1KPZ-250型開(kāi)溝鋪管機GPS自動(dòng)導航系統設計

　　摘要：以1KPZ-250型開(kāi)溝鋪管機為試驗平臺，采用RTK-GPS定位技術(shù)，進(jìn)行農業(yè)機械自動(dòng)導航試驗。針對開(kāi)溝鋪管機液壓驅動(dòng)，履帶式行走機構的特點(diǎn)，設計了左右履帶行走速度控制與監測系統，實(shí)現了開(kāi)溝鋪管機行走自動(dòng)控制。根據GPS接收機與車(chē)載傳感器獲取車(chē)輛姿態(tài)信息，采用PID控制方法，構建轉向閉環(huán)控制系統，實(shí)現開(kāi)溝鋪管機的自動(dòng)對行導航，并進(jìn)行了開(kāi)溝鋪管機田間導航跟蹤試驗。試驗結果表明，在開(kāi)溝鋪管機對行導航作業(yè)中，車(chē)輛行進(jìn)速度不大于0.5m/s時(shí)，對行跟蹤誤差小于10cm，完全可以滿(mǎn)足開(kāi)溝鋪管作業(yè)精度要求。

　　引言

　　我國北方以及沿海地區有著(zhù)相當數量的鹽堿地需要治理和改造，依靠人工開(kāi)溝、鋪管，不僅效率低，勞動(dòng)強度大，作業(yè)成本高，而且工程質(zhì)量難以保證。1KPZ-250型開(kāi)溝鋪管機是專(zhuān)用于暗管排堿技術(shù)的大型工程機械，可將滲管以精確的高程和坡度埋入地下，同時(shí)在滲管周?chē)弦欢ê穸鹊纳车[料。滲管的高程和坡度由激光制導系統來(lái)控制，而滲管鋪設的直線(xiàn)度，需要人為在地頭兩端豎立標志桿，用于指引開(kāi)溝鋪管機上的駕駛員直線(xiàn)行駛。由于田間作業(yè)風(fēng)沙大，駕駛員的駕駛水平及長(cháng)時(shí)間枯燥乏味的跟蹤駕駛，對開(kāi)溝鋪管作業(yè)的直線(xiàn)度有很大影響，并且需要專(zhuān)人豎立標桿，存在不安全因素。開(kāi)溝鋪管機實(shí)現GPS自動(dòng)對行行走將有效地減輕駕駛員的勞動(dòng)強度，減少勞動(dòng)力，提高滲管鋪設直線(xiàn)度精度。本文以1KPZ-250型開(kāi)溝鋪管機為平臺，對其履帶式行走機構進(jìn)行電控設計，結合GPS技術(shù)與智能控制策略，使開(kāi)溝鋪管機能跟蹤預設直線(xiàn)路徑行走，實(shí)現開(kāi)溝鋪管自動(dòng)導航作業(yè)。

　　開(kāi)溝鋪管機行走機構電控設計

　　1KPZ-250型開(kāi)溝鋪管機采用液壓驅動(dòng)，履帶式行走機構，左右履帶各有一套液壓驅動(dòng)裝置，通過(guò)調節伺服閥開(kāi)度來(lái)改變驅動(dòng)馬達上的液壓流量，從而控制左右履帶行走速度。驅動(dòng)馬達上安裝有測速編碼器，通過(guò)采集編碼器數字脈沖信號，可推算出左右履帶行走速度。行走機構電控系統結構如圖1所示?！　?/p>

 

　　開(kāi)溝鋪管機行走控制器是硬件設計的核心部分，它由傳感器信號采集、D/A轉換、電壓跟隨驅動(dòng)電路、微控制器和串行總線(xiàn)接口組成。主要控制電路設計如圖2所示。微控制器采用Microchip公司的PIC18F2580。通過(guò)CAN總線(xiàn)與車(chē)載計算機進(jìn)行數據通訊，布線(xiàn)簡(jiǎn)單，通訊可靠性高。通過(guò)數模D/A轉換器將數字信號轉換成電壓模擬信號，D/A轉換器采用TLC5615，與微控制器采用3線(xiàn)串行輸入，10位數模轉換輸出，其參考電壓源3V由芯片AD780提供，D/A轉換分辨率為3mV/bit，使系統具有較高的轉換輸出精度。U10運算放大器與電阻R101、R102組成電壓放大電路，Q10三極管提高驅動(dòng)電路帶負載的能力，輸出信號通過(guò)限流電阻R106加載到電磁閥線(xiàn)圈上，可實(shí)現對電磁閥開(kāi)度的控制，從而達到調節驅動(dòng)馬達轉速的目的。微控制器采用定時(shí)計數方式對測速編碼器信號進(jìn)行采集，通過(guò)行走動(dòng)力傳動(dòng)比，推算出左右履帶的行走速度。整個(gè)系統采用24V工作電壓，低功耗設計，與外部設備的接口進(jìn)行光電隔離，降低外部干擾，提高系統工作可靠性。