小型履带旋耕机远程控制系统设计与研究
作者单位：重庆理工大学
学位级别：硕士
导师姓名：杨岩;梁举科
授予年度：2024年
摘 要：我国自古以来一直是农业生产大国,丘陵山区占我国耕地面积8%,在丘陵山区农业作业中,农业机械化程度较低。现有的农业机械设备技术水平较低,丘陵山地农机发展缓慢。目前市面上存在的丘陵山区农业机械设备智能化程度较低,人机作业舒适性较差,且操作难度较高,种种因素制约了丘陵山区农机设备的发展。而现有的智能化农业机械设备大多为平原大型机械,且成本高昂。因此一款低成本,高可靠性的小型履带旋耕机远程控制系统,具有较为重要的理论意义和一定的需求背景。 本文针对富牌小型旋耕机为例,通过对国内外无人驾驶技术和遥控技术的调研,以及对实现系统的关键技术进行相关了解,对小型履带旋耕机远程控制系统进行了整体设计与实验,完成的主要研究工作内容如下: (1)对旋耕机控制参数进行测试,便于对远程控制系统执行机构的结构方案进行设计。通过对旋耕机的拆卸,整个旋耕机主要有转向、换挡、离合、副变速、刀轴传动等6个功能,这6个功能均由旋耕机拉线来实现,6根拉线均与旋耕机变速箱拨杆进行连接,通过操作杆带动拉线进而带动拨杆来实现旋耕机的相关功能。并通过相关测试实验,对旋耕机工作时拉动拉线的最小拉力以及最低拉动距离进行测试。 (2)对远程控制系统的执行机构进行设计。在设计过程中设计了两个方案,通过仿真以及测试对比,选择电动推杆与电动舵机结合的方式,通过电动推杆的伸缩以及电动舵机的转动来带动拉线拉动进而实现相关控制。 (3)主控制程序的编写。为给操作者实时传递车辆工作情况,采用了电容式液位传感器以及速度传感器,电容式液位传感器通过电容变化,将旋耕机油箱油量通过Wi Fi模块实时传输至遥控终端,速度传感器则是置于变速箱输出轴上通过脉冲的变化,来计算出旋耕机实时速度。同时建立Wi Fi模块与单片机的通讯,实现视频信息以及控制指令的信息传输。 (4)模型预测控制研究。为提高舵机控制精度,采用模型预测的研究方法,对模型预测的控制原理进行介绍,并对模型预测进行计算建模,建模完成后,通过simulink软件进行仿真分析,从转矩、转速以及角度等多方面进行分析,得出模型预测控制抗干扰能力更强,控制精度更高。 (5)系统功能测试。首先进行了系统工作环境的配置,然后将相关的控制程序下载至硬件设备,将硬件设备与系统进行连接,对远程控制系统进行直线偏离实验、直角转弯实验、遥控距离、机具控制和视频传输实验以及障碍物跨越和复杂路面行驶实验,经实验得出遥控系统能基本实现预期功能。 整个控制系统基本实现了旋耕机的远程遥控以及作业情况监控,为山地农机作业远程操作的后续研究形成有益的支撑。
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