張剛，陳志楨，程尚坤，溫興，馬強龍，楊洋,2，馬標

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學工學院，合肥市，230036；2.合肥綜合性國家科學中心人工智能研究院(安徽省人工智能實驗室)，合肥市，230036；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究揚，南京市，210014)

0 引言

隨著智能農(nóng)業(yè)化的發(fā)展，自動駕駛農(nóng)機和農(nóng)業(yè)機器人越來越多的應用到農(nóng)業(yè)上[1]，作為自動駕駛的核心部件，一款控制精度高、響應迅速、成本低、可靠性高且集成度高的自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是當下研究的重點[2]。電控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設計主要有電控轉(zhuǎn)向液壓閥[3-5]及電控轉(zhuǎn)向電機[6-8]兩種方案。電控轉(zhuǎn)向液壓閥的方式一般在整車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上并聯(lián)一個轉(zhuǎn)向電控液壓閥來達到控制轉(zhuǎn)向的目的，該方式控制精度較高且響應迅速，但控制器價格昂貴，且結(jié)構(gòu)復雜，對整車改裝大，不便于商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。Liu等[9]設計了一款三位五通換向閥和兩個單向閥組成的前輪液壓轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)，該方式在正弦波信號下平均誤差為0.27°，且響應存在振蕩現(xiàn)象，不夠平穩(wěn)；羅錫文等[10]設計的電控比例液壓閥作為轉(zhuǎn)向執(zhí)行機構(gòu)，該方式響應迅速，控制精度較高，但采用的液壓閥價格昂貴，不易安裝操作，且響應存在穩(wěn)態(tài)誤差的問題；趙建東等[11]在基于東方紅SG-250拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)研究中并聯(lián)了一個比例方向閥，但也存在需要對油路進行改造，加裝過程復雜且需要考慮漏油的問題。電控轉(zhuǎn)向電機的方式一般在方向盤或者轉(zhuǎn)向柱上安裝一個直流電機，該方式的優(yōu)點是對車輛改動小，體較小，但是控制扭矩較小，需要改裝現(xiàn)有的方向盤，且對安裝精度要求較高。Yin等[12]在水稻插秧機的轉(zhuǎn)向柱上加裝一款伺服電機用于控制轉(zhuǎn)向，該方式的優(yōu)點是對車輛改動小，通過齒輪直接與方向盤連接，控制可靠，但直線行駛誤差較大；張聞宇等[13]在拖拉機自動導航摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動系統(tǒng)設計與試驗中在拖拉機的方向盤上加裝了步進電機來控制轉(zhuǎn)向，響應精度高，但存在著對安裝的精度要求高，且可能會存在滑移現(xiàn)象。

針對以上情況，設計一款結(jié)構(gòu)簡單，適用性強，控制精度高且安裝便捷的農(nóng)機自動轉(zhuǎn)向集成裝置及其電控系統(tǒng)是必要的。本文設計了一款車規(guī)級的采用雙閉PID控制算法的自動轉(zhuǎn)向控制器，并進行仿真試驗與田間實車試驗，使目標車輪的角度與角速度精確得到可靠的控制，具有體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)向控制力矩大、控制精度高等優(yōu)點，可方便的加裝在各類自動駕駛的農(nóng)機和機器人。

1 自動轉(zhuǎn)向集成裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)設計

考慮農(nóng)業(yè)機械的轉(zhuǎn)向控制主要是控制全液壓轉(zhuǎn)向器的左右開合達到控制車輪轉(zhuǎn)向油缸伸縮的目的，根據(jù)這一特點及農(nóng)機轉(zhuǎn)向機械控制原理，設計自動轉(zhuǎn)向集成裝置[14-15]，如圖1揚示。

圖1 自動轉(zhuǎn)向集成裝置整體結(jié)構(gòu)設計Fig.1 Overall structural design of the automatic steering integration device

該裝置主要由直流有刷電機，齒輪減速器及全液壓轉(zhuǎn)向器三部分組成，并根據(jù)人工駕駛時最快打方向盤的速度和力矩選型電機和設計減速器，需滿足

式中：wc——電機角速度，rad/s；

wm——人工駕駛下最大轉(zhuǎn)向角速度，根據(jù)多次不同駕駛員打方向盤的平均數(shù)取值為4.18 rad/s；

n——減速器減速比；

Nc——電機需輸出力矩，N·m；

Nm——驅(qū)動全液壓轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向的輸入力矩值，一般小于5 N·m。

車載電源為12 V的直流蓄電池，根據(jù)以上的參數(shù)選擇自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)的電機為直流有刷電機，型號為ZY6812，其技術(shù)參數(shù)如表1揚示。

表1 驅(qū)動電機參數(shù)Tab.1 Drive motor parameters

該電機具有體積小巧，成本低廉，控制方式簡單，輸出力矩較大，適用于自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)大規(guī)模的產(chǎn)品化加工。減速器設計減速倍數(shù)為1∶25，具備集成度高、制造成本低、體積小、便于攜帶及快速等特點。自動轉(zhuǎn)向集成裝置各部分之間通過機械齒輪直接連接，且加裝外殼密封，可靠性高。自動轉(zhuǎn)向集成裝置的主要技術(shù)參數(shù)如表2揚示。

表2 自動轉(zhuǎn)向集成裝置主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Main technical parameters of automatic steering integration device

1.2 工作原理

直流有刷電機為自動轉(zhuǎn)向集成裝置提供動力，通過減速器減速后輸出給全液壓轉(zhuǎn)向器，減速器采用二級減速，每級之間的減速比均為1∶5，將前級電機的轉(zhuǎn)速縮小了25倍后再輸出給后級的全液壓轉(zhuǎn)向器，使得電機提供更大的力矩且提高了全液壓轉(zhuǎn)向器的可控性。

自動轉(zhuǎn)向集成控制機構(gòu)在農(nóng)業(yè)機械上的控制原理如圖2揚示，液壓泵將液壓油供給轉(zhuǎn)向液壓回路，此時通過控制全液壓轉(zhuǎn)向器的正反開通大小及開通速度來控制輸出的流量，再輸出給雙向液壓油缸控制車輪轉(zhuǎn)向。

圖2 自動轉(zhuǎn)向集成控制機構(gòu)控制農(nóng)機轉(zhuǎn)向原理圖Fig.2 Automatic steering integration device to control the steering of agricultural machinery schematic

控制器通過接收上位機的目標車輪位置指令控制直流電機的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向角度控制。自動轉(zhuǎn)向集成系統(tǒng)的整體控制流程圖如圖3。

圖3 自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體控制流程圖Fig.3 Control flow chart of auto-steering system

2 自動轉(zhuǎn)向集成裝置控制器設計

2.1 電控系統(tǒng)整體設計

自動轉(zhuǎn)向集成裝置電控系統(tǒng)整體設計架構(gòu)如圖4揚示，由核心處理器及其外圍電路模塊組成，核心處理器為飛思卡爾MC9S12系列單片機。

圖4 自動轉(zhuǎn)向集成裝置電控系統(tǒng)整體設計架構(gòu)Fig.4 Design architecture of the electronic control system of the steering integration unit

外部電路根據(jù)設計的農(nóng)機自動轉(zhuǎn)向功能主要包含最小系統(tǒng)電路、電源電路、模擬量傳感器采集電路、數(shù)字量傳感器采集電路、電機控制電路、CAN通信電路及相關(guān)的保護電路組成。

其中，MC9S12處理器主要對數(shù)據(jù)進行處理及運算，并通過相關(guān)的內(nèi)置外設進行通信及電機控制。最小系統(tǒng)電路為單片機提供正常工作的基本條件。電源電路為整個電控系統(tǒng)提供不同電壓的電源，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。

模擬量傳感器采集電路主要用于采集車輪轉(zhuǎn)向傳感器的電壓信號；數(shù)字量傳感器采集電路采集車輪轉(zhuǎn)向速度傳感器的脈沖信號；電機控制電路根據(jù)單片機發(fā)出的PWM波信號來達到控制電機轉(zhuǎn)動的目的；CAN通信電路進行上下位機的數(shù)據(jù)交互；保護電路對電路板過流、過熱等情況進行保護，使控制系統(tǒng)更加可靠。

2.2 控制器電源電路設計

防誤操作控制器電源電路如圖5揚示。針對發(fā)動機未啟動工況下自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)誤操作導致的轉(zhuǎn)向電機堵轉(zhuǎn)燒毀，設計了發(fā)動機點火開關(guān)啟動控制器電路及關(guān)機自動斷電電路，如圖5(a)。

常見農(nóng)機發(fā)動機未點火發(fā)動時，液壓系統(tǒng)未開始工作，此時方向盤很難轉(zhuǎn)動，此時若給自動轉(zhuǎn)向集成裝置控制器上電，使電機驅(qū)動全液壓轉(zhuǎn)向器工作將導致電機堵轉(zhuǎn)損壞電機，或者損害控制器。

因此，控制器電源電路設計考慮此類誤操作情況，設計了點火開關(guān)信號觸發(fā)的控制器電源開啟電路，當農(nóng)機熄火時，點火開關(guān)無信號，此時PIN_IGNITION_SW端為低電 平，Q6不 導通，Q4導通，Q2不導 通，Q1不導通，此時12 V電壓輸入不到后端給單片機供電，電機驅(qū)動電路不工作；當此時有點火信號輸入時，PIN_IGNITION_SW端 為 高 電 平，Q6導 通，Q4不 導通，Q2導通，Q1導通，此時12 V電壓輸入到后端給單片機供電，轉(zhuǎn)向電機開始工作。且還設計了控制器關(guān)機控制電路，當給自動轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)下發(fā)一個關(guān)機指令時，單片機輸出一個低電平到Q5的IGNITON_LOCK端，導致Q5截止，此時Q1截止，整個系統(tǒng)斷電，自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)不工作。

此電路保證了只有在發(fā)動機啟動后自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)才能工作，提高了系統(tǒng)的可靠性，整體控制邏輯如圖5(b)揚示。

圖5 防誤操作控制器電源電路Fig.5 Anti-misoperation controller power circuit

12 V電源經(jīng)電容濾波之后輸入到12 V轉(zhuǎn)5 V降壓電路進行降壓，如圖6揚示，該降壓芯片采用的是L4995高精度降壓芯片，集成了看門狗、使能和外部可編程復位電路。

圖6 12 V轉(zhuǎn)5 V降壓電路Fig.6 12 V to 5 V step-down circuit

2.3 模擬量傳感器采集電路設計

由于車輪轉(zhuǎn)向是圍繞中心進行旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向，且控制器為5 V傳感器輸出供電，根據(jù)以上特性采用旋轉(zhuǎn)式角度傳感器，型號為P3022-V1-CW360，量程0～360°，線性精度0.3%，防護等級為IP67。由于該旋轉(zhuǎn)式角度傳感器為0～5 V電壓型輸出傳感器，揚以基于此設計了模擬量傳感器采集電路，如圖7揚示。

圖7 模擬量采集電路Fig.7 Analog acquisition circuit design

傳感器電壓信號進過濾波后輸入到2904運放設計的電壓跟隨器進行前后級阻抗匹配，輸出端經(jīng)濾波后輸入單片機的ADC電壓采集引腳，R29為運放的平衡電阻，D5為雙向鉗位二極管，保證輸入單片機的電壓在0～5 V。

2.4 電機控制系統(tǒng)設計

系統(tǒng)（圖8）采用A3941芯片構(gòu)成的電機全橋驅(qū)動電路，功率器件采用4個AP9990GH的N溝道場效應管，耐壓60 V，可過100 A電流。通過單片機輸出PWM和高低電平對PWMH、PWML、SR及PHASE端的控制，實現(xiàn)H橋的上下橋臂交替導通，來完成對電機位置及速度的控制，達到對拖拉機前輪的位置控制。

圖8 電機驅(qū)動及過流保護電路Fig.8 Motor drive and protection circuit

為防止電機在低速工作和堵轉(zhuǎn)時造成電流過大而燒壞電機，設計了電流檢測電路來實時監(jiān)測當前電機電流，在全橋電路的下橋臂串聯(lián)一個0.05 R的采樣電阻，采用INA197分流檢測器來對采樣電阻進行電流采樣并通過MTR_CUR端將采樣值反饋到單片機，當檢測到電流超出閾值時，則退出自動駕駛模式，能夠防止因電流過大而燒壞驅(qū)動電路和電機。

2.5 CAN通信電路設計

根據(jù)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)多節(jié)點的要求以及國際上對農(nóng)機總線的通用性，選用CAN總線通信方式作為自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡，以實現(xiàn)控制單元和各個子系統(tǒng)之間的信息交互。電路圖如圖9揚示，采用CAN2.0的TJA1050芯片作為主體芯片，加入了共模抑制電感及TVS防瞬態(tài)雙向抑制二極管使得通信電路更加可靠。

圖9 CAN通信電路設計Fig.9 CAN communication circuit design

2.6 自動轉(zhuǎn)向集成裝置電機控制算法

2.6.1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型建立

設計的自動轉(zhuǎn)向集成裝置是由全液壓轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向液壓缸構(gòu)成，全液壓轉(zhuǎn)向器控制油路的方向和流量，轉(zhuǎn)向液壓缸驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向，以該全液壓轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向液壓缸為研究對象，繼而建立該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學模型[16-17]，該模型包括全液壓轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向液壓缸和轉(zhuǎn)向輪。

實際的轉(zhuǎn)向過程中，綜合考慮全液壓轉(zhuǎn)向器存在延時、轉(zhuǎn)向輪與地面的摩擦力及外部負載等因素，閥控缸位置系統(tǒng)中系統(tǒng)輸入與轉(zhuǎn)向角速度的傳遞函數(shù)可使用一個二階慣性環(huán)節(jié)和一個延時環(huán)節(jié)表示

系統(tǒng)輸入I(s)與轉(zhuǎn)向角度θ(s)的傳遞函數(shù)

式中：Gθ（s）——傳遞函數(shù)的比值；

θ(s)——向軸輸出角度，rad/s；

I(s)——控制器輸入電流，A；

s——拉式變換的復數(shù)；

?——時間函數(shù)延遲系數(shù)；

Kp、Kp1、Kp2——傳遞函數(shù)參數(shù)。

經(jīng)測試可得，分別為控制全液壓轉(zhuǎn)向器輸入電流信號和轉(zhuǎn)向角度的輸出信號，通過使用Matlab的系統(tǒng)辨識工具箱對當前轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行辨識，得：Kp=1.1484；Kp1=0.98185；Kp2=0.97903；?=1.442。

2.6.2 轉(zhuǎn)向輪雙閉環(huán)控制算法設計

為增加車輪的可控性，車輪以給定的角速度轉(zhuǎn)向，設計了基于車輪轉(zhuǎn)向角速度控制的自動轉(zhuǎn)向雙閉環(huán)轉(zhuǎn)向控制算法。外環(huán)為車輪角速度控制，內(nèi)環(huán)為車輪角度控制，使得輔助轉(zhuǎn)向輪能夠平穩(wěn)及可控的速度達到目標位置。雙閉環(huán)皆采用PID控制算法，算法方程

式中：OPID——輸出值；

Kp、Ki、Kd——位置控制算法系數(shù)；

e(k)——本次角度偏差；

e(k-1)——上一次的角度偏差；

∑e(k-1)——e(k)以及之前的偏差累積和，其中k為1，2，…，k。

根據(jù)式(3)～式(5)，利用Simulink建立如圖10所示的雙閉環(huán)電控液壓閥控制液壓缸的系統(tǒng)試驗仿真模型。

圖10 電控液壓閥控制液壓馬達系統(tǒng)仿真模型Fig.10 Simulation model of hydraulic motor system controlled by electronically controlled hydraulic valve

外環(huán)為角速度控制，內(nèi)環(huán)為角度控制，MATLAB Fcn模塊中為角速度控制算法程序，仿真中設置輸入的目標轉(zhuǎn)向角度信號分別為20°階躍信號和正弦波信號，PID控制器的參數(shù)分別設為Kp=30，Ki=5，Kd=12。試驗系統(tǒng)的響應仿真曲線如圖11所示。

圖11 試驗系統(tǒng)階躍響應仿真曲線圖Fig.11 Simulation curve of the step response of the experimental system

由圖11(a)可看出，在設定好的角速度工況下，當前車輪轉(zhuǎn)角能很好的跟隨目標角度并達到穩(wěn)態(tài)；圖11(b)可看出，在有角速閉環(huán)控制下，當前車輪轉(zhuǎn)向角均較準確的跟蹤上了輸入的目標轉(zhuǎn)角，且穩(wěn)態(tài)誤差均小于0.2°，跟蹤效果達到要求，圖11(c)可看出，在沒有角速度閉環(huán)控制下，當前車輪的響應超調(diào)量較大，且到達穩(wěn)態(tài)的時間也長于加了角速度閉環(huán)的。試驗表明本文設計的液壓控制算法控制效果理想。

2.7 控制器實物

自動轉(zhuǎn)向集成裝置控制器實物圖如圖12揚示，使用車規(guī)級芯片，模塊化的集成了各種外圍電路，整個控制器分上下兩層，下層電機功率控制電路，上層邏輯控制部分，將邏輯控制與功率控制分開，使得電機控制部分能夠到達大功率控制，加大整體散熱，很好地保護了上層邏輯處理的部分。

圖12 自動轉(zhuǎn)向集成裝置控制器電路實物圖Fig.12 Physical diagram of the controller circuit of the automatic steering integrated device

3 實車驗證

3.1 試驗方法及步驟

試驗方法：自動轉(zhuǎn)向集成裝置試制實物如圖13(a)揚示，為驗證該裝置及其電控系統(tǒng)的適用性及控制算法的控制性能，將本裝置加裝在一臺高地隙噴霧機上，對加裝自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)后的高地隙噴霧機進行試驗測試，試驗場地為安徽農(nóng)業(yè)大學機電園的一塊試驗田內(nèi)，如圖13(b)揚示。

圖13 高地隙植保機自動轉(zhuǎn)向試驗圖Fig.13 Experimental diagram of automatic steering of high ground clearance planters

可以看出該裝置設計體積小巧，能夠很便捷的安裝在高地隙植保機上，分別探究以不同的目標車輪角度、目標車輪角速度發(fā)送給高地隙噴霧機自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)后的高地隙噴霧機車輪自動轉(zhuǎn)向控制的效果。

試驗步驟：首先將高地隙噴藥機點火發(fā)動，從而確保整車轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)工作，然后給自動轉(zhuǎn)向集成裝置供電，啟動該自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將自動轉(zhuǎn)向控制器通過CAN轉(zhuǎn)USB的PCAN模塊與電腦相連接，電腦端通過CAN通信軟件PcanView軟件下發(fā)自動轉(zhuǎn)向指令，下發(fā)控制指令的通信速率設置為50 Hz/s，轉(zhuǎn)向指令為不同角度及不同角速度下的階躍信號，并通過單片機的串口模塊實時采集轉(zhuǎn)向角度數(shù)據(jù)。

3.2 目標車輪角度控制試驗及分析

上位機通過CAN通信下發(fā)不同階躍信號的目標車輪角度指令，對角度控制響應試驗分別進行了兩次不同的試驗，控制車輪轉(zhuǎn)向響應曲線如圖14揚示。

圖14(a)中初始角度為-20°，通過CAN通信發(fā)送一個目標角度為20°的階躍指令，使得其轉(zhuǎn)向角度跨度為40°。

圖14(b)中初始角度為20°，通過CAN通信發(fā)送一個目標角度為每次逐次遞減10°的階躍指令，最后轉(zhuǎn)向到-20°，從最左端轉(zhuǎn)到最右端，兩次不同的試驗能夠較好地觀測該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在不同目標角度下轉(zhuǎn)向的效果，較符合實際轉(zhuǎn)向。

圖14 自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)控制車輪角度響應圖Fig.14 Response diagram of the automatic steering integration unit controlling the wheels

由圖中數(shù)據(jù)可看出，當上位機發(fā)送一個階躍目標角度時，自動轉(zhuǎn)向集成裝置電控系統(tǒng)控制車輪平穩(wěn)可靠的跟隨目標角度直至穩(wěn)態(tài)，且不同的階躍信號均有較好的執(zhí)行效果。

當控制達到穩(wěn)態(tài)時，圖14(a)和圖14(b)中車輪角度響應超調(diào)量小于2%，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2°，且可以看出由于設置不同的角速度，使得控制的響應速度不同，試驗結(jié)果符合本文設計的車輪角度閉環(huán)控制算法。

3.3 目標車輪角速度控制試驗及分析

為檢測設計的角速度控制算法的效果，通過CAN通信下發(fā)不同的車輪轉(zhuǎn)向角速度下的階躍信號至控制器，保證目標角度一致，此時均為±20°，為較好反映實際轉(zhuǎn)向中車輪的轉(zhuǎn)向情況，分別測試在低、中、高三種轉(zhuǎn)向角速度方式下的控制特性，觀測車輪在不同轉(zhuǎn)向角速度工控下的車輪響應曲線，實時采集數(shù)據(jù)見圖15。

由圖15可看出，在低、中、高三種車輪轉(zhuǎn)向角速度情況下，當前高地隙噴霧機的車輪轉(zhuǎn)角依舊能平穩(wěn)可靠達到目標位置，且在圖15(c)中的高速情況下，±20°車輪自動轉(zhuǎn)向最快時間為1.3 s，超調(diào)量均小于2%，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2°，控制效果良好，通過上述分析可得，本試驗驗證的雙閉環(huán)控制算法達到預期效果，且與仿真數(shù)據(jù)基本一致。

將該控制數(shù)據(jù)與文獻[5]和[13]中常見的兩種自動轉(zhuǎn)向控制方式的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)相比較，如表3揚示。

由表3數(shù)據(jù)可看出，本文設計的自動轉(zhuǎn)向集成裝置在穩(wěn)態(tài)誤差上優(yōu)于文獻[5]中電控液壓閥的轉(zhuǎn)向方式，在±20°的轉(zhuǎn)向角速度上優(yōu)于文獻[5]及文獻[13]的電控方向盤兩種轉(zhuǎn)向方式，說明本文設計的自動轉(zhuǎn)向集成裝置與當前常見的自動轉(zhuǎn)向控制方式相比具有一定的優(yōu)異性，從而得出該自動轉(zhuǎn)向集成裝置控制器及控制算法滿足農(nóng)機的田間自動轉(zhuǎn)向控制作業(yè)。

表3 不同轉(zhuǎn)向控制方式數(shù)據(jù)對照表Tab.3 Data comparison table for different steering control methods

4 結(jié)論

1)設計了一款自動轉(zhuǎn)向集成裝置，由直流電機、減速齒輪及全液壓轉(zhuǎn)向器三部分組成，具有體積小巧、方便安裝及成本低等優(yōu)點，結(jié)構(gòu)簡單且各結(jié)構(gòu)之間通過機械齒輪直接連接使得控制的可靠性與精度高。

2)基于自動轉(zhuǎn)向集成裝置設計了一款基于飛思卡爾MC9S12系列單片機的車規(guī)級自動轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng)，基于CAN總線通信的數(shù)據(jù)交互方式更符合農(nóng)機智能控制方式，設計的智能電源電路有效地保證了自動轉(zhuǎn)向集成裝置系統(tǒng)的安全性及可靠性。

3)基于位置加速度雙閉環(huán)PID控制的電機控制算法使得車輪可以以想要的轉(zhuǎn)向角速度達到目標角度?；赟imulink的仿真及實車試驗結(jié)果表明，不同角速度工控下的±20°階躍信號目標角度情況下，當前轉(zhuǎn)向角曲線平滑穩(wěn)定的達到目標位置，最短耗時小于1.5 s，穩(wěn)態(tài)誤差小于0.2°，且超調(diào)量均小于2%，滿足復雜田間環(huán)境下農(nóng)機的轉(zhuǎn)向控制作業(yè)。