据《农业工程学报》2009年11月报道,由中国工程院院士罗锡文教授领导的学术团队,以东方红X-804拖拉机为研究对象,对农业机械导航关键技术进行了深入细致的研究。在东方红X-804拖拉机上设计开发了载波相位差分全球定位系统(DGPS)自动导航控制系统,在我国首次研究成功无人驾驶拖拉机。无人驾驶拖拉机具备在田间作业条件下自动导航、作业机具升降控制和地头转向控制等功能,使拖拉机的自动化和智能化水平大大提高。
此研究成果刊登于《农业工程学报》2009年第11期,题为“东方红X-804拖拉机的DGPS自动导航控制系统”,第一作者为华南农业大学工程学院罗锡文院士。
农田作业机械的自动化、信息化和智能化是现代化农业发展的重要技术基础。作为精准农业的一个重要分支,农业机械智能导航技术正越来越受到关注,其主要优点包括:1)可以使农机驾驶员从单调重复的劳动中解放出来;2)可以提高作业精度,有关研究表明:最好的农机手在进行田间耕作时能达到的精度是10厘米,若在经过一天的劳作后,精度还会大大降低,而基于DGPS的自动导航农机作业精度可达到3厘米,从而避免重复作业;3)可提高农业资源利用率,降低生产成本,提高投入产出比;4)有利于实现农田规模化生产。许多发达国家已经对农田作业机械智能导航控制技术及相关产品展开了研究,并逐步投入农业生产,生产效益取得显著提高。我国在农业机械装备的自动化、信息化和智能化等技术方面的研究尚处于起步阶段,迫切需要加快研究步伐,适应现代农业发展的需要。
研究团队在东方红X-804拖拉机上设计开发了电控液压转向系统和作业机具升降控制系统,实现了拖拉机自动转向操纵控制和作业机具自动升降控制。在此基础上,将拖拉机运动学模型和转向操纵控制模型相结合,建立了拖拉机直线跟踪的导航控制模型,设计了基于比例积分微分(PID)算法的导航跟踪控制器。仿真分析了系统稳定性和动态响应性能,确定了PID控制参数的较佳取值。针对东方红X-804拖拉机转弯半径大的特点,采用跨行地头转向控制方式,提出了具体的控制流程及算法。采用CAN(CAN是Controller Area Network的缩写是ISO国际标准化的串行通信协议)总线结构,集成转向操纵控制器、导航跟踪控制器和作业机具升降控制器,自主研发了基于RTK-DGPS的自动导航控制系统,实现了拖拉机在田间作业条件下的无人驾驶操纵。田间试验结果表明:采用所设计的DGPS自动导航控制系统,在拖拉机行进速度为0.8米/秒时,直线跟踪的最大误差小于0.15米,平均跟踪误差小于0.03米。导航精度接近国际先进水平。