液压式农机自动转向控制实验平台及实验方法

文档序号:8359447阅读:369来源:国知局
液压式农机自动转向控制实验平台及实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农机自动转向控制、导航控制技术领域,尤其是用于进行液压式农机自动转向控制相关的转向角度测量单元性能、转向算法精度等方面研究分析的实验平台及实验方法。
【背景技术】
[0002]随着精准农业技术的推广,农机导航控制技术在农业领域中的应用越来越广泛。作为农机导航控制系统的基础,农机自动转向控制技术具有很高的重要性。目前大中型农机大多使用液压转向系统,无论是出厂时带有的、或出厂后改造的农机自动转向接口,大多为由比例换向阀和电磁开关阀等构成的电控液压阀组。通过控制电磁开关阀的开闭,可以实现手动转向/自动转向的切换;通过控制比例换向阀的方向和开度,可以实现对转向方向及转动快慢的控制。
[0003]在实现农机自动导航驾驶的过程中,要求转向车轮的转动过程平稳、快速,这需要转向角度测量装置具有较高的测量精度,并需要对转向控制算法、传感器数据处理方法等进行反复实验及分析改进。传统方式通常在实际车辆上进行上述实验,不仅实验过程较长、实验环境较差,而且不易获得精确的实验效果测量数据。

【发明内容】

[0004]为了解决自动转向控制实验过程中进行实车实验带来的上述缺点,本发明提出了一种液压式农机自动转向控制实验平台及实验方法。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种液压式农机自动转向控制实验平台,包括:
[0006]液压转向系统,由液压站和农机转向前桥构成与实际农机相同的手动液压转向系统,还包括转向阀块,并联安装在原农机转向系统上,用于自动转向模式下的转向轮调节;
[0007]转向控制器,包括自动转向控制单元和转向角度测量单元;所述转向角度测量单元连接转向油缸;所述自动转向控制单元连接所述转向阀块、转向角度测量单元和数据采集计算机;
[0008]实验控制台,包括液压调控单元、高精度三轴陀螺仪、数据采集计算机和安装支架;所述液压调控单元连接液压站;所述高精度三轴陀螺仪通过安装支架安装在转向轮的主销轴上;所述数据采集计算机连接所述高精度三轴陀螺仪,通过CAN总线连接所述自动转向控制单元,用于采集和记录所述高精度三轴陀螺仪的输出数据,向所述自动转向控制单元发送转向控制指令和转向角度数据。
[0009]所述转向阀块包括:
[0010]第一电磁开关阀,公共端口与液压站的压力输出端口相连,常开端口与比例换向阀的压力输入端口相连,常闭端口与液压转向器的压力输入端口相连;
[0011 ] 第二电磁开关阀,公共端口与转向油缸的端口 A相连,常开端口与比例换向阀的A端口相连,常闭端口与液压转向器的A端口相连;
[0012]第三电磁开关阀,公共端口与转向油缸的端口 B相连,常开端口与比例换向阀的B端口相连,常闭端口与液压转向器的B端口相连;
[0013]比例换向阀,压力输入端口与第一电磁开关阀的常开端口相连,回流端口与液压站中的油箱相连,A端口与第二电磁开关阀的A端口相连,B端口与第二电磁开关阀的B端口相连;
[0014]安全阀,连接在液压站的压力输出端口与回流入油箱的油路之间;
[0015]放大器,为两个,输入端均连接所述自动转向控制单元的比例换向阀控制模块,其中一个的输出端连接所述比例换向阀的控制线圈A,另一个的输出端连接所述比例换向阀的控制线圈B。
[0016]所述转向角度测量单元包括角度测量传感器、对应安装配件及角度数据转换模块;角度测量传感器包括直线位移传感器、旋转编码器和角速度传感器中的一种;角度数据转换模块能够将不同类型的角度测量传感器的输出转换为角度值,并发送到CAN总线上;所述角度测量传感器的活动端与转向油缸的活塞杆端固定相连、主体与转向油缸的缸筒固定相连,通过检测转向油缸的伸缩长度,推算出转向轮的转动角度。
[0017]所述自动转向控制单元以转向角度测量单元作为转向控制的传感器,以转向阀块作为执行器,构成闭环的自动转向控制系统,包括:
[0018]CAN通信模块,与外部CAN总线相连,用于接收所述数据采集计算机发出的转向控制指令和转向角度测量单元发出的转向角度数据;
[0019]32位处理器最小系统,由32位处理器及其外围电路构成,连接CAN通信模块;
[0020]电磁开关阀控制模块,连接32位处理器最小系统和转向阀块,用于控制转向阀块中的电磁开关阀进行液压转向系统的手动/自动油路切换;
[0021]比例换向阀控制模块,连接32位处理器最小系统和转向阀块,通过电压输入型放大器,控制转向阀块中的比例换向阀的流向与流量。
[0022]所述电磁开关阀控制模块包括:
[0023]三组达林顿晶体管,连接32位处理器最小系统,用于对所述32位处理器最小系统的输出信号反向并增加驱动能力后分别连接三个常开型继电器的控制线圈上;
[0024]三个常开型继电器,分别串联在三个电磁开关阀的供电回路中,当常开型继电器开路时,转向方式为手动转向;当常开型继电器闭合时,转向方式为自动转向。
[0025]所述比例换向阀控制模块包括
[0026]两片数字隔离芯片,分别连接所述32位处理器最小系统的两个SPI接口,同一时刻只可以有一片处于工作状态,其输出电压的大小,决定比例换向阀中液压油的流量;
[0027]两片电压型数模转换芯片,分别连接两片所述数字隔离芯片,输出端分别连接所述转向阀块中的两个放大器。
[0028]所述液压调控单元包括液压站交流电机控制开关、压力表及油压调节阀门;压站交流电机控制开关用于控制液压站的启动或停止,压力表用于显式液压站当前输出端口的油压,油压调节阀门用于调节液压站输出的油压高低。
[0029]一种液压式农机自动转向控制实验方法,包括以下步骤:
[0030]SOl:启动液压站,并通过油压调节阀门调整液压回路的压力至期望值;
[0031]S02:启动实验测量单元中的高精度三轴陀螺仪,并使用数据采集计算机对其输出的角度、角速度和角加速度数据进行持续采集;
[0032]S03:使用待实验的转向角度测量单元,将自动转向控制算法写入自动转向控制单元中,运行自动转向控制单元;
[0033]S04:当自动转向控制单元接收到数据采集计算机发出的开始信号时,首先闭合三个继电器,从而使三个电磁开关阀闭合,转向方式由手动转向切换为自动转向;
[0034]S05:自动转向控制单元接收数据采集计算机发出的转向角度设定值,并与最近一次的车轮转角测量值,一同作为自动转向控制算法的输入,根据算法的运算结果,通过选择电压型数模转换芯片来控制转向方向,并设定电压型数模转换芯片输出电压的大小控制转向角速度;
[0035]S06:自动转向控制单元输出电压信号,通过放大器,控制比例换向阀中液压油的流向和流量,从而驱动转向油缸运动、带动转向车轮转动;
[0036]S07:循环执行步骤S05-S06,实现自动转向控制算法的持续运行;
[0037]S08:当自动转向控制单元接收到数据采集计算机发出的停止信号时,控制三个继电器断开,从而使三个电磁开关阀开路,转向方式由自动转向切换为手动转向,同时停止电压信号的输出,使得比例换向阀停止在中位;
[0038]S09:数据采集计算机停止对高精度三轴陀螺仪输出数据的记录,通过该测量数据,对当前使用的转向角度测量单元或自动转向控制算法的性能进行分析。
[0039]本发明具有以下优点及有益效果:
[0040]1.本发明所提出的转向控制实验平台,转向机构以农机转向前桥为基础构成,所以转向系统特性与实际农机相同,在此平台上得到的转向控制实验效果与真实农机相同。
[0041]2.采用液压站作为转向系统液压动力源,可以方便地调节液压系统压力,从而为研究转向系统在不同油压下的特性提供了便
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