自走式温室喷雾机承载平台的设计与研究

摘要

自动化喷雾技术是为适应设施农业的要求而在近年来发展起来的一种农业高新技术。本文通过对温室作业环境进行考查，分析了温室喷雾机的作业要求，在此基础之上，研制了一种能够自主导航和避障的温室喷雾机承载平台。主要研究内容如下：
　　1、论文结合实际项目的系统需求和技术指标，依据控制系统设计原则，对自走式温室喷雾机承载平台控制系统体系结构进行了分析，构建了“PC104嵌入式工控机+下位机模块”的分布式控制系统。
　　2、根据自走式温室喷雾机承载平台的工作需要和技术特点，设计了承载平台的车体结构和驱动系统。根据工作环境的要求，设计了合适的传感器系统，采用超声波与红外传感器组合方式探测承载平台周围的环境信息，获取导航和避障信息。
　　3、开发下位机模块，并编写上下位机程序，实现传感器信息的采集、通讯与处理，对驱动系统进行反馈闭环控制。设计端子板控制器，对承载平台进行快速避障和故障响应。
　　4、根据自走式温室喷雾机承载平台的结构特点及其与路径的相对运动关系，建立了承载平台运动学模型，建立了被控系统状态空间模型。选择现代控制理论中的线性二次型最优控制器设计，完成最优自主导航控制器的设计。仿真及实验结果表明最优控制器的控制能够保证自走式温室喷雾机承载平台实现稳定的自主导航，具有良好的响应特性和稳态特性。

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第一章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.2国内外设施农业自动化机械研究现状

1.3关键问题和技术

1.4研究的主要内容和技术路线

第二章 喷雾机承载平台功能分析与方案设计

2.1喷雾机承载平台功能分析及技术指标

2.2驱动方式的选择

2.3传感器系统方案设计

2.4车体结构方案设计

2.5控制系统方案设计

2.6本章小结

第三章 硬件系统设计与实现

3.1驱动系统设计

3.2下位机控制模块设计

3.3电源模块设计

3.4喷雾机承载平台样机

3.5本章小结

第四章 软件系统设计与实现

4.1上位机主程序

4.2上位机通信程序

4.3下位机程序

4.4本章小结

第五章 运动控制研究

5.1运动学模型与状态方程的建立

5.2最优控制研究

5.3实验与分析

5.4本章小结

第六章 全文总结

6.1研究结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢