自动导航控制系统（精选10篇）
自动导航控制系统 篇1
2015年9月21日, 约翰迪尔在黑龙江省黑河市嫩江县七星泡农场举办了ATU自动导航系统 (以下简称ATU系统) 演示会, 黑龙江农垦九三管局各大农场以及嫩江周边的近100位农机大户、种植大户观看了演示会。
演示会现场, 由七星泡农场用户宋德强驾驶一台装配约翰迪尔ATU系统的2204型拖拉机悬挂深松整地机具进行演示。在约翰迪尔工作人员的帮助下, 他首先沿土地一侧直线行驶确定一条卫星定位基准线。此后, 拖拉机开始进入全自动驾驶状态, 在卫星导航的控制下进行耕整地作业, 这期间, 宋德强只需要在地头把农具升起即可, 掉头和方向控制全部实现自动化。深松犁上下翻飞, 一股股“土浪”从圆盘耙下面奔流而出, 不大一会儿5亩平整的土地就出现在眼前。让现场的观众非常吃惊。
据约翰迪尔ATU系统工程师赵海亮介绍, ATU系统可以在约翰迪尔6B阿波罗、新6B、6J以及7M系列拖拉机上配套使用。系统由一个Star Fire 3000卫星信号接收器、Green Star显示器以及Auto Trac转向套件和连接线束组成。
用户开机后, 1分钟以内就可以搜索到卫星信号, 进入“ready”状态。结束作业后即使关机12个小时再开机, 仍不需要重新搜索卫星信号。在人机交互设计方面, 导航采用中文演示系统, 设置比较简便。方便用户快捷准确地输入悬挂农机具的参数。
据了解, 2016年以后, 用户购买约翰迪尔农机可直接选装ATU系统。对于之前已经购买的产品, 可以单独购买加装ATU系统。
延伸阅读:使用约翰迪尔ATU自动导航系统耕作的三大好处
1减少重叠和间隙节约开支, 创建更加一致的行列和整齐划一的土地
研究表明, 驾驶员在一天作业中约有5%~10%的重叠倾向, 将会使12 m宽的农具产生1.2 m的行间重叠。通过使用约翰迪尔ATU自动导航系统, 可帮助减少90%的重叠作业。可提高作业效率、大大地节省燃油、化肥、种子、肥料、设备磨损。ATU可以让拖拉机在播种时保持更加一致的行距, 降低在田间连续作业时农作物受损的可能, 允许驾驶员在执行特定的应用程序时保持最佳的工作速度。对于那些需要高速运行的应用程序作业, 例如喷雾, 连贯的速度可以在相同的时间喷洒更多的土地, 提高作业效率。
2作业效率更高, 延长有效工作时间
更高的作业精准度意味着更快速更精准的作业路线, 这将为用户带来更高的收益。约翰迪尔AUT系统可以帮助用户减少错行和漏行, 让田间作业效率提升14%, 也就意味着在更短的时间内获得更多的收益。
另外, 约翰迪尔自动导航系统使用卫星信号进行设备定位, 保证用户在好天气时可以更长久的作业, 增加作业季连续作业时间。同时, 有了自动导航系统的帮助, 无论是在黄昏、雨天、粉尘、雾天、大风天、夜间, 驾驶员都能非常自信地创建均匀分布的行列, 保证作业速度不会受到影响。这样可以提高5%的作业效率。
3减轻驾驶员疲劳, 解放双手
约翰迪尔ATU系统通过保持连贯的准确性和高效率, 实现自动驾驶, 帮助降低驾驶员疲劳强度, 使得驾驶员有更多的精力用于优化机器的操作并最大化收益。
众所周知, 疲惫驾驶者常常会操作失误, 带来时间和成本的不必要浪费。研究表明, 通过使用自动导航系统, 可以降低驾驶员的操作压力, 从而降低失误的几率。
自动导航控制系统 篇2
现如今，专车专用的车载导航仪已是普及型装饰件。
但是，真正出色的导航系统并不多，除了很难淘到的原厂机之外，大家能想到的恐怕只有飞歌GALAXY银河7500系列了。
当越来越多的专车专用导航系统涌入市场，我们发现真正有特色的产品并不多，绝大多数都是价格战中的一份子。中高端市场一直由飞歌的黄金版系列与特殊渠道的原厂导航系统占领，后者主要是大众和丰田系列。那些对性价比并不敏感的消费者，在购车时会直接选择导航版车型；而打算后期加装中高端导航系统的车主，则比较注重系统的可扩展性，抑或是品质与价格的均衡。这也是飞歌黄金版与特殊渠道原厂导航的各自优势所在。
不过，随着便携设备操作系统的更新换代，谷歌所主导的安卓系统开始大放异彩，玩惯了安卓手机和平板的年轻一代对传统的WINCE系统“不屑一顾”，而后者的潜力确实早已被榨干殆尽。作为自主车载导航系统的领导者，飞歌适时推出了采用安卓2.3.4成熟系统的GALAXY银河7500系列，使用Cortex-A8 800M/1G Hz CPU、512MB RAM、4GB FLASH，可扩展性不亚于任何主流的平板电脑，品质定标于原厂导航，价格更具诱惑力。
原厂风范，从每一个细节做起
5年前，我们曾测试过飞歌的首款产品——E7007NAVI，适配大众PQ35和PQ46平台的全部车型。当时这款产品首开国内专车专用导航的先河，被无数大众车迷所追捧。因缘巧合的是，我们今天测试的飞歌GALAXY具体型号为75067A18，也是适配速腾等大众主流车型的主机（外观方面评测仅针对此款机型）。
与当年的产品相比，新主机的按键布局没有太大变化，增加了亮条装饰，时尚感更强。右侧下方的两个按钮针对安卓系统，功能改为菜单和返回。在接口方面，飞歌GALAXY一改以往自家的专用接口，使用了原厂设计，不仅安装方便，而且还省去了麻烦的转接线。最多只需接5根线（音响线、收音机天线、GPS天线、倒车摄像头、音频输入/USB线），如果拆装熟练的话，5分钟便可完成主机的安装。
装车后的飞歌GALAXY与仪表台天衣无缝，无论是面板配色还是按键上的字符，都与原车极为接近。就连按键背景灯的亮度也有17级（4～20）和自动（Auto）调节。不得不感叹，5年来，飞歌秉承的原厂风格始终没有改变。
在使用方面，飞歌GALAXY除了支持多功能方向盘外，还能在仪表的大屏上显示收音机、音量、CD、来去电等信息，与原车完美兼容匹配。首次开机实测大约需要34s的时间，熄火后主机会进入休眠状态（单机待机电流仅10～15mA），钥匙打到ACC挡，实测3秒内便可进入上次熄火前的界面，甚至比原厂导航还要快。
如果关机超过5天，主机会彻底关闭节省电能。如果不是安卓界面，多数人都会认为这是“娘胎里带的”原厂导航。
没GPS信号？照样3D实景导航
飞歌的硬件没的说，用的都是主流芯片。不过，在当年测试首款产品时，我们也提出了几点期许：高分辨率导航、播放导航语音时其他音频不静音、内置陀螺仪。前两个在后来的升级和新产品中已经实现，而在飞歌GALAXY上我们也终于用上了只有原厂导航才具备的三轴陀螺仪。简单地说，就是在没有GPS信号的地下车库、隧道等地方，依然可以精准导航。而且即便是在室外，导航软件也将以陀螺仪的信号为主、GPS信号为辅，通过地图和GPS数据进行反馈修正，做到最精准的导航。
当然，不是所有大众车型都支持这项功能，官方列举出了相关车型，我们的测试车正在其中。由于通过CAN总线通讯，因此实现陀螺仪无须额外接线。但也不是装好就能用，它需要一定的学习时间。按照飞歌提供的方法，我们进入陀螺仪的工程模式，以方便查看进度，实际使用时不需要这样的操作，车子走上几公里就好了。
起初，脉冲学习和角度学习都是不可用，我们在路面上驾车正常行驶，会发现后面的数字在改变，说明陀螺仪处于正常工作状态，下方16进制编码也在不断变化，意味着从CAN总线传递来的车速信号也没问题。大概行驶4公里左右，脉冲学习和角度学习都变为可用状态。屏幕左侧出现车速信号，GPS信息中的“陀螺仪信息”也正常显示。我们发现，脉冲学习和角度学习达到5%时，陀螺仪即可介入导航，且可以正确显示行车状态和方向。
特意遮挡GPS天线，完全依靠陀螺仪进行导航。我们看到随车配备的凯立德C-Car版依然定位准确，并且路口实景放大和3D地图也正常工作。在导航语音方面，凯立德还有标准普通话、粤语、四川话和台湾普通话可选，真是顾及到了全国各地的车友啊。各类摄像头的预报也是很多人选择非原厂导航的原因之一。通过定期升级，我们总能获得第一手的摄像头信息。不仅为了避免罚款，更是为了安全。
此外，我们还发现这款凯立德增加了实时路况功能，不过需要单独激活，而信息获取也是依靠互联网信号，难免涉及到费用问题。与很多原厂导航通过FM调频信号免费接收路况信息相比，飞歌GALAXY软硬件之间配合的还有改善之处。
安卓系统，扩展能力超你想像
除了导航之外，飞歌GALAXY还有许多可玩的地方，与旅行相关的就有蓝牙音乐和免提电话。用过安卓手机的人操作飞歌GALAXY都没有任何障碍，手机配对后可以通过车载音响直接播放手机内的音乐，而你也不必担心离开车时会把手机落下。
在主界面，我们看到了诸如天气预报、手机电视、搜狐视频、Tuneln Radio网络收音机之类的应用，它们都需要互联网络的支持。好在安卓系统很方便，可以通过WIFI、蓝牙网络共享、USB 3G上网卡等多种渠道上网。其中3G上网卡目前仅支持联通的WCDMA制式。
其实最方便的上网方式还是通过手机做热点，让飞歌GALAXY通过WIFI连接。此时在手机和平板上能用的软件，在这里都没障碍。天气预报会自动更新，上方状态条上还会推送最新的网易新闻，甚至发上几条新浪微博都没问题。当然，我们复制几部电影进去，原配的东芝16GTF卡也表示毫无压力。清晰度达到720P的电影可以直接通过自带的暴风影音播放。当然，安装第三方软件也是可以的，一切随你的喜好，但要进入玩家模式才可以，毕竟稳定性是车载导航的关键。
实际上，很多期待飞歌GALAXY的车主都是看中了安卓系统的扩展能力。特别是新兴的蓝牙OBD检测模块、支持语音控制的路况地图，甚至是微信，都可以在车载导航系统上使用。目前，还没有胎压检测和CMMB电视模块等选配件上市的消息，个人认为这不重要，毕竟导航和车载音响才是飞歌GALAXY的本职工作，这恰恰也是飞歌的优势所在。
近乎完美的原车协议兼容、内置三轴陀螺仪、3D实景及路口放大导航、可靠稳定的硬件配置，飞歌GALAXY为我们呈现了顶级导航体验。在我们看来，它不仅是导航仪，更是一台智能机。
自动导航控制系统 篇3
1使用自动驾驶系统进行起垄、播种、喷药、收获等农田作业时, 衔接行距 (结合线) 的精度可达2.5厘米, 可以减少农作物生产投入成本, 并使农作物的种植农艺特性优化, 提高农机作业质量, 避免作业过程产生衔接行的“重漏”, 降低成本, 增加经济效益, 提高农机标准化作业标准。
2在传统农机作业中, 农业机械只能依顺序按照划印器的划痕行驶;而在自动驾驶系统中, 车辆行驶的路线都已根据GPS定位的数据标定好, 这样驾驶员就可根据地块的地形条件选择合理的路线作业。
3通过GPS标定好路线会一直保存在控制器里, 在后续的作业中继续使用。比如在起垄时设定的导航线, 在后面的播种、喷药和收获时可继续使用, 误差在2厘米以内。
自动导航控制系统 篇4
16日，在太空运行的北斗导航卫星准确接收到西安卫星测控中心发出的第3次远地点点火指令，测量数据显示，卫星顺利进入工作轨道，星上设备工作正常，卫星转入正常工作模式，开通导航信号。
这颗北斗导航卫星将参与中国北斗导航系统建设计划。卫星的发射成功，标志着我国自行研制的北斗卫星导航系统进入新的发展建设阶段。
卫星导航系统为人类带来了巨大的社会和经济效益，目前世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。我国先后于2000年10月31日、12月21日和2003年5月25日以及今年2月3日发射了四颗北斗导航试验卫星，成功建立了具有我国自主知识产权的区域性卫星导航系统——北斗卫星导航试验系统。该系统一直运行稳定、状态良好，已在测绘、交通运输、电信、水利、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用，应用前景十分广阔。
据介绍，我国将在未来几年里，陆续发射系列北斗导航卫星，并进行系统组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统，主要用于国家经济建设，满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求。
本次成功发射的北斗导航卫星由航天科技集团公司所属的中国空间技术研究院研制生产。
执行卫星发射任务的长三甲火箭由航天科技集团公司所属的中国运载火箭技术研究院为主研制。
据悉，北斗卫星导航系统的发射任务将全部由长三甲系列火箭承担。由于该系统由不同轨道卫星组成，因此火箭会适时进行技术状态更改。此次发射，火箭进行了较大的技术状态变化。最大的变化是发射的卫星轨道由前12次的地球同步轨道变为中圆轨道。另外，此次发射还首次在火箭上使用了地面预置瞄准起飞滚转定向和高空双风向补偿技术，火箭三级发动机第一次采用一次工作模式，首次采用远距离测发控模式发射等等。这是该火箭连续第13次成功飞行，是长三甲系列火箭第20次成功发射。
此次发射是长征系列火箭第97次发射，是自1996年10月以来，该系列火箭连续55次成功发射。
自动导航控制系统 篇5
详细介绍:
起垄作业在整个农业生产过程中至关重要, 起垄作业的质量直接关系到以后播种, 喷药作业的“重漏”, 关系到作业成本的高低。
传统的起垄作业完全依赖驾驶员的驾驶经验, 在直线度和结合线的精度上很难得到保证, 尤其在地块较大的情况下, 偏航的情况在所难免。返工, 以及播种时的重漏, 结合线偏差过大直接造成生产成本的加大和地块利用效率的降低。
拓普康System150农业自动导航驾驶系统通过高精度的卫星定位系统, 通过电动方向盘控制农机的转向系统, 使农机按照设定的路线 (直线或曲线) 自动行驶, 不需驾驶方向盘。在保证农机直线行驶的同时, 结合线之间的偏差可以控制在最高2厘米, 充分解决播种重漏的问题, 降低生产成本, 提高土地利用效率。
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自动导航控制系统 篇6
船舶运动控制已经形成一门独立的科学,是自动控制技术、计算机仿真技术应用的一个重要领域。作为船舶控制最重要的一种控制算法,模糊控制具有很好的应用前景,而虚拟技术是船舶运动研究的一种重要方式,被广泛应用在军事领域、航海领域等。本课题结合自动控制原理、计算机仿真技术、数据库技术等,将课本理论知识应用到实际问题中,对提高应用能力具有很好的帮助[1,2]。
2 船舶自动导航仿真系统实现
2.1 系统组成
本系统由4个子模块组成,分别是船舶状态检测模块、模糊控制器模块、数据库模块和动态仿真界面模块。系统结构框图如图1所示。系统的主要功能是:首先设定船舶运动的初始状态,在仿真过程中通过检测船舶在运动过程中的状态,经过模糊控制算法,调整舵角控制量,从而控制偏航量[3]。
各模块的功能如下所示:
(1)船舶状态检测模块。通过检测船舶的运动状态,其中包括偏航量,航向等,提供给模糊控制器。
(2)模糊控制器模块。根据船舶状态检测模块提供的精确数据,通过二维模糊控制器,得到最终输出的舵角控制量。
(3)动态仿真界面模块。通过VC++构建动态仿真界面,根据船舶运动的状态,绘制效果图,并实时更新。在动态界面上,显示当前时刻船舶运动状态数据和仿真时间。
(4)数据库模块。存储仿真过程中的检测数据和控制量,为后续数据分析提供数据。
2.2 控制原理
船舶运动仿真系统的关键环节是模糊控制器,另外,船舶状态检测模块作为数据采集及反馈环节。整个控制系统控制原理图如图2所示[4,5]。
航向模糊控制器以航向量和航向量的变化率为输入,控制舵角1输出,位移模糊控制器以位移量和位移量的变化率为输入,控制舵角2输出,两个舵角的输出总量作为实际的控制输出,从而控制船舶的运动[6]。具体的控制流程如图3所示。
3 船舶运动模型
3.1 坐标轴的选取
为了描述船舶在水面上的6个自由度任意运动,通常定义两个坐标系,即固定于地球表面的惯性坐标系和固定于船舶的附体坐标系OXYZ(X指向船首,Y指向右舷,Z指向龙骨),船舶在海上航行受海浪的影响,像任意的刚体一样会产生6个自由度的运动,即沿3个坐标轴的直线运动和船体绕3个坐标轴的转动,如图4所示[7]。
3.2 质点运动方程
取为固定于地球的大地坐标系,远点O为船舶运动始点,对于短距离运动过程来说,地球的曲率可以不做考虑,不过在涉及到大范围航行的航线设计问题时,需单独处理。设船舶运动的速度向量在方向上的分量为,方向上的分量为;船舶当前的位置是;时间变量以t表示,故有式(1)所示:
在实际船舶运动过程中,速度是一个连续变化的量,但根据系统设计的要求,在计算机仿真中,数据采集是一个离散的过程,故必须对船舶运动进行离散化处理。在船舶运动过程中,一定时间间隔内的船舶速度和外界参数变化可视为恒定值,故船舶运动的位置表达式可以简化,如式2所示。
在实际的船舶运动中,船的实际速度受到外界各种因素的干扰,有风,水,浪等,各种干扰因素具有耦合性,分析相对复杂。根据本系统的设计初衷,着重在于模糊控制算法的应用和数据的处理问题,故船舶运动的模型做了一定的简化。对于外界的干扰源,只考虑了风和水的影响。在风和水的作用下,船舶的运动速度可以用矢量来计算,在惯性坐标系中,船舶的实际运动速度矢量合成如图5所示。
船舶位置表达式中XY坐标的速度分量表达式如公式3所示:
4 模糊控制规则
船舶模糊控制器是多输入单输出系统,根据实际情况,设计了位移模糊控制器和航向模糊控制器,综合控制船舶偏航量。
选择输入参数为:位移e1,位移变化率de1,航向e2,航向变化率de2,输出参数为:位移舵角量u1,航向舵角量u2。
位移e1的论域为[-0.4,0.4],位移变化率de1的论域为[-0.04,0.04],位移控制器的输出舵角控制量u1的论域为[-4,4]。
航向e2的论域为[-40,40],航向变化率de2的论域为[-8,8],航向控制器的输出舵角控制量u2的论域为[-4,4]。
对于位移和航向变量,其量化等级都取为9级,即{-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}。采用5个模糊子集,即PB、PS、ZE、NS、NB。根据专家经验,人们对事物的判断往往采用正态分布的思维特点,因此,对于输入输出语言变量均选用正态函数:,系统变量隶属度函数如图6所示。
设计模糊控制器的核心是选择模糊控制规则。根据实际操作经验,本系统制定一组由25条fuzzy条件语句构成的推理语言规则。
将以上25条模糊语句进行归纳,建立推理语言规则表,如表1所示。
模糊控制规则表需对所有输入语言变量量化后的各种组合通过模糊逻辑推理后计算出每一个状态的模糊控制器输出,最终得到模糊控制表。在精确化方法的选择中,针对本系统的特点,采用重心法规则进行模糊决策,制定合理的控制规则,可以实现船舶在风、流作用下的偏航量控制。控制规则表如表2所示。
5 数据库设计
根据数据分析需要,建立船舶运动仿真数据库,存储仿真过程中产生的数据。数据结构如表3所示。
本系统使用ODBC建立MFC与SQL Server之间的连接。
6 仿真测试
本系统采用VC++编写MFC单文档程序作为动态仿真界面,如图7所示。界面显示内容包括当前时刻流速、流向、风速、风向等外部干扰参数,还有当前时刻船舶运动状态参数,包括偏移量、前进距离、舵角和航向。船舶运动的角度参照如界面中右上角所示[8,9]。
6.1 船舶回旋运动测试
为了检查程序的可靠性,对船舶进行静水下的旋回运动测试,若船舶回旋运动具有周期性,则所编程序具有较好的可靠性。(下转到136页)(上接第129页)
给定舵角thelta=10°,初始偏航量为0,在无控制策略情况下,静水条件下仿真,得到对应偏航量曲线,如图8所示。
6.2 外部干扰下的船舶运动测试
以顺风顺水条件为例,对船舶进行仿真测试。设定水流速度呈正弦变化,最小值为0km/h,最大值为15km/h,周期为80秒;水流向呈正弦变化,最小值为-10°,最大值为10°,周期为80秒;风速呈正弦变化,最小值为0km/h,最大值为10km/h,周期为50秒;风向呈正弦变化,最小值为-45°,最大值为45°,周期为100秒。仿真时间为300秒,对应的舵角曲线图,偏航量曲线图如图9所示。
仿真数据存入数据库表result中,部分结果如图10所示。
7 结语
本课题的研究是对控制理论应用在实际问题的一项新的探索,针对船舶运动这个具体的实际问题,应用自动控制原理、数据库技术、可视化技术等进行仿真,能够直观地了解到控制理论的实际意义。经过仿真测试,得到如下结论:
(1)针对船舶偏航量控制,制定模糊控制规则。为了提高系统的控制性能,设计了双模糊控制器,分别对位移和航向进行控制,应用在仿真系统中,经过仿真测试,证实具有良好的效果。
(2)完成整个系统设计,模仿人工操纵船舶运动设计船舶的运动控制策略,使用VC++编写仿真程序。融合数据库技术,对仿真数据进行存储和分析,具有实际的意义。
本课题所研究的基于模糊控制的船舶自动导航仿真系统,重点在于将控制理论应用在实践问题中,通过计算机仿真技术实现,为进一步研究仿真技术应用于自动控制中起到积极的作用。
参考文献
[1]张铭钧.智能控制技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2008.
[2]宋胜利.智能控制技术概论[M].北京:国防工业出版社.2008.
[3]贾欣乐,张显库.船舶运动智能控制与H∞鲁棒控制[M].大连:大连海事大学出版社,2002.
[4]郑明辉,杨松林,王志东.船舶操纵智能控制的实时仿真研究[J].船电技术,2001.5.
自动导航控制系统 篇7
在农业机械自动化飞速发展的今天,农业机械逐步向大型化、自动化、智能化的目标发展[1,2,3]。农业机械自动导航已经逐渐成为农业工程技术的主 要部分[1],很大程度上减少了驾驶员的劳动强度,提高了生产效率和操纵安全性[4]。
本文针对用于草原地形条件下作业的草籽喷播机,在Lab VIEW环境下对其配置的GPS、电子罗盘和超声波传感器进行数据采集,将传感器的数据信息利用串口通讯传输给嵌入式触摸屏; 用PID算法对其自动导航控制系统进行性能测试,为提高草籽喷播机的运行精度、降低草籽喷播机的重播率和漏播率奠定技术基础。
1 导航控制的数据采集的硬件构成
系统的控制器是广州微嵌公司的Win CE嵌入式触摸屏,用来采集GPS、电子罗盘和超声波传感器的数据。数据采集系统的硬件构成框图如图1所示。
1. 1 GPS 模块硬件介绍
GPS模块用来定位喷播机的位置信息,包括: 一是定位UTC时间; 二是纬度; 三是N /S( 北纬或南纬) ; 四是经度; 五是E /W( 东经或西经) ; 六是质量因子; 七是可使用的卫星数( 0 ~ 8) ; 八是水平精度因子; 九是天线高程; 十是大地椭球面相对海平面的高度; 十一是差分GPS数据年龄; 十二是差分基准站号。
1. 2 DCM260B 三维电子罗盘硬件介绍
DCM260B三维电子罗盘集成了高精度的MCU( 微控制单元) ,输出方式多元化,其标准接口包括RS232 / RS485 / TTL等接口。电子罗盘有3个参数,包括Pitch( 倾斜角) 、Roll( 转动角) 及Heading( 方位角) 。其中,电子罗盘的Heading( 方位角) 指向正北极时是0°。
1. 3 超声波传感器硬件介绍
超声波是采用超声波探头发超声波,超声波遇到被测物体后反射给接收探头,来测量模块与被测物体之间的距离,带有RS232 /485输出,需要DC12V供电,采用DB9接头与PC通讯。
2 系统软件设计
系统软件设计主要是上位机Lab VIEW程序设计和Mat Lab建模。Lab VIEW是美国国家仪器公司[5]一种用在图形组态、框图调试和运行的集成化环境,实现虚拟仪器的软件[6]。与其他计算机语言相比,LabVIEW具备编程简单、人机界面友好、数据可视化分析与在线控制等特点[7]。
2. 1 Lab VIEW 的 VISA 节点函数
Lab VIEW串口通信作为仪器通信的一部分,它的函数是VISA( Virtual Instruments Software Architecture)函数的子集。VISA是调用低层驱动器的高层的API,本身并不具备编程能力,使用之前需要事先安装驱动[8]。常用VISA节点函数功能如表1所示[9]。
2. 2 GPS 模块数据采集程序设计
本研究选用遵循NMEA - 0183标准RTCM( RadioTechnical Commission for Maritime Services) 协议的GPS模块[10],Lab VIEW通过“VISA串口配置”函数对系统进行初始化串口配置,再通过“VISA读取”函数读取接收到缓冲区内的GPS数据,通过“截取字符串”的命令截取接收的初始字符串,然后用“ $ GPGGA”判断。如果初始字符串是“ $ GPGGA”,那么把接收的 $ GPGGA后面的所有字符一次性的提取出来,再次通过“截取字符串”提取需要的 $ GPGGA数据,进行数据处理; 如果初始字符不是“ $ GPGGA”,那么Lab VIEW会舍弃本次采集的数据,继续下一次采集。
2. 3 DCM260B 三维电子罗盘数据采集程序设计
标示符固定为68H。数据长度指的是从标示符到校验和的所有字符的长度,数据域根据命令字不同内容和长度相应地变化; 校验和指的是数据长度、地址码、命令字和数据域的和。
Lab VIEW的“VISA资源配置”函数读取电子罗盘,触摸屏以被动接收的方式将电子罗盘采集的数据存放到缓冲区,电子罗盘每采集一次数据是24个字节。电子罗盘的通讯协议的帧格式如表2所示。
根据表1的帧格式,Lab VIEW通过“VISA读取”函数读取缓冲区数据,通过“搜索一维数组”检索起始的标示符68H,“索引数组”判断68H后的3个字节是否是“0D”“00”和“84”,把这4个字节之后的所有字节一并提取出来,进行导航角、旋转角和倾角的数据处理;如果不是这3个字节,舍弃本次采集的数据,继续下一次数据采集。
2. 4 超声波传感器数据采集程序设计
Lab VIEW程序用“VISA写入”指令主动向超声波发送一个呼叫指令( 当发送CF 05 01 01 /02 FD时,喷播机第1个 /第2个超声波启动应答模式) ,超声波接到呼叫指令后,向控制器返回采集的数据。超声波传感器的串口通讯协议的指令格式如表3所示。
超声波传感器的协议是RS485通讯协议,采用应答模式通讯。Lab VIEW通过“VISA串口配置”函数进行串口配置初始化,通过“属性节点”配置“资源名称输出”,通过“VISA读取”函数读取由串口接收到缓冲区内超声波接收的数据; 再通过“搜索一维数组”检索起始的标示符CF,通过“索引数组”判断CF后的3个字节是否是“07”“02”和“01”( 或者“02”) 。如果条件为真,把该4个字节之后的两个字节一并提取出来,进行数据处理; 如果条件为假,舍弃本次数据,继续下一次数据采集。Lab VIEW后面板程序如图2所示。
3 传递函数的建立
转向机构可以看成一阶惯性环节[11],喷播机的方向盘到转向轮的角传动比是2. 432∶1,得到喷播机转向执行机构的传递函数为
式中W1( s) ’—实际转向轮偏转角速度;
W1( s) —方向盘转向角速度。
喷播机转向机构的驱动部分由步进电机、步进电机驱动器和联轴器组成。步进电机通过1∶1. 375的比例与方向盘转轴连接。因此,步进电机转速与方向盘转向角速度之间的传递函数为
实际转向轮偏转角速度W1( s) ’与实际转向偏转角度W1( s) 存在积分关系,有
根据转向驱动机构的基本组成原理,以调节PWM占空比来调节步进电机的转速,在本设计中步进电机驱动器釆用16细分,步进电机固有步距角为1. 8°,所以,由此得步进电机的转速计算公式为
式中n—步进电机转速( 转 /分) ;
f—频率( Hz) ;
T—固有步距角;
X—细分倍数。
当控制步进电机的转速频率较低时步进电机会堵转,频率太高时就会发生失步的现象。通过试验得到频率f与转速n之间的函数关系为
由此可建立调速频率与电机转速的函数关系为
依据转向驱动机构的组成原理,以调整频率f( s)作为输入量,实际转向轮转向角度W1( s) 作为输出量,综合以上公式得到转向驱动机构传递函数模型为
下面进行仿真实验。
4 仿真实验
在Lab VIEW环境下设计的自动导航控制系统,如图3所示。通过Lab VIEW与Mat Lab混合通讯的方法,经过Lab VIEW的数据处理,将抽取的PID算法参数传送给Mat Lab所集成的Simulink进行建模如图4所示。
用GPS接收仪定位喷播机拟跟踪路线,上位机程序实时校准喷播机的运行方向。当喷播机偏离拟跟踪路线时,上位机程序串口发送给喷播机的转向机构校准信号,用阶跃信号模拟上位机发送给喷播机的转向信号,分别选取了喷播机以14. 4、10. 8、7. 2、3. 6km / h的速度跟踪进行仿真,仿真结果如图5所示。
由图5显示: 当喷播机速度很大时,喷播机检测上位机信号的时间和跟踪信号的时间比较短,但喷播机的超调量比较大; 当喷播机速度很小时,超调量则很小,但检测和跟踪上位机信号的时间比较长,使作业效率大大降低。针对草原地形下的作业实际情况,当喷播机以7. 2km /h和10. 8km /h速度运行时,跟踪上位机信号时间分别为3s和4s。其中,检测上位机信号时间分别为1s和2s,最大超调量分别为0. 36km /h和0. 97km /h,基本符合实际作业需要。
5 结论
通过传感器采集数据,运用Lab VIEW数据处理,Mat Lab对草籽喷播机的自动导航系统的性能仿真测试,得出以下结论:
1) Lab VIEW对传感器的开发周期短,自动导航系统界面有很好的直观性、实用性和可移植性;
自动导航控制系统 篇8
速度和精度日益成为农业发展与增收的关键。根据这一要求,天宝公司开发出了爱迪斯(IGS)自主导航驾驶系统。爱迪斯(IGS)自动驾驶系统采用新一代“北斗+GPS”定位技术,向农业用户提供业内领先的智能导航产品。该系统将机车的驾驶系统与北斗卫星定位整合在一起,采用液压系统或者电子马达来控制机械的转向,能够自动驾驶拖拉机、收割机和喷药机,使其工作比以前更快、更高效,从而减少了人为的驾驶错误并且提高了驾驶的精度。内置陀螺进行倾斜补偿,适应于不同的地形作业,如山区、丘陵等。
爱迪斯(IGS)通过连接到拖拉机的液压动力转向系统上,自主驾驶拖拉机进行田间作业。因为它是完全自动的,能够连续一致地高精度工作。该系统包括用于视觉导航的显示器操作终端,RTK北斗接收机(基站和移动站),3D姿态传感器,压力传感器,流量传感器,角度传感器,液压控制阀,以及最为核心的控制器组成。系统核心是基于高性能的导航控制器,该控制器与液压控制机械装置相连。一旦系统使农机具沿着直线开始工作,那么就会自动沿着该直线行驶下去。
自动驾驶的工作原理:在导航光靶上设定行走线,设置导航模式,通过厘米级的RTK卫星定位系统。实时向控制器发送精确的定位信息,方向传感器实时向控制器发送车轮的运动方向,控制器根据卫星定位的坐标及车轮的转动情况,实时向液压控制阀发送指令,通过控制液压系统油量的流量和流向,控制车辆的行驶,确保车辆按照导航光靶设定的路线行驶。
系统终端——显示屏
显示器类似于台式电脑的显示屏,作用是显示与设置。显示器与控制器之间可以使用电缆连接,也可以使用WIFI无线连接。所以该系统是开放式的,各种显示器均可使用,没有限制。可以使用产品提供的标准显示器,也可以自己选择各种工控机,或平板电脑,甚至可以使用大屏幕智能手机。
标准配置显示器,具有轻便耐用、携带方便的特点,非常容易安装和使用,只需简单培训即能操作,屏幕设置简单易懂。可分离式高亮度光靶具有随意安装特点,可根据您视角的方便程度安置在最理想的位置。可以与各种控制系统搭配使用,也可以单独作为光靶使用。引导农机系统,减少您重复工作的时间,提高工作效率和生产速度。特别是喷药机、收割机、整地机等精度要求不高的作业。可调整全彩色显示和光靶的亮度,以提高可见性并延长工作的时间。在控制器屏幕的两边有多功能的快捷键,容易操作。通过便利的USB插口,很容易导出报告文件和图形文件。
工作区域自动成图,能通过屏幕显示提供所工作的区域、速度和线路数,并绘制彩色的区域覆盖图。通过覆盖图,您很容易知道遗失了哪些工作区域,哪些是重复工作的区域。边界线绘图功能能帮助您建立田间轮廓线,在今后的应用中重复使用。了解农田大小和形状将有助于您规划工作量和工作路线。
可选自动分块和流体变量控制
通过自动分块控制,能在您已完成工作的区域时自动控制10个喷洒机的开关,在确保产量的同时能降低生产投入。
可以连接市场上领先的农机和喷洒机,并建立配置参数,如前置或后拖的农机,单挂和双挂均可。
流体变量控制功能能确保您的农机在不同的速度下也能实现稳定的喷洒量。
无限扩展
与采用几种固定工作模式不同,采用最灵活或最有效的导航模式,可以克服固定样式不符合农田现状的问题。您可以采用提供的三种最基本样式予以组合,在屏幕上生成虚拟路径,以达到最适合农田的现状、最方便您的工作。
位置传感器——北斗+GPS卫星接收机
K501 GNSS主板是完全自主研发的全球首款GPS+BDS (北斗二代卫星导航系统)双系统多频高精度小尺寸主板,采用GPS+北斗双系统四频高动态解算引擎,可达厘米级定位精度。该板卡基于公司具有完全自主知识产权的多系统多频率高性能SoC芯片-NebulasTM,采用低功耗设计,提供毫米级载波相位观测值和后处理定位精度,支持芯片级多路径抑制,领先的瞬时RTK和长距离RTK技术,尤其适合高精度测量定位应用。K501拥有优越的动态捕获性能及高精度载波相位解算引擎,填补了BDS高动态、高精度应用市场的空白。
多星接收机芯片的接收机能接收当前和未来可预见的所有卫星信号。能接收更多的卫星信号意味着能达到更高的定位精度,以及在山区和树林里更好的搜星能力,同时确保实现24h全天候工作。
RTK数据链采用双通道组网模式,能够全覆盖,无死角。电台与CDMA/GPRS互为补充,不受网络中断影响农业生产。定位精度达2cm,并兼容GNSS基准站或CORS网络。
核心——导航控制器
选用丹佛斯PLUS1控制器
该自动驾驶系统采用目前最先进的优化算法,完全自主研发的导航程序。控制器采集各个传感器的信息,统一解,给执行机构发出指令,从而达到自动驾驶。控制器也能通过屏幕显示提供所工作的区域、速度和线路数,并绘制彩色的区域覆盖图。IGS自动驾驶系统包含一系列自动导航的模式,包括边界和U形转弯的识别,在掉头转弯时很容易就能锁定下一个行驶路线。系统具有耐用、轻巧和易于携带的特点,很方便就能从一个车辆上拆下后安装到另外一个车辆。系统可以通过标准的ISO总线接口(IS011783)实现直接界面控制的自动驾驶,支持各种不同类型的农机车辆。
可以连接市场上所有的农机、收割机和喷药机,并建立配置参数。也可以升级程序,由自动驾驶升级为北斗卫星平地系统。
传感器之一——3D姿态传感器
其实该系统不仅利用两个卫星接收机定位,而且利用一个惯导传感器测量农机具三维姿态,系统软件将双卫星接收机获取的航向与IMU相互融合与校正,所以属于一种全自动驾驶解决方案。
系统内置地形补偿技术,可适应不同地形,获得并锁定路径。
传感器之二——角度传感器或流量传感器
角度传感器,测量转向轮实际的转向角度。这是高精度自动驾驶所必须的传感器。
精度：12Bit
测量范围：15°~360°
温度范围:-40℃～+85℃
适用外部环境:潮湿,灰尘,振动
流量传感器,通过测量流入转向油缸的液压油的量来计算转向轮子的角度。对于一些无法安装角度传感器的车型是一种最佳的解决方案。
测量范围:0.02～500 Ltr./min
粘性范围:5～25 000 mm2/s
线性度:实际值的±0.5%
最大压力:315MPa
流体最大温度:+180℃
传感器之三——压力传感器
当系统处于自动驾驶状态下,由于某种原因,需要人工驾驶,只需要轻轻转动方向盘,系统中的压力会发生骤变,压力传感器会迅速告知控制器,从而解除自动驾驶。灵敏度通过显示器可以设置。
执行机构——比例换向阀
比例换向阀从控制器获取动作指令,对农机具转向进行控制。液压阀组适合于各种车型,闭芯液压系统,开芯液压系统。
基准站
天宝提供的基站有两种形式,固定式与移动式。
移动基站属于超便携的基准站,它可以迅速地被安置好,并且可同时为多台流动站提供差分信号,最远传输距离可达半径5km。
固定式基站,作业距离远,长期连续运行,适合于大型国有农场。不需要用户设置,拖拉机开机后就可以收到基站的差分信息。
作业模式.
实际应用
自动驾驶在起垄中的应用
在农机起垄中应用自动驾驶系统,农机按照设定的AB直线行走,行间距精度可达2.5cm,这样可以减少播种的重复及遗漏作业面积,夜间作业延长作业时间创造更大价值,多种作业模式提高作业效率,减少机手作业难度,减轻疲劳驾驶程度,在AB直线模式高精度的定位提高土地使用面积。
自动驾驶给农场带来的改变
(1)农机使用自动驾驶系统进行起垄、播种、喷药、收获等农田作业时,衔接行距的精度可达2.5cm,可以减少农作物生产投入成本,并使农作物的种植农艺特性优化,提高农艺作业质量,避免作业过程产生衔接行的“重漏”,降低成本,增加经济效益。
(2)自动驾驶技术可以提高拖拉机或谷物联合收割机的操作性能,延长作业时间,可以实现夜间播种作业,大大地提高了机车的出勤率与时间利用率。
(3)用该套设备能减轻驾驶员的劳动强度,在作业过程驾驶员可以用更多的时间注意观察农具的工作状况,有利于提高田间作业质量。
(4)农机在进行起垄作业时,拖拉机按设定的直线自动驾驶,省去划印器。
后记
精准农业是以后农业的发展方向,尤其是对于我国人口多,耕地面积少的国情,充分提高土地的效率,增加粮食产量,有重大意义。尤其是在中国最大的农业基地黑龙江垦区胜利农场,GPS自动导航系统和变量喷药系统得到广泛使用.为中国以后的精准农业积累了宝贵经验。
精准农业是一个涉及广泛的领域，技术体系复杂，要想在中国得到广泛推广，还得需要农业科技工作者、农场、GPS家共同努力，共同推进以农机自动化为基础的精准农业的发展。
自动驾驶技术能带给您诸多益处:
可用于平地或坡地,惯导修正翻滚或摇摆
·非常简单操作,按下按钮即可开始自动驾驶,转动方盘立即解除自动驾驶
·允许全天候工作——大雾、沙尘或夜间
·坚固的设计适应恶劣环境
·可扩展功能,高性价比
·高标准的质量和可靠性
·多种耕作模式
·设置轮距参数,延长田间工作时间,无需常规标记物
·减少了对高超驾驶技术的要求,减少行作物的重叠,节约了时间与花费
·减轻疲劳与驾驶错误,帮助快速完成工作
·安全可靠、界面友好,自动、始终如一的驾驶
·提高田间工作效率,减少作业的遗漏和重叠,节省燃油。减少土壤压实,提高了标准化作业水平
特点
·支持GPSL 1/L2,北斗BDS B1/B2，双星四频
·优于进口板卡的双星解算引擎，真正实现GPS+BDS的双星解草适应更恶劣、更远的定位环境
·支持GPS/BDS单系统独立定位和GPS+ BDS多系统联合定位
·兼容进口板卡的物理尺寸、电气接口以及指令报文，可完全替代进口板卡
·快速RTK,可安装 于测量型GNSS接收机或手持GIS采集器内
·可直接输出PJK平面坐标，易于各种系统集成及机械控制等
·.支持短、中、长基线，RTK作业距离最长可达50Km
·支持定制化服务，可 以满足不同行业应用的特殊需求
·100M内存数据存储，可自动记录原始数据
·体积小、质量小、功耗低
石器时代的“导航系统” 篇9
一项新发现认为，早在5000年前，古人就能利用石圈和其他标记物形成“网格旅游图”，引导人们穿越不列颠岛。
英国德文郡霍尼顿市一位史学爱好者汤姆·布鲁克斯宣称，早在石器时代，英国就有由立石、山顶炮台、石圈和山顶营地组成的复杂网络，帮助旅行者“极精确”地跋涉数百公里。这种网格状“导航图”覆盖了英格兰南部和威尔士大部分地区，其中包括巨石阵和西尔布利山（欧洲最大的人造土山）这样举世闻名的地标。
布鲁克斯分析了英格兰和威尔士地区的1500个史前遗址。借助全球定位系统（GPS），布鲁克斯指出了在各个山头“纪念碑”间通行的路径，并标注了它们的位置。结果惊奇地发现，英国许多名胜古迹都建造于巨大的等腰三角形网格之内，一个遗址同其他两个遗址连接起来，就构成一个等腰三角形。这证明，这些遗址并非胡圈乱点，而是精心设计的“导航地标”。时至今日，很多遗址相互间凭肉眼仍可轻易眺望，因而，也就能轻而易举地进行两点一线式的道路识别。
即使旅游线路相对复杂，参照一个个容易识别的两点一线式线路，也能穿越大陆而不至于迷失方向。比如，某人从威尔特郡的西尔布利山出发，可以利用这个“网格状地标导航系统”走到康沃耳郡西部的“亚瑟王圆桌”石棚遗迹，而无须随身携带地图。
布鲁克斯说：“有些巨型三角形的边长超过160公里，然而其各条边长间误差不到100米，这绝非瞎猫碰到死耗子。这些网格状导航地标的几何测量是如此先进、复杂而精准。”
自动导航控制系统 篇10
我国是世界上唯一一个养殖产量超过捕捞产量的国家,也就决定了在今后很长的一段时间里我国渔业将以水产养殖为主。我国主要淡水养殖方式中,池塘养殖产量占淡水养殖的70.3%,面积占淡水养殖的42. 9% 。但是,目前池塘养殖自动化程度不高。20世纪80年代开始有池塘各种自动投饲机相应问世,90% 以上是投放固体颗粒型饲料,投饲抛撒半径1. 5~ 5m[1]。投饲机应用的主要方式是定点投饲,受投饲半径以及投饲均匀性并不理想等因素的限制,投饲机在池塘养殖中的实际配备量并不高,投饲环节仍以人工投饲为主。抛撒均匀度一直是评价投饲效果的重要指标[2],投饲不均匀将造成饲料浪费、污染水体等一系列问题。因此,均匀投饲成为了一个亟待解决的问题。
本文根据池塘养殖的特点,设计了自动导航船,根据大量的实验分析,确定了设计参数与结构。经过测试验证,其自动导航精度符合要求,可用于搭载池塘投饲机、池塘增氧机等,以实现池塘均匀投饲与均匀增氧。
1 超声波 /电子罗盘组合导航原理
1. 1 系统硬件结构
导航系统硬件主要由超声波水下测距仪、航向测量模块DCM260B、超声波测 距传感器、基 于STC12C5A60S2架构机构及电源等部分组成,如图1所示。由于超声波在水中传播速度是空气中的3倍多,相对衰减速率慢,因此使用ZMY - 100超声波水下测距仪来测量船侧与岸边距离。该测距仪量程达到0.5 ~100m,最大测量误差±0.2%,采样频率15Hz,数据由RS232串口输出。航向测量模块DCM206B自带硬铁校正和软铁校正模块,航向精度±0.8°,采样速率1Hz,采用RS232串口输出。由于超声波水下测距仪量程大,测距探头比较大、安装不方便,而且价格高。因此,根据船头测距的实际需要,选用低成本的超声测距传感器可以达到测距要求。这款传感器是空气使用的,换能器是陶瓷材质,量程0. 01 ~ 10m,精度±0. 03mm,测量频率500Hz,输出接口为TTL串口。
1. 2 设定路径下系统工作原理
本文采用了“相对位置、姿态角检测部分 + 单片机控制部分 +转向机构控制部分”三级结构来构建整个自动导航系统。该系统中参考船与池塘岸边的距离确定船在池塘中的位置,电子罗盘检测船的姿态角,单片机根据船的相对位置和航向角发送控制指令,转向机构控制部分执行单片机发送的指令,使船以设定路径行驶,如图2所示。超声波水下测距仪测距探头水平安装在船的左侧,指向与船头指向呈90°,并且保证行驶中探头始终在吃水线以下。工作过程中,超声波水下测距仪测量与参考岸的距离,系统根据该距离确定自身相对位置,从而进行航向调整。超声波测距传感器安装在船头并且与船头指向相同,当船头距离目标岸边距离达到设定距离,单片机运行对应程序,转向机构执行U形转弯指令。U形路径采用定时、定舵偏转角度方式实现,具体偏转角度和保持时间根据实验测得。若给定舵偏转角度为25.80°,维持时间为18. 71s后回正舵向。U型转弯的转弯半径为5m,该半径根据投饲机投饲半径确定。
图2 路径规划Fig. 2 The Path plan
2 纠偏算法及纠偏程序设计
2. 1 偏差情况分析
直线路径规划以池塘岸作为参考,如图3所示。
图3 偏差可能出现的所有情况Fig. 3 The possibilities of deviation
图3中,点画线即为导航船参看岸边距离d拟行驶的直线路径。船与岸边距离有偏差时需要进行判断并做出相应调整,可能出现偏差的情况有6种,如图3所示。图3中,箭头指向代表船头指向,箭头位置代表船的位置。其中,1、3所代表的航向与的位置组合的情况下,船正在向标准直线逼近,不需要进行调整;2、4代表的航向与位置的组合的情况下,船正在远离标准直线路径,需要进行相应调整;5、6代表的情况仍存在位置偏差,应该根据偏差大小进行调整。
2. 2 纠偏算法
PI算法是本文路径纠偏的理论基础。PI算法公式[3]为
其中,e(t)表示输入;u(t)表示输出;Kp是比例系数;Ki是积分系数;t是积分时间。
本文中采用位置偏差|ε(t) |作为PI输入,输出n(t)。n(t)作为步进电机执行的脉冲个数,执行机构执行该操作指令实现舵角偏转,从而改变或保持当前航向。其中,α(t)表示航向偏差,并且规定航向左偏(图3中2、3箭头指向),则α( t) < 0;右偏( 图3中1、4箭头指向)则α(t) >0。规定位置在左侧的偏差(图3中1、2位置所示),则ε( t) < 0;位置在右侧的偏差( 图3中3、4位置所示),则ε(t) >0。首先判断偏差ε(t)是否在允许偏差范围( ±0.03)内,如果在该范围内,就不做调节。否则,进行下一步判断:当ε(t)·α(t)≥0时,船在水中的位置和航向就是图3中对应2、4、5、6中的一种,此时需要做相应调整;再根据位置偏差ε(t)> 0,则调整航向至左偏,ε(t) < 0,则调整航向至右偏。纠偏程序设计流程如图4所示。
以偏差距离作为PI的输入、航向调整作为输出的工作模式,在系统纠偏前期,出现位置偏差较小,航向偏差较大的情况下,可能不能通过一次调节将航向调节到理想状态;根据调整后的偏差距离和船头指向实时判断是否已经纠正了当前的航向,即判断ε(t)·α(t)的正负;如果还没有纠正,再次进行调节,直到偏差得到纠正。
3 试验研究
3. 1 试验设备
本文试验平台为自己搭建的试验船,长3m,宽1. 06m。试验平台总质量203. 5kg,采用电动舵桨驱动,在船尾部中心处安装,水面行驶速度保持在0 . 5 ~ 0. 7m / s,可认为做匀速运动。
3. 2 试验内容及步骤
本文进行的试验为:直线路径纠偏效果测试试验。试验步骤如下:
1) 电子罗盘校准,测量出参考岸方向,并输入到单片机中;检测各个传感器,确保系统运转正常。
2) 拉直百米绳与参考岸方向平行,试验场地如图5所示。百米绳上每1m处有一标记,在船上测量船侧距离百米绳上标记点的距离,测量方向与船舷垂直,用来记录船每行驶1m的横向偏差。
图5 纠偏验证试验Fig. 5 Deviation rectification verifying experiment
3. 3 试验分析
测试结果如图6所示。
图6 偏差测试结果Fig. 6 The data sheet of deviation
随着纵向行驶距离变化,基于超声波测距和电子罗盘组合的自动导航系统存在一定的超调和震荡,震荡收敛在标准路径的±0. 2m的区间内。其稳态时最大偏差为0. 2m,说明该自动导航系统精度达到了亚米级精度。考虑到水底的环境复杂、参考岸的不平整和自动导航技术在池塘养殖领域相关的研究还没有普及等因素,该导航精度可以接受。
分析产生超调的原因:船刚刚启动,前期速度较慢,系统对位置的修正比较缓慢,对航向过度调节;随着速度增加至匀速,航向的过调使位置偏差变大。系统进入稳态运行后,产生振荡的原因同风速的扰动和水下测距环境有关,而测距传感器本身的精度也对该结果有一定影响。
4 结论
1) 通过对池塘养殖特点的分析,设计开发了自动导航系统。该系统导航自动精度达到了亚米级,符合投饲、增氧的要求。
2) 农业自动导航中普遍使用基于D - GPS导航的方式,开发成本高[4,5]。本文采用航位导航的方式,开发成本低,具有良好的经济预期。
摘要：设计了一种基于超声波测距仪和电子罗盘组合的池塘养殖船自动导航系统,对系统的传感器组合导航方式进行了介绍,分析了系统的硬件结构,制定了基于PI算法的直线路径纠偏的算法,将自动导航技术应用在池塘养殖领域。在构建的平台上进行了测试实验,结果表明:基于PI算法、传感器组合导航算法的自动导航系统能够有效地纠正偏差,自动导航的总体精度控制在合理范围内。
关键词：自动导航,池塘养殖,超声波测距,信息融合,纠偏
参考文献
[1]葛一健.我国投饲机产品的发展与现状分析[J].渔业现代化,2010,38(4):63-65.
[2]周晓林,焦仁育.渔业自动投饲机类型、结构原理与应用[J].渔业现代化,2003(6):46-47.
[3]吴士昌,吴忠强.自适应控制[M].北京:机械工业出版社,2005:65-69.
[4]李建平,林妙玲.自动导航技术在农业工程中的应用研究进展[J].农业工程学报,2006,9(22):232-236.