[发明专利]一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统

权利要求书

1.一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，包括位姿获取系统、控制系统和转向系统，其特征在于：所述位姿获取系统包括双天线PTK模块和角度传感器，所述控制系统包括车载计算机、CAN分析仪和STM32控制器，所述转向系统包括转向液压缸和电控比例液压阀。

2.根据权利要求1所述的一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，其特征在于：所述双天线PTK模块的输出端通过RS232和所述车载计算机的输入端之间相互电性连接，所述角度传感器的输出端通过AD和所述STM32控制器的输入端之间相互电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，其特征在于：所述车载计算机的输出端通过USB和所述CAN分析仪的输入端之间相互电性连接，所述CAN分析仪的输出端通过CAN总线和所述STM32控制器之间相互电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，其特征在于：所述STM32控制器的输出端通过I/O和所述电控比例液压阀的输入端之间相互电性连接，所述电控比例液压阀的输出端和所述转向液压缸之间相互电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，其特征在于：所述转向液压缸的输出端和东方红L954拖拉机的输入端之间相互电性连接，所述东方红L954拖拉机的输出端分别和所述双天线PTK模块、所述角度传感器的输入端之间相互电性连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：检查作业机具状态，确保电控系统正常工作，将上述导航系统安装至东方红L954拖拉机内部的车载计算机处，东方红L954拖拉机内的变频器采用V/F的控制方式，其输出电压U与频率给定信号成正比，可以将其等效成为一个一阶惯性环节，具体公式如下：

G_inv(s)＝k_inv/(ts+1)

式中，k_inv为变频器的放大倍率，t为变频器的加速时间；

步骤二：在忽略电动机的励磁电流和旋转电动势的动态影响，并认为磁通在动态过程中保持不变的前提下，三相异步电动机的传递函数近似等效成为一个一阶惯性环节，其公式如下：

G₂₀(s)＝K₂₀/(T₂₀s+1)

式中，K₂₀为电动机的放大倍数，T₂₀为电动机的惯性时间常数；

步骤三：增益自调整单神经元PID控制器中状态转换器的输入为e(k)＝r(k)-y(k)，状态转换器的输出为控制器所需要的状态量x₁(k)、x₂(k)和x₃(k)，具体公式如下：

x₁(k)＝r(k)-y(k)

x₂(k)＝e(k)-e(k-1)

x₃(k)＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)；

步骤四：对作业机的各项数据进行检测并记录，作业机速度为1.15m/s左右时，变增益单神经元PID控制器直线跟踪的最大横向偏差不超过0.071m，平均绝对偏差不超过0.031m，标准差不超过0.038m，变增益单神经元PID控制器曲线跟踪的最大横向偏差不超过1.121m，平均绝对偏差不超过1.030m，标准差不超过0.525m。

7.根据权利要求6所述的一种基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统，其特征在于：所述步骤三中，对于单神经元PID控制器，增益系数K是敏感的参数，增益自调整单神经元控制器中系数K具备在线学习功能。