设施农业作为一种重要的农业生产方式,在提供新鲜农产品、调整农业生产结构、保证食品供应链及稳定社会等方面均发挥着重要作用。温室作为我国设施农业的主要形式,仍为劳动密集型产业,人工搬运普遍存在,劳动强度大,对适于温室狭窄道路及封闭环境作业的转运机械装备有着较为迫切的需求。新型线控电动底盘最先发展于汽车领域,其因环保、高效、智能、灵活等诸多优点而广受青睐,工业上已有诸多成熟产品,将线控电动底盘系统应用于农业亦是未来发展趋势。柔性底盘是一种轮毂电机驱动的新型线控电动底盘系统,其以独特的偏置转向结构,将转向系统与驱动系统合二为一,能实现多种特殊运动形式,结构简单、灵活环保且成本低廉,适于温室狭窄道路与封闭环境的转运作业。但是,目前柔性底盘偏置转向系统线控转向控制策略及适宜控制参数等关键技术尚未探明,控制系统不够完善,还不能大面积推广应用。因此,本研究针对柔性底盘运动控制存在的问题,对柔性底盘偏置转向系统线控转向运动控制策略及控制参数优化展开深入研究,以期为柔性底盘的研究与应用提供依据。本文主要研究内容和结论如下:(1)开展了柔性底盘偏置转向系统驱动与转向协同控制特性试验研究。提出了基于脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)技术的柔性底盘驱动与转向协同控制方法,通过PWM信号控制电磁摩擦锁,以实现偏置转向机构驱动与转向的协同运动;基于偏置转向轴试验台,搭建了偏置转向机构PWM控制与测试系统,测试了偏置转向机构力矩传递特性及转向特性,结果表明:PWM占空比与频率对电磁摩擦锁锁紧力矩均有显著影响(P<0.05);频率在4～24 Hz、占空比为20%～80%时,锁紧力矩范围为6.82～40.05 N·m;占空比、频率、占空比与频率交互作用,以及轮毂电机初始转速对偏置转向机构转向平均角速度影响显著(P<0.05),且占空比的影响效应最显著;频率在4～24 Hz、占空比为20%～80%、轮毂电机转速在30～120 r/min范围时,转向平均角速度在0～0.514 rad/s范围变化;转向平均角速度随初始转速增大及占空比增大均减小,随频率增大而增大;结果可为柔性底盘转向运动控制提供参考。(2)进行了柔性底盘偏置转向系统PWM参数动态控制试验研究。通过偏置转向轴试验台测试了不同工况下PWM占空比对偏置转向机构运动的影响规律,在此基础上设计了PWM占空比动态模糊控制器;采用模糊控制器量化因子与比例因子自校正的方法使PWM占空比随工况变化而调整,且实现偏置转向系统转向过程的稳定快速响应;PWM占空比动态控制试验表明:量化因子与比例因子自校正方法的动态控制效果优于无自校正模糊控制方法与固定占空比控制方法。该控制方法有效提升了偏置转向机构运动对工况变化的适应性,可为柔性底盘转向运动控制奠定基础。(3)完成了柔性底盘偏置转向系统运动耦合控制策略研究。建立了柔性底盘线控转向模型,提出了采用模糊PID控制器调节柔性底盘前轮转向转角轮廓误差与四轮转向模式切换角速度耦合误差的方法,以实现偏置转向系统运动的耦合控制;基于MATLAB/Simulink对所设计的控制策略进行了仿真测试,结果表明:阶跃转向、蛇行转向及随机转向过程中,前轮转向响应迅速;左、右前轮转角对于各自目标角具有良好跟踪性能;电磁摩擦锁与驱动轮的转向配合良好,耦合控制下两偏置转向机构联动控制效果优于无运动耦合的转向信号分配控制;四轮转向模式切换耦合控制仿真中模式切换时间为4.2 s,平均转向角误差为0.6°,最大及平均角速度耦合误差分别为0.003与0.0009 rad/s,最大纵向、横向加速度绝对值分别为0.028与0.004 m/s~2;以上各指标值均优于分配控制,误差均在可接受范围之内,所设计控制策略具有良好的有效性。(4)完成了柔性底盘偏置转向系统参数优化试验研究。采用柔性底盘试验台,测试了轮毂电机转速、载荷、锁紧电压及转向电桥桥臂的步进电机转速对偏置转向系统综合运动性能的影响,结果表明:轮毂电机转速、载荷及交互作用对转向性能综合评价指标均有显著影响(P<0.05),轮毂电机转速接近120 r/min时综合评价指标相对其余工况最小;转向内、外侧锁紧电压与步进电机转速对综合评价指标均有显著影响(P<0.05);锁紧电压与步进电机转速适宜范围分别为18～24 V、150～180 r/min。并且对柔性底盘前轮转向控制参数进行了优化,结果表明:空载时最优内、外侧锁紧电压分别为22和20 V,最优步进电机转速分别为180和170 r/min,额定载荷时最优内侧、外侧锁紧电压分别为24和22 V,最优步进电机转速与空载时相同;四轮转向模式切换优化试验结果表明:模式切换过程中锁紧电压与步进电机转速最优组合为4.35 V与72r/min。试验所得优化参数组合可提升柔性底盘的综合转向性能。(5)进行了柔性底盘硬化路面综合运动特性试验研究。搭建了柔性底盘整机综合运动控制与测试系统,开发了柔性底盘运动监测与管理系统界面,通过硬化路面运动试验,测试了柔性底盘的综合运动特性,结果表明:在所设计的控制系统下柔性底盘低速行驶时能顺利进行前轮转向运动;两偏置转向机构转角最大跟踪误差分别为1.5°和2.1°,转向过程中运动稳定,无异常发生;试验中两偏置转向机构联动的最大及平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;四轮转向模式切换试验中,四个偏置转向机构最大的转角误差为1.6°,最大及平均角速度耦合误差分别为0.013 rad/s与0.006 rad/s,耦合控制下纵向、横向加速度平均值均小于分配控制方法,转角耦合控制效果优于分配控制方法;整体控制效果稳定且良好,验证了控制策略的有效性;可为柔性底盘转向控制及工程应用提供参考。