拖拉机自动转向系统设计及仿真

目录1.拖拉机自动转向系统研究现状2.自动转向系统工作原理3.自动转向系统硬件设计4.电液比例自动转向系统仿真5.结论1拖拉机自动转向系统研究现状1.1自动转向常用控制方法1.2电控液压自动转向系统特点1.3本文设计基本思想1.1自动转向常用控制方法

拖拉机作为农机作业动力机械，要实现自动转向，目前常用的控制方法包括电液控制和电机控制。电液控制一般采用加装电控液压阀，响应电信号实现自动转向，该系统具有控制功率大和响应速度快等特点，因而广泛应用于农田作业机械自动导航作业中。1.2电控液压自动转向系统特点

该系统具有转向力矩大，控制简单，精度高，响应速度快，可移植性强，且能方便快捷实现人工与自动驾驶的切换。此系统广泛应用于新疆生产建设兵团播种作业的TN654拖拉机。1.3本文设计基本思想

本设计是在拖拉机原有转向系统的基础上，通过加装由比例方向阀，电磁换向阀，三通逻辑阀及平衡阀组成的液压单元，采用LM3S5749为控制板,比例阀放大器,前轮转角传感器和压力传感器组成电控单元(ECU），实现可以响应自动控制信号的自动转向。2自动转向系统工作原理2.1工作原理图2.2运行流程图3自动转向系统硬件设计3.1液压系统设计3.2控制系统设计

其中，6N137(光电耦合器)起到隔离作用，保护控制器不受外部干扰的影响，确保微控制器可靠工作;三极管放大光电耦合器输出的电流，控制继电器;电路通过反接的1N4007(二极管)，来防止继电器线圈的感应电动势击穿三极管的集射极;发光二极管用来指示电磁阀的工作状态，二极管亮，电磁阀换向。3.3PD双通道控制算法设计

根据自动转向控制系统的控制规律和功能，综合拖拉机行执行机构存在误差和比例阀的死区#迟滞等系统特性，本设计选用基于PID的PD控制算法为自动转向控制系统控制方法。带死区补偿的PD控制能避免频繁转向，增加系统的稳定性。其中，K(比例)控制根据目标转角与当前前轮转角的偏差计算控制比例阀阀芯开度的控制电压值;W(微分)控制用来修正步进脉冲频率值，减小超调现象。3.4系统集成设计

集成方案连线图如下：4电液比例自动转向系统仿真4.1系统数学模型建立

其中，Kθ为转向机构增益，G为输入为电压输出为前轮转角的电液比例自动转向系统传递函数。4.2仿真实验与分析在Matlab中利用Simulink控制工具箱进行仿真。自动转向系统控制框图模型：结果分析：1）2v阶跃信号响应2）6v阶跃信号响应

3）分析如下

在不进行PD调整时系统能响应阶跃信号但进入平衡时间较长,均出现不同程度超调的现象,且输入信号越大，超调量越大;经PD调整后，系统超调量得到有效控制,且更快接近平衡位置，大幅度提高控制响应精度;输入信号较小的情况下，系统存在一定的迟滞，迟滞时间约0.24s;系统在1.8s内均能达到平衡点。仿真结果表明，系统设计合理，控制精度精度高，响应快，符合自动导航需求。5结论

通过加装采取电液比例控制的转向系统改造方案，将原车转向系统改造成能执行程序控制的自动转向系统。该方案控制简单，输出转矩大，系统鲁棒性强，对原系统影响小；方便快捷实现人工-