【摘 要】
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农业是国民经济的基础,保障粮食供给与食物的安全,关键在于推动农业生产技术的进步。本论文依托江苏省重点研发计划(现代农业)重点项目“园艺电动拖拉机研发(BE2017333)”,对园艺电动拖拉机全覆盖路径规划与跟踪控制技术进行研究,提高了园艺电动拖拉机智能化水平,减轻操作人员的劳动强度。本文主要研究内容如下:首先,综述了园艺电动拖拉机全覆盖路径规划与跟踪控制的研究背景与意义,并对所涉及到的导航定位技术
【基金项目】
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江苏省重点研发计划(现代农业)重点项目:园艺电动拖拉机研发(BE2017333);
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农业是国民经济的基础,保障粮食供给与食物的安全,关键在于推动农业生产技术的进步。本论文依托江苏省重点研发计划(现代农业)重点项目“园艺电动拖拉机研发(BE2017333)”,对园艺电动拖拉机全覆盖路径规划与跟踪控制技术进行研究,提高了园艺电动拖拉机智能化水平,减轻操作人员的劳动强度。本文主要研究内容如下:首先,综述了园艺电动拖拉机全覆盖路径规划与跟踪控制的研究背景与意义,并对所涉及到的导航定位技术、路径规划技术、跟踪控制技术相关领域的研究现状进行了分析,明确了具体的研究内容。其次,研究了园艺电动拖拉机全覆盖路径规划算法。采用栅格法构建园艺电动拖拉机2.5D作业环境模型;利用改进遗传算法进行全覆盖路径规划,提出了直角坐标法与序号法相结合的编码方式,以高覆盖率、低能耗、低重复率为搜索原则,建立了遗传算法平面行驶路径长度、转弯次数以及行驶总高程差的多目标适应度函数,改进了交叉、变异算子,并在多种作业环境模型下进行仿真对比实验。实验结果表明:基于改进遗传算法的全覆盖路径规划能有效地适用于不同作业环境。再次,针对园艺电动拖拉机目标函数权重系数为常量的模型预测轨迹跟踪控制器在不同道路下跟踪综合性能较差的问题,研究了权重系数变化对轨迹跟踪综合性能的影响规律,并以模糊控制策略为基础,设计了权重系数自适应的模型预测轨迹跟踪控制器。Simulink/Carsim联合仿真结果表明:基于权重系数自适应的模型预测轨迹跟踪控制器能够同时兼顾跟踪精度与行驶稳定性,综合性能更优。最后,对园艺电动拖拉机轨迹跟踪控制试验平台进行安装与自动化改造,基于北斗导航系统实时动态(Real-time kinematic,RTK)定位技术,进行园艺电动拖拉机轨迹跟踪试验。通过软件在环仿真实验进行等效性测试,验证所生成的代码与用于代码生成的模型之间的行为表现的一致性,并进行跟踪控制算法移植,开展园艺电动拖拉机在不同工况下的轨迹跟踪试验。试验结果表明:园艺电动拖拉机导航跟踪控制系统具有良好的综合性能。
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