摘要：以1KPZ-250型開溝鋪管機(jī)為試驗(yàn)平臺，采用RTK-GPS定位技術(shù)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械自動導(dǎo)航試驗(yàn)。針對開溝鋪管機(jī)液壓驅(qū)動，履帶式行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計了左右履帶行走速度控制與監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了開溝鋪管機(jī)行走自動控制。根據(jù)GPS接收機(jī)與車載傳感器獲取車輛姿態(tài)信息，采用PID控制方法，構(gòu)建轉(zhuǎn)向閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開溝鋪管機(jī)的自動對行導(dǎo)航，并進(jìn)行了開溝鋪管機(jī)田間導(dǎo)航跟蹤試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在開溝鋪管機(jī)對行導(dǎo)航作業(yè)中，車輛行進(jìn)速度不大于0.5m/s時，對行跟蹤誤差小于10cm，完全可以滿足開溝鋪管作業(yè)精度要求。

　　引言

　　我國北方以及沿海地區(qū)有著相當(dāng)數(shù)量的鹽堿地需要治理和改造，依靠人工開溝、鋪管，不僅效率低，勞動強(qiáng)度大，作業(yè)成本高，而且工程質(zhì)量難以保證。1KPZ-250型開溝鋪管機(jī)是專用于暗管排堿技術(shù)的大型工程機(jī)械，可將滲管以精確的高程和坡度埋入地下，同時在滲管周圍包上一定厚度的沙礫料。滲管的高程和坡度由激光制導(dǎo)系統(tǒng)來控制，而滲管鋪設(shè)的直線度，需要人為在地頭兩端豎立標(biāo)志桿，用于指引開溝鋪管機(jī)上的駕駛員直線行駛。由于田間作業(yè)風(fēng)沙大，駕駛員的駕駛水平及長時間枯燥乏味的跟蹤駕駛，對開溝鋪管作業(yè)的直線度有很大影響，并且需要專人豎立標(biāo)桿，存在不安全因素。開溝鋪管機(jī)實(shí)現(xiàn)GPS自動對行行走將有效地減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，減少勞動力，提高滲管鋪設(shè)直線度精度。本文以1KPZ-250型開溝鋪管機(jī)為平臺，對其履帶式行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行電控設(shè)計，結(jié)合GPS技術(shù)與智能控制策略，使開溝鋪管機(jī)能跟蹤預(yù)設(shè)直線路徑行走，實(shí)現(xiàn)開溝鋪管自動導(dǎo)航作業(yè)。

　　開溝鋪管機(jī)行走機(jī)構(gòu)電控設(shè)計

　　1KPZ-250型開溝鋪管機(jī)采用液壓驅(qū)動，履帶式行走機(jī)構(gòu)，左右履帶各有一套液壓驅(qū)動裝置，通過調(diào)節(jié)伺服閥開度來改變驅(qū)動馬達(dá)上的液壓流量，從而控制左右履帶行走速度。驅(qū)動馬達(dá)上安裝有測速編碼器，通過采集編碼器數(shù)字脈沖信號，可推算出左右履帶行走速度。行走機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。　　

 

　　開溝鋪管機(jī)行走控制器是硬件設(shè)計的核心部分，它由傳感器信號采集、D/A轉(zhuǎn)換、電壓跟隨驅(qū)動電路、微控制器和串行總線接口組成。主要控制電路設(shè)計如圖2所示。微控制器采用Microchip公司的PIC18F2580。通過CAN總線與車載計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，布線簡單，通訊可靠性高。通過數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓模擬信號，D/A轉(zhuǎn)換器采用TLC5615，與微控制器采用3線串行輸入，10位數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出，其參考電壓源3V由芯片AD780提供，D/A轉(zhuǎn)換分辨率為3mV/bit，使系統(tǒng)具有較高的轉(zhuǎn)換輸出精度。U10運(yùn)算放大器與電阻R101、R102組成電壓放大電路，Q10三極管提高驅(qū)動電路帶負(fù)載的能力，輸出信號通過限流電阻R106加載到電磁閥線圈上，可實(shí)現(xiàn)對電磁閥開度的控制，從而達(dá)到調(diào)節(jié)驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)速的目的。微控制器采用定時計數(shù)方式對測速編碼器信號進(jìn)行采集，通過行走動力傳動比，推算出左右履帶的行走速度。整個系統(tǒng)采用24V工作電壓，低功耗設(shè)計，與外部設(shè)備的接口進(jìn)行光電隔離，降低外部干擾，提高系統(tǒng)工作可靠性。