【摘 要】
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智慧农业是我国目前农业发展的趋势。智能稻麦联合收获机在田间作业时会发生侧滑,且收获机的转向控制系统滞后性严重,会影响收获机路径追踪的精度。以提高智能稻麦收获机在田间自动作业时的路径追踪精度为目的,研究适合于智能稻麦联合收获机的路径追踪方法和路径追踪系统。针对智能稻麦联合收获机的自身特点和工作环境,提出基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）的智能联合收获机路径追
【基金项目】
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国家重点研发计划2016YFD0702000)； 江苏省重点研发计划（BE2018384）；
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智慧农业是我国目前农业发展的趋势。智能稻麦联合收获机在田间作业时会发生侧滑,且收获机的转向控制系统滞后性严重,会影响收获机路径追踪的精度。以提高智能稻麦收获机在田间自动作业时的路径追踪精度为目的,研究适合于智能稻麦联合收获机的路径追踪方法和路径追踪系统。针对智能稻麦联合收获机的自身特点和工作环境,提出基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）的智能联合收获机路径追踪方法,设计了仿真实验验证提出的方法的性能;围绕实际应用研究,搭建了智能稻麦联合收获机路径追踪系统,通过田间实验验证了所搭建的路径追踪系统的可靠性与稳定性,验证所提出的路径追踪方法在田间作业的性能。论文的主要研究内容如下:（1）分析大型联合收获机转向控制困难、控制延迟和滞后性严重的主要原因。建立智能稻麦联合收获机的运动学模型和离散线性控制系统模型,根据控制系统模型设计了模型预测控制器的目标函数,并将目标函数转化为线性二次规划问题求解,计算收获机的期望转向角。为了提高控制方法的自适应能力,研究了权值矩阵、预测时域与控制时域对收获机路径追踪方法的精度的影响,使用模糊控制自适应优化权值矩阵,建立预测时域和控制时域的闭环反馈优化方法。仿真实验表明:提出的模型预测控制器能够提高收获机路径追踪的精度。（2）以收获机的运动学模型为基础,研究收获机克服侧滑产生的负面影响的方法。在运动学模型下提出收获机发生侧滑的判定方法;使用等效侧滑角补偿发生侧滑时的期望转向角,研究了等效侧滑角的估算方法。仿真实验表明:提出的侧滑补偿方法能够提高收获机路径追踪系统的鲁棒性。（3）验证了基于MPC的智能稻麦联合收获机路径追踪方法。搭建了智能收获机路径追踪系统,包括下位机和上位机。下位机基于STM32设计了收获机的位姿采集模块和转向控制模块,实现了收获机的位置、速度、姿态角的获取和收获机转向控制的功能。上位机使用C++/QT编写了收获机路径追踪控制软件,主要实现路径规划和计算期望转向的功能;田间实验表明:所搭建的收获机路径追踪系统能够在田间稳定可靠的运行,路径追踪的横向误差的平均值为2.56 cm。
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