文献翻译-关于拖拉机系统动态模型的研究为自动化的航海应用

外文翻译：关于拖拉机系统动态模型的研究为自动化的航海应用冯磊 何勇 (中国杭州，浙江大学，生物系统工程与食品科学学院)电子邮件: 摘要: 此文研究的是瞄准使用拖拉机系统一个动态模型支持导航系统设计，为一台自动地被引导的农业拖拉机。这样, 包括拖拉机系统的自行车模型, 被施加了在MATLAB 环境里和被开发了根据了约翰 Deere 拖拉机。模仿结果从这个 MATLAB 模型被确认了通过领域航海测试。弹道估计的准确性由拖拉机的垄断的僵硬的决心强烈影响。在这模仿, 拖拉机侧偏刚度 分析被辨认了在模仿分析期间使用 MATLAB 塑造根据记录的弹道数据。被获得的数据被使用了在模仿分析用于各种航海操作在兴趣领域。分析在领域检验测试结果表明, 被开发的拖拉机系统能准确地估计拖拉机系统的轮子以各种各样的速度经营在农业领域。结果并且表明, 被开发的系统能准确地确定拖拉机在弯曲领域拖拉机速度和支点偏转角度。关键词: 拖拉机, 侧偏刚度，自动化航海, 模仿,全球定位系统介绍农业拖拉机自动教程有被学习结束过去几年。自动化的农业拖拉机的好处包括增加生产力, 增加应用准确性 , 和改进的操作安全. 各种各样的教导技术, 包括机械教导, 机器视觉教导, 收音机航海, 和超音波教导。在拖拉机动力学的多数以前的工作考虑了拖拉机单独在企图调查它的乘驾特征。但是, 有少数农业贯彻不被使用的思想。在最近几年, 农业拖拉机研究进行的研究包括机架作用在拖拉机乘驾振动, 但结果是令人不满，在研究拖拉机系统的行动中，Bukta 和 al.(2002) 调查了关于的自由三点栓联结系统的作为源泉，农业拖拉机的非线形性系统的研究。伊利诺伊研究员大学成功地有被开发的和被展示，可能进行自治种植的拖拉机并且在农业领域耕种。实时运动学( RTK )， 全球定位系统和光纤陀螺仪被用来提供拖拉机位置,航速和航向. 除了在操纵,发动机油门,传送速度, 与 3 点拴联结立场自动控制经区域网络总线外地.，双方预期拖拉机道路,并取得理想的拖拉机功能(如行走速度, 故障的位置)被展现,然后装入导航计算机前场开始行动. 韩先生和张先生( 2001 )介绍了绘图的方法,用于实施自治区外勤业务的农用拖拉机. 机械跨领域连续耕作活动,尤其是在曲线的整齐,准确的横向控制的拖拉机-实施单位要求由于连续的空间只有 76 厘米. 横向控制拖拉机实施往往需要估计轮胎侧滑角及横向速度, 这是难以直接测量的。 研究数据表明进行估计偏刚度为导向的车辆必须在在道路上进行研究. sienel ( 1997 )表明如何偏刚度可通过测量车辆动态参数,如侧向加速度和偏航率.凯特哈曼和撒凯( 2000 )给出了标准化偏刚度的测量方法,主导汽车的督导反应. bevly et al . ( 2001 )综合采用惯性导航系统( INS )传感器与全球定位系统速度测量估算轮胎偏刚度. 本研究的主要目的是：利用拖拉机系统动态模型为导航系统的设计一个自动引导台农用拖拉机。 这一动态模式包含了自行车型号的拖拉机. 本文说明如何估计偏刚度系统以及如何利用估计结果在拖拉机导航中的应用。 材料和方法 定义 U 是流速拖拉机;V,横向速度拖拉机; ,偏航率; m ,大规模拖拉机; M , 滚动时刻; Iz ,转动惯量; a,前轴至拖拉机的距离 ; b ,后轴至拖拉机的距离 ; L,距前轮到后轮; d,车轮基点; , C 战线偏刚度 ; , rc 后方偏刚度; f ,前面偏角; r , 后排偏角; fr , x ,纵向队后轮 ; y ,侧向力前轮;,y 侧向力后轮; x ,纵向队前轮; ,转向角. 发达拖拉机系统模型是一种通用模型的轮式拖拉机. 它拥有独立的制造者,类型和规模。为了简化建模过程,一种轮式拖拉机模型被使用。 线性两自由度自行车模型,占左和右轮胎将足以使简单的操纵在拖拉机在平地时的方程。示范实施 这个动态模型拖拉机导航系统已推行了 。图 2 是模式的系统方框图表明这一模型包含六大要素: 参数输入座侧向力计算块、一个偏航和横向加速度模型座、摆动和横向速度模式座、标题角度块和重心的拖拉机弹道模型块。 参数输入座投入两种类型的参数:器具参数及设备参数。有效实施的因素,包括拖拉机转向角和拖拉机转速。这套参数模型的控制变量估计拖拉机系统的反应后预期的轨迹。 另一套所需参数为机械参数,其中包括大量的拖拉机偏刚度，拖拉机前/后排车轮转动惯量，拖拉机车轴到重心的距离和拖拉机车轮的大小。 第二座是侧向力计算座. 它计算的侧向力两个轮子的机器系统参数,侧向速度,以及偏航率，偏航和横向加速度块是用来计算的横向加速度、偏航加速度的，拖拉机基于机械系统参数及横向力。经过横向和偏航速度计算积分, 下一两座推算拖拉机航向; 中央和车轮的轨迹的,分别计算拖拉机的几何尺寸,过去两年是在 Matlab 实现模型的。 硬件 这个 MATLAB 模型是拖拉机系统的实地试验结果。图 3 是信号流程图的测试系统。 测试平台是基于 7700 型拖拉机. 提供的测试数据, 动态定位技术与全球定位系统天线安装于顶部的拖拉机帽(重心拖拉机) 。这种动态定位系统与当地参考站可以提供准确的静态和动态定位和速度信息。与此同时(横向精度 2 厘米的垂直精度 3 厘米在 20 Hz 与潜伏期 少于 20 毫秒) ，一个lp801 亚米(亚米工程学,美国) 它可以用来衡量线性位置或位移达 1.2 米( 48 ) ,输出 0-5 v 安装于右侧前轮. 108fd 光纤陀螺仪(日本航空电子,日本东京)一个角速度传感器,即产出相对角度 0.01 度误差为 0.5 度/小时漂移安装于两边的前轮.这两个传感器都用得到准确的转向角. 从督导校正角度分析,这发现错误有效值转向夹角,校准数据和实际数据,对数误差为 0.0165 ,平均误差为 0.5922 度. 均方根误差在左边为0.0155 度 , 偏转平均误差为 0.4560 度。相应的最大误差是：左边为 1.3402 度，右边为 1.5378 度.两个最大的错误被发现时,执行该大转(约 30 度) . 汽车控制笔是作为一个数据采集板,由 167 单板机,发送数据到 PC 机通过 RS232 串行接口. 电脑配备了 1 GHz 的英特尔奔腾 III CPU 和 256 MB 记忆体. 为了提供有代表性的弹道模式,以验证模型 一连串 u 轮流(或左或右转)与不同的转弯半径,在不同的速度,进行了研究。为控制变量的模型估计拖拉机系统的反应, 在拖拉机转向角检测光纤陀螺电位传感器拖拉机速度测试特林布尔 750 毫秒动态定位。在拖拉机的重心，动态定位接收机还被用来把拖拉机的精确定位系统作为参考弹道计算出来的。 拖拉机导航系统的模型验证研究表明,这 MATLAB 模型可以预测车轮的轨迹,以合理的准确性. 自从一套初步测得的数据,从测试场供定转弯期间刚度,其准确性车轮轨迹预测可以改善。结果与讨论 图 4 显示了理论和实际轨迹拖拉机发电,同时制作了 10 右转(一个完整的圆转折) 在 2.5 英里的一个典型场所的研究。在这一评价中,现场实际测试的数据,包括拖拉机转向角(如时间序列数据) , 拖拉机在格式定位经度和纬度的度数,录在实地操作. 这种测试是确定一套合适的车轮侧偏刚度值为具体行动的条件。一连串左和右圈旋转试验各种旅行速度为完成这一目的。 对本单位的具体情况，10 右转向角和 2.5 英里的速度行驶在农业领域的合作, 据发现适当偏刚度值 20700 次/ 转拖拉机前轮 40700 次/转拖拉机后轮. 用这一套刚度值模拟,估计轨迹匹配的实际轨迹相当不错。 从误差分析, 发现的均方根误差的估计和实际的运动轨迹在 0.02 米拖拉机发电. 相应的最大误差分别约 0.51 米的拖拉机发电. 两者最大的错误为 0.51 米,当发现拖拉机开始进行运动.最大误差可能引起的反应较慢拖拉机转向系统的仿真模型,因为模型并不采取督导驱动系统动力学考虑. 得轮胎侧偏刚度拖拉机一连串的一个完整的圆轮流(或左或右轮流)在不同速度( 2.5公里/小时, 350 公里/小时, 4.5 公里/小时, 5.5 英里/小时) ,在不同的转向角( 5 度, 10 度 15 度，20 度， 30 度)的运动。 那么,随着动态模型的产生,基于规格 7700 拖拉机 偏刚度可调谐范围,使拖拉机弹道模型适合真正的领域. 因此,侧偏刚度阵线与后轮可估计基于不同速度和转向角度 。图 5 显示了拖拉机理论和实际轨迹，拖拉机是典型的运动机械,在实地操作(直线导线连接端领域向左或向右转 u )可变的速度在典型的场所， 在此特定情况下,行驶速度介于 2.5 至 6.5 英里, 而督导角是要么+20 (右转)或-20(左转)。基于基准测试所得数据完整的周转。如上所述, 适当偏刚度值均是用于 20700 次 /转和 58200 次 / 转拖拉机前轮, 用于 40700 次 /转和 42700 次 /转拖拉机后轮. 用上述偏刚度值在MATLAB 模型, 与输入实际转向角和车速拖拉机的模型, 估计轨迹的拖拉机匹配的测试数据比较好. 从误差分析 发现错误有效值之间的估计,实际的轨迹是 0.01 米,在拖拉机发电. 拖拉机发电相应的最大误差是 1.56 米。当发现拖拉机正在交替时，这么大的误差可能造成的简化模型,因为拖拉机的数学模型系统实施的是基于一个假设,小角度转向,与 20之交明显偏离这个假设. 而拖拉机执行制度是最大误差小于 0.20 米,即使有积累导向误差。结论 动态模型拖拉机系统的研制提供的手段来预测车轮轨迹，支持导航控制的自动引导台农用拖拉机。在这种拖拉机的系统模型的基础上制定了约翰迪尔拖拉机 7700 中足够多细节而不丧失共性。这种模式,由一个自行车型号的拖拉机分制。模拟结果,从这个MATLAB 模型中,验证了各领域的导航测试。结果验证研究结果显示,准确弹道估计是极限测定偏刚度的轮子。由于其价值受到很大影响,土壤特性与车轮互动,车轮偏刚度在这个模拟分析决定在野外试验和模拟的环境状况，所得偏刚度是用于模拟分析各种航行作业的感兴趣的领域。分析实地验证试验结果表明,发达国家拖拉机系统,能够准确估计车轮轨迹(最大误差 0.20 米)的拖拉机系统,同时以不同的速度和转向角度.经营农业等领域 。参考资料 1. 博利. ,舍尔单 , 歌登 , 2001 .传感器与全球定位系统速度测量连续估算汽车侧滑与轮胎侧偏刚度.美国控制会议。 2.卜歌达 , 1998 年. 非线性动力学行调拨执行体制所产生的联系.。日本社会农机 60 （p45 p53）. 3 韩先生,张先生, 2001 年. 图型控制功能自治区拖拉机. 美国农业工程师学会的国际会议, p.011191 . 4.张先生,