被使用的思想。在最近幾年, 農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)研究進(jìn)行的研究包括機(jī)架作用在拖拉機(jī)乘駕振動, 但結(jié)果是令人不滿，在研究拖拉機(jī)系統(tǒng)的行動中，Bukta 和al.(2002) 調(diào)查了關(guān)于的自由三點(diǎn)栓聯(lián)結(jié)系統(tǒng)的作為源泉，農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)的非線形性系統(tǒng)的研究。伊利諾伊研究員大學(xué)成功地有被開發(fā)的和被展示，可能進(jìn)行自治種植的拖拉機(jī)并且在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域耕種。實(shí)時(shí)運(yùn)動學(xué)( RTK )， 全球定位系統(tǒng)和光纖陀螺儀被用來提供拖拉機(jī)位置,航速和航向. 除了在操縱,發(fā)動機(jī)油門,傳送速度, 與3點(diǎn)拴聯(lián)結(jié)立場自動控制經(jīng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線外地.，雙方預(yù)期拖拉機(jī)道路,并取得理想的拖拉機(jī)功能(如行走速度, 故障的位置)被展現(xiàn),然后裝入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)前場開始行動. 韓先生和張先生( 2001 )介紹了繪圖的方法,用于實(shí)施自治區(qū)外勤業(yè)務(wù)的農(nóng)用拖拉機(jī). 機(jī)械跨領(lǐng)域連續(xù)耕作活動,尤其是在曲線的整齊,準(zhǔn)確的橫向控制的拖拉機(jī)-實(shí)施單位要求由于連續(xù)的空間只有76厘米. 橫向控制拖拉機(jī)實(shí)施往往需要估計(jì)輪胎側(cè)滑角及橫向速度, 這是難以直接測量的。 研究數(shù)據(jù)表明進(jìn)行估計(jì)偏剛度為導(dǎo)向的車輛必須在在道路上進(jìn)行研究. sienel ( 1997 )表明如何偏剛度可通過測量車輛動態(tài)參數(shù),如側(cè)向加速度和偏航率.凱特哈曼和撒凱( 2000 )給出了標(biāo)準(zhǔn)化偏剛度的測量方法,主導(dǎo)汽車的督導(dǎo)反應(yīng). bevly et al . ( 2001 )綜合采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)( INS )傳感器與全球定位系統(tǒng)速度測量估算輪胎偏剛度. 本研究的主要目的是：利用拖拉機(jī)系統(tǒng)動態(tài)模型為導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一個(gè)自動引導(dǎo)臺農(nóng)用拖拉機(jī)。 這一動態(tài)模式包含了自行車型號的拖拉機(jī). 本文說明如何估計(jì)偏剛度系統(tǒng)以及如何利用估計(jì)結(jié)果在拖拉機(jī)導(dǎo)航中的應(yīng)用。 材料和方法 定義 U是流速拖拉機(jī);V,橫向速度拖拉機(jī); γ,偏航率; m ,大規(guī)模拖拉機(jī); M , 滾動時(shí)刻; Iz ,轉(zhuǎn)動慣量; a,前軸至拖拉機(jī)的距離 ; b ,后軸至拖拉機(jī)的距離 ; L,距前輪到后輪; d,車輪基點(diǎn); , Cα戰(zhàn)線偏剛度; , rcα后方偏剛度; αf ,前面偏角; αr , 后排偏角; fr , x ,縱向隊(duì)后輪; y ,側(cè)向力前輪;,y側(cè)向力后輪; x ,縱向隊(duì)前輪; δ,轉(zhuǎn)向角. 發(fā)達(dá)拖拉機(jī)系統(tǒng)模型是一種通用模型的輪式拖拉機(jī). 它擁有獨(dú)立的制造者,類型和規(guī)模。為了簡化建模過程,一種輪式拖拉機(jī)模型被使用。 線性兩自由度自行車模型,占左和右輪胎將足以使簡單的操縱在拖拉機(jī)在平地時(shí)的方程。 示范實(shí)施 這個(gè)動態(tài)模型拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)已推行了 。圖2是模式的系統(tǒng)方框圖表明這一模型包含六大要素: 參數(shù)輸入座側(cè)向力計(jì)算塊、一個(gè)偏航和橫向加速度模型座、擺動和橫向速度模式座、標(biāo)題角度塊和重心的拖拉機(jī)彈道模型塊。 參數(shù)輸入座投入兩種類型的參數(shù):器具參數(shù)及設(shè)備參數(shù)。有效實(shí)施的因素,包括拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向角和拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速。這套參數(shù)模型的控制變量估計(jì)拖拉機(jī)系統(tǒng)的反應(yīng)后預(yù)期的軌跡。 另一套所需參數(shù)為機(jī)械參數(shù),其中包括大量的拖拉機(jī)偏剛度，拖拉機(jī)前/后排車輪轉(zhuǎn)動慣量，拖拉機(jī)車軸到重心的距離和拖拉機(jī)車輪的大小。 第二座是側(cè)向力計(jì)算座. 它計(jì)算的側(cè)向力兩個(gè)輪子的機(jī)器系統(tǒng)參數(shù),側(cè)向速度,以及偏航率， 偏航和橫向加速度塊是用來計(jì)算的橫向加速度、偏航加速度的，拖拉機(jī)基于機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)及橫向力。經(jīng)過橫向和偏航速度計(jì)算積分, 下一兩座推算拖拉機(jī)航向; 中央和車輪的軌跡的,分別計(jì)算拖拉機(jī)的幾何尺寸,過去兩年是在Matlab實(shí)現(xiàn)模型的。 硬件 這個(gè)MATLAB模型是拖拉機(jī)系統(tǒng)的實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果。圖3是信號流程圖的測試系統(tǒng)。 測試平臺是基于7700型拖拉機(jī). 提供的測試數(shù)據(jù), 動態(tài)定位技術(shù)與全球定位系統(tǒng)天線安裝于頂部的拖拉機(jī)帽(重心拖拉機(jī)) 。 這種動態(tài)定位系統(tǒng)與當(dāng)?shù)貐⒖颊究梢蕴峁?zhǔn)確的靜態(tài)和動態(tài)定位和速度信息。與此同時(shí)(橫向精度2厘米的垂直精度3厘米在20 Hz與潛伏期 少于20毫秒) ，一個(gè)lp801 亞米(亞米工程學(xué),美國) 它可以用來衡量線性位置或位移達(dá)1.2米( 48 " ) ,輸出0-5 v安裝于右側(cè)前輪. 108fd光纖陀螺儀(日本航空電子,日本東京)一個(gè)角速度傳感器,即產(chǎn)出相對角度0.01度誤差為0.5度/小時(shí)漂移安裝于兩邊的前輪.這兩個(gè)傳感器都用得到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向角. 從督導(dǎo)校正角度分析,這發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤有效值轉(zhuǎn)向夾角,校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù),對數(shù)誤差為0.0165 ,平均誤差為0.5922度. 均方根誤差在左邊為0.0155度 , 偏轉(zhuǎn)平均誤差為0.4560度。相應(yīng)的最大誤差是：左邊為1.3402度，右邊為1.5378度.兩個(gè)最大的錯(cuò)誤被發(fā)現(xiàn)時(shí),執(zhí)行該大轉(zhuǎn)(約30度) . 汽車控制筆是作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集板,由167單板機(jī),發(fā)送數(shù)據(jù)到PC機(jī)通過RS232串行接口. 電腦配備了1 GHz的英特爾奔騰III CPU和256 MB記憶體. 為了提供有代表性的彈道模式,以驗(yàn)證模型 一連串u輪流(或左或右轉(zhuǎn))與不同的轉(zhuǎn)彎半徑,在不同的速度,進(jìn)行了研究。為控制變量的模型估計(jì)拖拉機(jī)系統(tǒng)的反應(yīng), 在拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向角檢測光纖陀螺電位傳感器拖拉機(jī)速度測試特林布爾750毫秒動態(tài)定位。在拖拉機(jī)的重心，動態(tài)定位接收機(jī)還被用來把拖拉機(jī)的精確定位系統(tǒng)作為參考彈道計(jì)算出來的。 拖拉機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)的模型驗(yàn)證研究表明,這MATLAB模型可以預(yù)測車輪的軌跡,以合理的準(zhǔn)確性. 自從一套初步測得的數(shù)據(jù),從測試場供定轉(zhuǎn)彎期間剛度,其準(zhǔn)確性車輪軌跡預(yù)測可以改善。 結(jié)果與討論 圖4顯示了理論和實(shí)際軌跡拖拉機(jī)發(fā)電,同時(shí)制作了10右轉(zhuǎn)(一個(gè)完整的圓轉(zhuǎn)折) 在2.5英里的一個(gè)典型場所的研究。在這一評價(jià)中,現(xiàn)場實(shí)際測試的數(shù)據(jù),包括拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向角(如時(shí)間序列數(shù)據(jù)) , 拖拉機(jī)在格式定位經(jīng)度和緯度的度數(shù),錄在實(shí)地操作. 這種測試是確定一套合適的車輪側(cè)偏剛度值為具體行動的條件。一連串左和右圈旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)各種旅行速度為完成這一目的。 對本單位的具體情況，10右轉(zhuǎn)向角和2.5英里的速度行駛在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的合作, 據(jù)發(fā)現(xiàn)適當(dāng)偏剛度值20700 次/ 轉(zhuǎn)拖拉機(jī)前輪40700 次/轉(zhuǎn)拖拉機(jī)后輪. 用這一套剛度值模擬,估計(jì)軌跡匹配的實(shí)際軌跡相當(dāng)不錯(cuò)。 從誤差分析, 發(fā)現(xiàn)的均方根誤差的估計(jì)和實(shí)際的運(yùn)動軌跡在0.02米拖拉機(jī)發(fā)電. 相應(yīng)的最大誤差分別約0.51米的拖拉機(jī)發(fā)電. 兩者最大的錯(cuò)誤為0.51米,當(dāng)發(fā)現(xiàn)拖拉機(jī)開始進(jìn)行運(yùn)動.最大誤差可能引起的反應(yīng)較慢拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的仿真模型,因?yàn)槟Ｐ筒⒉徊扇《綄?dǎo)驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)考慮. 得輪胎側(cè)偏剛度拖拉機(jī)一連串的一個(gè)完整的圓輪流(或左或右輪流)在不同速度( 2.5公里/小時(shí), 350公里/小時(shí), 4.5公里/小時(shí), 5.5英里/小時(shí)) ,在不同的轉(zhuǎn)向角( 5度, 10度15度，20度， 30度)的運(yùn)動。 那么,隨著動態(tài)模型的產(chǎn)生,基于規(guī)格7700拖拉機(jī) 偏剛度可調(diào)諧范圍,使拖拉機(jī)彈道模型適合真正的領(lǐng)域. 因此,側(cè)偏剛度陣線與后輪可估計(jì)基于不同速度和轉(zhuǎn)向角度 。 圖5顯示了拖拉機(jī)理論和實(shí)際軌跡，拖拉機(jī)是典型的運(yùn)動機(jī)械,在實(shí)地操作(直線導(dǎo)線連接端領(lǐng)域向左或向右轉(zhuǎn)u )可變的速度在典型的場所， 在此特定情況下,行駛速度介于2.5至6.5英里, 而督導(dǎo)角是要么+20 °(右轉(zhuǎn))或-20°(左轉(zhuǎn))?；诨鶞?zhǔn)測試所得數(shù)據(jù)完整的周轉(zhuǎn)。如上所述, 適當(dāng)偏剛度值均是用于20700次 /轉(zhuǎn)和58200 次 / 轉(zhuǎn)拖拉機(jī)前輪, 用于40700次 /轉(zhuǎn)和42700次 /轉(zhuǎn)拖拉機(jī)后輪. 用上述偏剛度值在MATLAB模型, 與輸入實(shí)際轉(zhuǎn)向角和車速拖拉機(jī)的模型, 估計(jì)軌跡的拖拉機(jī)匹配的測試數(shù)據(jù)比較好. 從誤差分析 發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤有效值之間的估計(jì),實(shí)際的軌跡是0.01米,在拖拉機(jī)發(fā)電. 拖拉機(jī)發(fā)電相應(yīng)的最大誤差是1.56米。當(dāng)發(fā)現(xiàn)拖拉機(jī)正在交替時(shí)，這么大的誤差可能造成的簡化模型,因?yàn)橥侠瓩C(jī)的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)實(shí)施的是基于一個(gè)假設(shè),小角度轉(zhuǎn)向,與20°之交明顯偏離這個(gè)假設(shè). 而拖拉機(jī)執(zhí)行制度是最大誤差小于0.20米,即使有積累導(dǎo)向誤差。 結(jié)論 動態(tài)模型拖拉機(jī)系統(tǒng)的研制提供的手段來預(yù)測車輪軌跡，支持導(dǎo)航控制的自動引導(dǎo)臺農(nóng)用拖拉機(jī)。在這種拖拉機(jī)的系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上制定了約翰迪爾拖拉機(jī)7700中足夠多細(xì)節(jié)而不喪失共性。這種模式,由一個(gè)自行車型號的拖拉機(jī)分制。模擬結(jié)果,從這個(gè)MATLAB模型中,驗(yàn)證了各領(lǐng)域的導(dǎo)航測試。結(jié)果驗(yàn)證研究結(jié)果顯示,準(zhǔn)確彈道估計(jì)是極限測定偏剛度的輪子。由于其價(jià)值受到很大影響,土壤特性與車輪互動,車輪偏剛度在這個(gè)模擬分析決定在野外試驗(yàn)和模擬的環(huán)境狀況，所得偏剛度是用于模擬分析各種航行作業(yè)的感興趣的領(lǐng)域。分析實(shí)地驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明,發(fā)達(dá)國家拖拉機(jī)系統(tǒng),能夠準(zhǔn)確估計(jì)車輪軌跡(最大誤差 0.20米)的拖拉機(jī)系統(tǒng),同時(shí)以不同的速度和轉(zhuǎn)向角度.經(jīng)營農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域 。 參考資料 1. 博利. ,舍爾單 , 歌登 , 2001 .《傳感器與全球定位系統(tǒng)速度測量連續(xù)估算汽車側(cè)滑與輪胎側(cè)偏剛度》.美國控制會議。 2.卜歌達(dá) , 1998年.《 非線性動力學(xué)行調(diào)撥執(zhí)行體制所產(chǎn)生的聯(lián)系》.。 日本社會農(nóng)機(jī)60 （p45 – p53）. 3韓先生,張先生, 2001年.《 圖型控制功能自治區(qū)拖拉機(jī)》. 美國農(nóng)業(yè)工程師學(xué)會的國際會議, p.011191 . 4.張先生, ,迪克森, 2000 .《 農(nóng)業(yè)自動制導(dǎo)研究在北美》. 《計(jì)算機(jī)和電子產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)方面》p155-p167 . 5.撒凱, 2000 . 《實(shí)驗(yàn)分析非線性動力學(xué)與混沌彈跳拖拉機(jī)》. 農(nóng)業(yè)機(jī)械,p62-70 6.撒凱 1994年. 《非線性振動在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)實(shí)施》. 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