基于东方红SG-250拖拉机电控液压转向系统研究

摘要

轮式拖拉机是实现农业现代化和农业机械化必不可少的部分，由于农田作业时灰尘大，同时由于车辆的驾驶涉及方向盘、油门、离合器、刹车和换档等多个操纵机构，工作时各操作机构要协调配合动作，故长时间驾驶很容易引起驾驶员的疲劳。由于车辆在行驶中的颠簸等原因，时间长了还会造成驾驶员的职业病，尤其是在一些农用及工程车辆，如拖拉机、推土机、矿山运输车、救火车等作业环境恶劣，劳动强度大，对驾驶员的伤害更大，这些车辆的驾驶自动化是十分必要的。所以本研究旨在开发一套可用于拖拉机辅助驾驶/自动驾驶的转向控制系统，为下一步的自主行走以及自主作业做铺垫。本文详细论述了所开发的拖拉机电控液压动力转向控制系统的基本构成、硬件和软件设计方案和系统控制方法。
　　 首先，研究拖拉机自动转向系统的特性和原拖拉机转向系统结构及其功能进行分析的基础上，参考目前国内外对拖拉机自主转向的改造方案，确定了自主转向控制系统的总体改造原则和改造方案;基于东方红SG-250拖拉机液压转向系统的结构特点和自主行走拖拉机工作要求，提出了系统的液压油路改造方案，同时考虑到拖拉机的安装空间本研究选用叠加阀原理。
　　 其次，设计了控制系统硬件，包括最小系统电路、角位移传感器采集电路、比例方向阀控制电路、电磁换向阀控制电路和CAN通讯电路等;在系统硬件的基础上设计了转向控制系统的控制软件，包括角位移传感器数据采集程序、比例方向阀的控制程序和PD控制算法程序等。
　　 最后，为了检验所研制的电控液压动力转向系统的性能，对系统改造部分进行了SIMILINK联合仿真并进行了室内与室外试验。试验结果表明，该电控液压动力转向系统具有转矩大，响应速度快，转向精度高等优点。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外农用拖拉机自动驾驶研究现状

1．2．1 国外农用拖拉机自动驾驶研究现状

1．2．2 国内农用拖拉机自动驾驶研究现状

1．3 课题研究的内容

1．4 本章小结

第二章 拖拉机自动驾驶转向系统方案设计

2．1 拖拉机自动驾驶

2．2 拖拉机转向控制系统方案设计

2．2．1 转向系的作用

2．2．2 转向系的改造原则

2．2．3 转向控制系统执行机构的选择

2．3 转向控制系统控制算法的选择

2．4 本章小结

第三章 拖拉机自动驾驶转向系统硬件设计

3．1 自动转向控制系统执行机构设计

3．1．1 油泵

3．1．2 电磁换向阀的选择

3．1．3 比例方向阀的选择

3．1．4 液压缸

3．1．5 角位移传感器的选择、标定与安装

3．2 转向控制系统电路设计

3．2．1 控制器最小系统设计

3．2．2 控制系统输入输出电路设计

3．3 本章小结

第四章 拖拉机自动驾驶转向控制系统软件设计

4．1 软件开发的步骤和要求

4．1．1 软件开发的要求

4．1．2 单片机软件应用系统开发步骤

4．2 转向控制系统的软件设计

4．2．1 程序设计

4．2．2 A／D采集程序设计

4．2．3 PD控制算法程序设计

4．3 系统调试

4．3．1 控制信号仿真调试

4．3．2 系统总体调试

4．4 本章小结

第五章 拖拉机自动驾驶转向控制系统仿真和试验分析

5．1 实验系统组成

5．2 带死区的PD控制器参数KP、KD的确定试验

5．3 转向性能试验

5．3．1 小目标斜坡跟踪试验

5．3．2 大目标正弦跟踪试验

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢