一种采棉机自动对行控制系统及方法与流程

本发明涉及农机自动化领域，尤其是涉及一种采棉机自动对行控制系统及方法。

背景技术：

随着农业自动化进程的不断发展，对农业机械自动化程度有了更高的要求，田间作业效率和质量的要求也越来越高。采棉机属于大型农业机械，机械结构复杂，操作复杂度高，在棉花采摘方面扮演着十分重要的角色，机收作业时，需要将采头始终对齐棉行，目前，采棉机对行操作一般是由驾驶员目视控制实现，驾驶员对行的精准程度影响采棉机的收获效率和质量，要求驾驶员长时间集中注意力，尤其在能见度差的晚上，十分耗费驾驶员的精力，也存在很多安全隐患。为了降低采棉机的操作门槛、降低驾驶员的工作强度，提高采棉机的自动化水平，研究采棉机自动对行技术具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种采棉机自动对行控制系统及方法。

本方法采用技术方案如下：

所述的一种采棉机自动对行控制系统包含航向偏差角传感器、行走速度传感器、后轮转向角度传感器和自动对行控制器；航向偏差角传感器安装在采头上，输出4-20ma航向偏差角信号到自动对行控制器；行走速度传感器用于检测前轮转速，并输出行走速度脉冲信号到自动对行控制器；后轮转向角度传感器安装在后轮转向液压缸上，用于测量后轮转向角，输出4-20ma后轮转向角信号到自动对行控制器；自动对行控制器实时采集和计算航向偏差角、行走速度和后轮转向角，根据航向偏差角判断对行的偏离程度，采用自动对行控制方法，输出0-10v电压信号到液压控制器，进而由液压控制器控制转向液压缸驱动后轮转向，实现自动对行。

所述的自动对行控制方法包含如下步骤：

步骤11：设定航向偏差目标角为a0，设定允许偏离范围为β，启动采棉机作业，并启动自动对行。

步骤12：读取航向偏差角传感器信号，经过滤波处理后得到航向偏差角a1，读取后轮转向角度传感器，经过滤波处理后得到后轮转向角a2，读取行走速度传感器信号，经过脉冲计数计算得到行走速度v。

步骤13：计算a1相对a0的偏离程度，如果|a1-a0|<β，则表示航线未偏离，转到步骤17；否则，如果|a1-a0|>β，则认为航线偏离，转到步骤14。

步骤14：设航向偏差检测装置达到运动极限时，对应角度传感器数值分别为h1和h2，且h1，h2关于a0对称，期间运动过程的数值为δ(t)，将偏差转换为角度偏差控制目标为90°，转到步骤15。

步骤15：将σ(t)传递给行走速度参数适应的pid算法，以当前行走速度大小为v，则算法将v当做参数带入，得出适应行走速度的最佳控制电压

其中，[0.5.4.5]和[5.5,9.5]为传送给液压控制器的控制电压范围，分别控制后轮左转和右转，k为速度适应比例系数，因车体状况不同可进行人为设置，转到步骤16。

步骤16：自动对行控制器向液压控制器输出最佳控制电压u(t)，进而控制后轮转向，达到实时控制车体航向以减小航向误差的效果。

步骤17：将行走速度v作为参数计算出后轮转向控制的极限值作为后轮极限回正阈值，速度极小时设后轮偏转极限h0，比例系数为f，转到步骤12。

步骤21：设定后轮拉线传感器目标长度为l0，允许偏离极限位置值为±g(v)，回正判断极小阈值±α，控制电压极小阈值ε，启动自动回正控制程序。

步骤22：读取拉线传感器信号，经过滤波处理后得到拉线长度l1，判断拉线传感器是否大于极限阈值，设为g(v)<|l1-l0|；条件成立，转到步骤23，不成立转到24。

步骤23：根据当前检测状态输出控制液压控制器自动回正。

步骤24：判断自动对行调整过程中是否到达控制目标l0附近，设为|l1-l0|<α，其中α为设定值，同时，判断自动对行控制电压|u-5|<ε，若条件同时成立，则认为此时航线与采棉机航向依靠转弯回正惯性将于棉花队列方向保持一致，转到步骤25，不成立转到步骤22。

步骤25：根据当前检测状态输出控制液压控制器自动回正，转到步骤22。

本发明的技术方案的技术效果在于：将单一控制后轮达到车体航向与棉花队列一致的效果，升级为后轮精确闭环控制后轮，进而实现对车体航向的闭环控制。相对目前国内的对行研究方法，其控制有效性更强、控制动作更加精准，且适应性更强，提升了采棉机变速作业期间的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本申请实施例中的采棉机自动对行的控制逻辑图。

图2是本申请实施例中的采棉机自动对行控制的主流程图。

图3是本申请实施例中的采棉机后轮自动回正控制流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以某品牌6行采棉机为例，如图1所示，整套采棉机自动对行系统包含航向偏差检测装置(包含角度传感器)、行走速度传感器、拉线传感器、自动对行控制器和液压控制器。同时，车上装载一个人机交互触摸屏，可与自动对行控制器通信，用于调节参数。航向偏差检测装置用于测量采棉机航向角度偏差；控制器输出0～10v的电压来控制液压控制器，液压控制器控制后轮转动；拉线传感器测量后轮转动角度；行走速度传感器用于测量采棉机行进速度。

通过整套自动对行系统的运作，控制采棉机沿着棉花队列稳定作业。下面以采棉机作业期间启动自动对行控制流程为例进一步说明。

采棉机自动对行的实现主要包含测量航向偏差进行速度适应控制对行的主流程和自动回正流程两大部分，在进行采棉机对行过程中触发自动回正功能，达到自动对行的目的。

如图2所示，控制采棉机对行的主流程包含如下步骤。

步骤11：设定航向偏差目标角为a0，设定允许偏离范围为β＝15，启动采棉机作业，并启动自动对行。

步骤12：分别以30ms的周期读取经滤波处理后的航向偏差角传感器信号a1，经过滤波处理的拉线传感器信号a2，经计算过的脉冲式速度传感器信号v。

步骤13：计算a1相对a0的偏离程度，如果|a1-a0|<15，则表示采棉机航线与棉花队列方向未偏离，转到步骤17；否则，如果|a1-a0|>15，则认为航线偏离，转到步骤14。

步骤14：设航向偏差检测装置达到运动极限时，对应角度传感器数值分别为h1和h2，且h1，h2关于a0对称，期间运动过程的数值为δ(t)，将偏差转换为角度偏差控制目标为90°，转到步骤15。

步骤15：将σ(t)传递给速度参数适应的pid算法，设当前速度大小为v，则算法将v当做参数带入，得出适应速度的最佳控制电压其中[0.5.4.5]和[5.5,9.5]为传送给液压控制器的控制电压范围，分别控制后轮左转和右转，k为速度适应比例系数，本例中k＝0.12，因车体状况不同可人为设置，转到步骤16。

步骤16：自动对行控制器向液压控制器输出最佳控制电压u，进而控制后轮转向，达到实时控制车体航向以减小航向误差的效果，转到步骤17。

步骤17：将速度v作为参数计算出后轮转向控制的极限值作为后轮极限回正阈值，速度极小时设后轮偏转极限h0，比例系数为f，本例中f＝0.8，转到步骤12。

如图3所示，当触发自动回正流程包含如下步骤：

步骤21：设定后轮拉线传感器目标长度为l0，允许偏离极限位置值为±g(v)，回正判断极小阈值±α，控制电压极小阈值ε，启动自动回正控制程序。

步骤22：读取拉线传感器信号，经过滤波处理后得到拉线长度l1，判断拉线传感器是否大于极限阈值，设为g(v)<|l1-l0|；条件成立，转到步骤23，不成立转到24。

步骤23：根据当前检测状态输出控制液压控制器自动回正。

步骤24：判断自动对行调整过程中是否到达控制目标l0附近，设为|l1-l0|<α，其中α为设定值，本例中α＝34，同时，判断自动对行控制电压|u-5|<ε，本例中|u-5|＝ε＝1.1，若条件同时成立，则认为此时航线与采棉机航向依靠转弯回正惯性将于棉花队列方向保持一致，转到步骤25，不成立转到步骤22。

步骤25：根据当前检测状态输出控制液压控制器自动回正，转到步骤22。

其中，自动回正是在自动对行过程中被不断触发，且在回正期间，自动对行功能将关闭，回正结束时，自动对行功能重新启动，以此循环。

以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。