特征在于，包括: 液压转向系统，由液压站(I)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(2)，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; 转向控制器，包括自动转向控制单元(7)和转向角度测量单元(8);所述转向角度测量单元(8)连接转向油缸(12);所述自动转向控制单元(7)连接所述转向阀块(2)、转向角度测量单元(8)和数据采集计算机(11)； 实验控制台，包括液压调控单元(9 )、高精度三轴陀螺仪(10 )、数据采集计算机(11)和安装支架；所述液压调控单元(9)连接液压站(I);所述高精度三轴陀螺仪(10)通过安装支架安装在转向轮(6)的主销轴上；所述数据采集计算机(11)连接所述高精度三轴陀螺仪(10)，通过CAN总线连接所述自动转向控制单元(7)，用于采集和记录所述高精度三轴陀螺仪(10)的输出数据，向所述自动转向控制单元(7)发送转向控制指令和转向角度数据。
2.根据权利要求1所述的液压式农机自动转向控制实验平台，其特征在于，所述转向阀块(2)包括: 第一电磁开关阀(21_1)，公共端口与液压站(I)的压力输出端口相连，常开端口与比例换向阀(22)的压力输入端口相连，常闭端口与液压转向器(4)的压力输入端口相连； 第二电磁开关阀(21_2)，公共端口与转向油缸(12)的端口 A相连，常开端口与比例换向阀(22)的A端口相连，常闭端口与液压转向器(4)的A端口相连； 第三电磁开关阀(21_3)，公共端口与转向油缸(12)的端口 B相连，常开端口与比例换向阀(22)的B端口相连，常闭端口与液压转向器(4)的B端口相连； 比例换向阀(22)，压力输入端口与第一电磁开关阀(21_1)的常开端口相连，回流端口与液压站(I)中的油箱相连，A端口与第二电磁开关阀(21_2)的A端口相连，B端口与第二电磁开关阀(21_2)的B端口相连； 安全阀(23)，连接在液压站(I)的压力输出端口与回流入油箱的油路之间； 放大器(24)，为两个，输入端均连接所述自动转向控制单元(7)的比例换向阀控制模块(34)，其中一个的输出端连接所述比例换向阀(22)的控制线圈A，另一个的输出端连接所述比例换向阀(22)的控制线圈B。
3.根据权利要求1所述的液压式农机自动转向控制实验平台，其特征在于，所述转向角度测量单元(8)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(12)的活塞杆端固定相连、主体与转向油缸(12)的缸筒固定相连，通过检测转向油缸(12)的伸缩长度，推算出转向轮(6)的转动角度。
4.根据权利要求1所述的液压式农机自动转向控制实验平台，其特征在于，所述自动转向控制单元(7)以转向角度测量单元(8)作为转向控制的传感器，以转向阀块(2)作为执行器，构成闭环的自动转向控制系统，包括: CAN通信模块(32)，与外部CAN总线相连，用于接收所述数据采集计算机(11)发出的转向控制指令和转向角度测量单元(8)发出的转向角度数据； 32位处理器最小系统(31)，由32位处理器及其外围电路构成，连接CAN通信模块； 电磁开关阀控制模块(33)，连接32位处理器最小系统(31)和转向阀块(2)，用于控制转向阀块(2)中的电磁开关阀(21)进行液压转向系统的手动/自动油路切换； 比例换向阀控制模块(34 )，连接32位处理器最小系统(31)和转向阀块(2 )，通过电压输入型放大器，控制转向阀块(2)中的比例换向阀(22)的流向与流量。
5.根据权利要求4所述的液压式农机自动转向控制实验平台，其特征在于，所述电磁开关阀控制模块(33)包括: 三组达林顿晶体管(36)，连接32位处理器最小系统(31 )，用于对所述32位处理器最小系统(31)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(37)的控制线圈上; 三个常开型继电器(37)，分别串联在三个电磁开关阀(21)的供电回路中，当常开型继电器(37)开路时，转向方式为手动转向；当常开型继电器(37)闭合时，转向方式为自动转向。
6.根据权利要求4所述的液压式农机自动转向控制实验平台，其特征在于，所述比例换向阀控制模块(34 )包括 两片数字隔离芯片(39)，分别连接所述32位处理器最小系统(31)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; 两片电压型数模转换芯片(38)，分别连接两片所述数字隔离芯片(39)，输出端分别连接所述转向阀块(2)中的两个放大器(24)。
7.根据权利要求1所述的液压式农机自动转向控制实验平台，其特征在于，所述液压调控单元(9)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(I)的启动或停止，压力表用于显式液压站(I)当前输出端口的油压，油压调节阀门用于调节液压站(I)输出的油压高低。
8.一种液压式农机自动转向控制实验方法，其特征在于，包括以下步骤: 501:启动液压站(1)，并通过油压调节阀门调整液压回路的压力至期望值； 502:启动实验测量单元中的高精度三轴陀螺仪(10)，并使用数据采集计算机(11)对其输出的角度、角速度和角加速度数据进行持续采集； 503:使用待实验的转向角度测量单元(8)，将自动转向控制算法写入自动转向控制单元(7)中，运行自动转向控制单元(7)； S04:当自动转向控制单元(7)接收到数据采集计算机(10)发出的开始信号时，首先闭合三个继电器(37)，从而使三个电磁开关阀(21)闭合，转向方式由手动转向切换为自动转向； S05:自动转向控制单元(7)接收数据采集计算机(10)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(38)来控制转向方向，并设定电压型数模转换芯片(38)输出电压的大小控制转向角速度； 506:自动转向控制单元(7)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； 507:循环执行步骤S05-S06，实现自动转向控制算法的持续运行； 508:当自动转向控制单元(7 )接收到数据采集计算机(10 )发出的停止信号时，控制三个继电器(37)断开，从而使三个电磁开关阀(21)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； 509:数据采集计算机(11)停止对高精度三轴陀螺仪(10)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(8)或自动转向控制算法的性能进行分析。
【专利摘要】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，实验平台由液压转向系统、转向控制器和实验控制台三部分构成。液压转向系统由液压站、农机转向前桥和转向阀块构成，用于提供与农机相同的液压式转向系统；转向控制器由自动转向控制单元和转向角度测量单元构成，用于实现自动转向的闭环控制；实验控制台由液压调控单元及实验测量单元构成，用于控制液压系统运转，并对实验效果进行测量。本发明的液压式农机自动转向控制实验平台和实验方法能够对自动转向控制实验过程中的转向角度、转向角速度和转向角加速度进行测量和记录，为分析转向控制实验性能、改进转向角度测量单元精度和提高自动转向控制算法精度提供了详尽、可靠的依据。
【IPC分类】G01M17-06
【公开号】CN104677650
【申请号】CN201310639408
【发明人】胡静涛, 高雷, 王鹤, 李逃昌
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月30日