[发明专利]一种拖拉机自动转向系统的建模系统

说明书

本发明公开了一种拖拉机自动转向系统的建模系统，所建模型系统包括期望转角决策模块，航向角控制器，角速率控制器，电流至前轮转角模型，前轮转角至航向角模型，以及航向角至车辆位置模型。其中，期望转角决策模块利用指令航向角与横向位置偏差相结合的方式生成期望转角的控制指令。航向角控制器采用比例‑积分控制算法，角速度控制器利用比例控制算法。电流至前轮转角模型中包含了电磁阀的死区特性模型。前轮转角至航向角的模型中包含了车速及车身长度等信息。本发明提供的方案可以大大节省自动驾驶系统的控制算法开发时间，有助于提升系统开发的效率。

技术领域

本发明涉及自动控制技术，具体涉及拖拉机自动转向系统的建模与控制方案。

背景技术

如今越来越多的拖拉机已经集成或者加装了自动导航驾驶系统，用于在起垄、播种、植保等不同的田间作业过程中实现拖拉机的自动驾驶与转向，从而保证理想的作业效果。

然而，在拖拉机自动转向控制系统的研发过程中，如果不对自动转向系统进行充分建模，则其控制算法的参数只能通过在实际的自动驾驶实验中根据经验进行人为调试。这样会导致调试效率低下，不容易实现理想的控制效果，并且较难找到影响控制效果的因素。市面上还缺少一套较为完整通用的拖拉机自动转向控制系统的理论仿真模型，用于自动转向控制算法的仿真与调试。

发明内容

针对目前市场上所存在上述的问题，需要一种较为完善的拖拉机自动转向系统的理论模型来实现对控制算法较为方便的验证方案。

为此，本发明所要解决的问题是提供一种拖拉机自动转向系统的建模系统，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了解决上述问题，本发明提供的拖拉机自动转向系统的建模系统，包括：

期望转角决策程序模块，首先根据期望路径计算出拖拉机的期望航向轨迹角，接着结合拖拉机的实际位置(x,y)，计算出拖拉机当前位置与期望行驶轨迹之间的垂向距离，即横向位置偏差；通过该横向位置偏差与40m的比值求出航向偏差角；最后将期望航向轨迹角与航向偏差角之和作为航向角控制指令输出至航向角控制器程序模块；

航向角控制器，根据期望转角决策程序模块输出的航向角控制指令结合拖拉机的实际航向角计算出航向角速率指令，并输出至角速率控制器；

角速率控制器，根据航向角控制器输出的航向角速率指令结合拖拉机的实际向角速率计算出指令电流值，并输出至电流至前轮转角程序模型；

电流至前轮转角程序模型，根据角速率控制器输出的指令电流值，计算出拖拉机前轮转角值，并输出至前轮转角至航向角程序模型；

前轮转角至航向角程序模型，根据电流至前轮转角程序模型输出的拖拉机前轮转角值计算出拖拉机的实际航向角和拖拉机的实际航向角速率，并将拖拉机的实际航向角传至航向角控制器和航向角至车辆位置程序模型，将拖拉机的实际航向角速率输出至角速率控制器；

航向角至车辆位置程序模型，根据前轮转角至航向角程序模型输出的拖拉机的实际航向角计算出拖拉机当前的相对位置坐标(x,y)，并输出至期望转角决策程序模块。

进一步的，所述航向角控制器采用比例-积分控制方法对拖拉机行驶过程中的航向角进行控制，所述比例-积分控制方法通过如下计算公式来实现：

其中，为航向角控制器所计算出的航向角速率指令，k_p，k_i分别为比例控制参数与积分控制参数，θ为拖拉机的实际航向角。

进一步的，所述角速度控制器利用比例控制算法对拖拉机行驶过程中的航向角速率进行实时控制，通过如下计算公式来实现：