【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农机导航，涉及一种移栽机控制系统及控制方法，具体的说是涉及一种可提高移栽直线行驶精度与行驶安全性的移栽机控制系统及控制方法。
技术介绍
1、导航技术在当前农业领域的发展现状呈现出日益重要的趋势，它正在对农业生产的各个方面产生深远影响。目前移栽机大多为半自动移栽机，半自动移栽机使用过程中存在移栽效率低、操作强度大等问题，且目前判断移栽机是否直线行驶的系统，大多采用角度传感器实现，该方式存在信号传递慢、感知角度精度差等缺陷。为了提高无人化移栽机的移栽行驶精度与行驶安全性，有必要设计出可提高移栽直线行驶精度与行驶安全性的移栽机控制系统及控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对目前判断移栽机是否直线行驶的系统，大多采用角度传感器实现，该方式存在信号传递慢、感知角度精度差等不足，提出一种移栽机控制系统及直线行驶控制方法，进一步提高无人化移栽机的移栽行驶精度与行驶安全性。
2、本申请提供的一种移栽机控制系统及直线行驶控制方法，采用如下技术方案：
3、一种移栽机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：参数收集模块、参数处理模块、控制器和自动回正模块；
4、参数收集模块，包括转向柱的相对转角δα，移栽机行驶速度v和横向加速度a；
5、参数处理模块，包括方向盘修正转角β和方向盘修正转交偏差δβ；
6、控制器，用来获取移栽机运动模型及方向盘转角θ，并判断移栽机的直线行驶状态；
7、自动回正模块，用来控制
8、本申请提供的一种移栽机直线行驶控制方法，采用如下技术方案：
9、一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于，直线行驶控制方法如下：
10、(1)计算方向盘修正转角β，以计算方向盘转角；
11、(2)计算方向盘修正转角偏差δβ，以计算方向盘转角；
12、(3)计算控制器输出当前方向盘转角θ，与方向盘设定阈值比较；
13、(4)根据转角θ与设定的方向盘转角阈值θ0比较，以确定自动回正模块的启闭；
14、(5)自动回正模块根据移栽机在惯性坐标系的位置状态与方向盘转角进行比较，以判断移栽机是否处于直线行驶状态，并控制方向盘回正，使移栽机始终处于直线行驶状态。
15、进一步的，所述方向盘修正转角β计算方法如下：
16、β＝δα-wδt (1)
17、式(1)中，δα为相对转角；w为移栽机当前的角速度；δt为移栽机转向输入到转向系统产生实际转向效果之间的延迟时间。
18、进一步的，所述方向盘修正转角偏差δβ计算方法如下：
19、
20、式(2)中，β为方向盘修正转角，γ为固定值修正系数，其单位为s。
21、进一步的，所述当前方向盘转角θ的计算方法如下：
22、当β0+δβ0≥β＞β0-δβ0，且δβ≤δβ0时，当前方向盘转角θ计算公式如下：
23、θ＝δα+δβ (3)
24、当β0+δβ0＜β、β0-δβ0＞β或者δβ＞δβ0时，当前方向盘转角θ计算公式如下：
25、θ＝δα+δβ1 (4)
26、式(3)、(4)中，δα为相对转角；δβ1为上一时刻方向盘修正转角；β0为方向盘修正转角阈值；δβ0为方向盘修正转角偏差阈值；β为方向盘修正转角。
27、进一步的，所述当前方向盘转角θ与方向盘转角阈值θ0比较方法如下：
28、当θ≤设定θ0，回正模块为关闭状态；当θ＞设定θ0，回正模块为开启状态。
29、进一步的，所述的控制器为mpc控制器，移栽机运动模型计算方式如下：
30、
31、式(5)中：
32、x＝[xr，yr，θ]t表示移栽机在全局惯性坐标系中的位置状态；
33、表示作为mpc控制器输出的受控变量；θ为当前方向盘转角；v为移栽机行驶速度；l为移栽机前轮的轴距；
34、通过泰勒级数计算移栽机运动状态的误差，并将离散化模型化为线性公式(6)：
35、
36、式(6)中：
37、
38、
39、
40、式(7)、(8)、(9)中，t为采样周期；t为离散时间；k为从t开始计算的步长；
41、移栽机离散化模型线性公式，通过式(10)进行变换：
42、
43、式(10)中：
44、
45、
46、
47、移栽机状态模型，是通过上述求出的参数确定移栽机在惯性坐标系中的位置。
48、综上所述，本专利技术具有以下有益技术效果：
49、(1)本专利技术控制系统和控制方法能够应对不同的行驶情况，针对不同环境优化问题求解，具有较强的鲁棒性。
50、(2)本专利技术能够提高各模块间的反应速度与数据传输效率，保证了无人化移栽机的直线行驶精度，提高了稳定性与安全性。
51、(3)本专利技术提高了对植物的精确定位，可以精确控制株距与行距，确保每株苗都能在最佳条件下生长，进一步提高移栽质量。
52、(4)本专利技术可减少人工操作干预，减少了人与机器的直接接触，降低了操作风险和操作强度，提高了移栽作业的安全性，提高了移栽作业效率，节约了时间成本与劳动力成本。
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1.一种移栽机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：参数收集模块、参数处理模块、控制器和自动回正模块；
2.一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于，直线行驶控制方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于：所述方向盘修正转角β计算方法如下：
4.根据权利要求2所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于：所述方向盘修正转角偏差Δβ计算方法如下：
5.根据权利要求2所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于：所述当前方向盘转角θ的计算方法如下：
6.根据权利要求2所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于，所述当前方向盘转角θ与方向盘转角阈值θ0比较方法如下：
7.根据权利要求1所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于：所述的控制器为MPC控制器，移栽机运动模型计算方式如下：
【技术特征摘要】
1.一种移栽机控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：参数收集模块、参数处理模块、控制器和自动回正模块；
2.一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于，直线行驶控制方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于：所述方向盘修正转角β计算方法如下：
4.根据权利要求2所述的一种移栽机直线行驶控制方法，其特征在于：所述方向盘修正转角偏差δ...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪宏，王佳宇，夏云帆，刘旭，张善文，戴敏，刘思幸，李小银，周标，陈一凡，董兴月，张燕军，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：
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