[发明专利]液压式农机自动转向控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及农机导航控制技术领域，尤其是应用于农机液压式转向系统的自动转向控制装置及控制方法。

背景技术

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，农机自动转向技术的具有较高的重要性。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，大多为电控液压阀形式，且基本都包括比例换向阀和电磁开关阀。通常对农机的控制方式，多为通过模拟电压信号对液压转向系统中的比例阀进行控制，且使用的控制方法多为PID控制方法中的比例控制。

模拟电压信号容易受到传输线阻抗影响，而且，即使控制电压在传输到比例换向阀的放大器之前产生了较大的压降，转向控制器通常无法获得反馈或者需要加入额外电路才能获得反馈。这在转向控制系统中引入了额外的干扰因素，降低了转向控制精度。由于液压转向系统自身存在死区、饱和以及不对称的特性，所以使用比例方式进行转向控制时，难以实现左转和右转的控制效果都达到很高精度。

发明内容

为了解决传统电压式控制带来的压降误差和比例式控制方法对液压转向系统不对称特性处理的局限性，本发明提出了一种采用电流型控制信号的液压式农机自动转向控制装置及控制方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：液压式农机自动转向控制装置，包括：相互连接控制器和液压驱动模块；

控制器：接收与其连接的上位机的命令，并通过对液压驱动模块的控制进而控制农机自动转向；

液压驱动模块：与农机原转向器、转向油缸、油泵、油箱连接；接收控制器的控制信号进行手动/自动转向油路切换：即应用农机原转向器手动转向或者通过比例换向阀改变转向油缸内的液压油的流向、流量实现农机的自动转向。

所述液压驱动模块包括电磁开关阀、比例换向阀和减压阀；电磁开关阀为三个两位三通的电磁开关阀A、B、C；电磁开关阀A的常闭端口和农机原转向器的P口连接，常开端口与比例换向阀的P口连接，公共端口与油泵的输出连接；电磁开关阀B的常闭端口和农机原转向器的A口连接，常开端口与比例换向阀的A口连接，公共端口与转向油缸的A口连接；电磁开关阀C的常闭端口和农机原转向器的B口连接，常开端口与比例换向阀的B口连接，公共端口与转向油缸的B口连接；减压阀与油泵的输出端连接。

所述控制器包括：处理器与CAN通信模块、电磁开关阀控制模块、比例换向阀控制模块、紧急开关检测模块连接；紧急开关检测模块通过紧急开关与电源连接；电磁开关阀控制模块与液压驱动模块的电磁开关阀连接；比例换向阀控制模块与液压驱动模块的比例换向阀连接。

所述电磁开关阀控制模块包括顺序连接的达林顿晶体管、继电器；达林顿晶体管的输入端与处理器连接，输出端与继电器的线圈控制端连接，继电器的两个触点分别连接电源和电磁开关阀的线圈控制端。

所述比例换向阀控制模块包括：两个数字隔离芯片分别与两个电流源数模转换芯片顺序连接；数字隔离芯片与处理器连接，电流源数模转换芯片通过电流输入放大器与比例换向阀的两个电磁铁连接。

所述紧急开关检测模块包括：串联的达林顿晶体管A和静电放电保护芯片；达林顿晶体管A输出端与处理器的中断引脚连接，该输出端连有上拉电阻；静电放电保护芯片输入端通过手动开关与电源连接。

液压式农机自动转向控制方法，包括以下步骤：

控制器接收上位机的开始命令，控制液压驱动模块内的电磁开关阀闭合使农机切换为自动转向模式；

控制器根据转向角度设定命令中的角度设定值以及来自传感器的转向角度测量值、农机速度测量值进行自适应模糊PID控制；得到的流向和流量的控制量输出至控制液压驱动模块的比例换向阀实现自动转向控制；

控制器接收上位机的转向停止命令，控制液压驱动模块内的电磁开关阀断开使农机切换为手动转向模式，结束自动转向控制。

所述进行自适应模糊PID控制包括以下步骤：

将转向角度设定值θk)与转向角度测量值y(k)的差值e(k)和农机速度测量值v(k)作为自适应模糊控制器的输入，通过自适应模糊控制得到PID控制器的比例参数k_p、积分参数k_i、微分参数k_d输出至PID控制器；

PID控制器根据输入的e(k)得到控制量P(k)，P(k)转换成为电流控制信号控制放大器，通过控制比例换向阀的导通方向和流量大小，从而控制农机转向的方向和速度。