進入21世紀以來，隨著農業生產模式從傳統的粗放作業模式向先進的作業模式轉變,農業技術在歐美發達國家已經得到了廣泛的推廣應用，農作物生產的成本降低了20%以上，經濟效益顯著。農機導航技術是實現農業作業的核心技術之一，貫穿于種植、噴灑、收獲的全過程，是農業技術的一種基本應用。農機導航技術通過位姿傳感裝置，獲取農機的當前位置和姿態信息，將其與目標路徑對比，根據結果控制農機的行進方向，使其沿目標路徑行駛。由于能夠自動控制農機的行駛方向，所以駕駛員可以將注意力集中在作業機具的操作上，顯著降低了作業強度、提高了生產效率和農機利用率。

農機(ji)導(dao)航(hang)控制研究中需(xu)要(yao)解決的共性問題包括：

（1）設計(ji)開發一(yi)個通(tong)用的農(nong)機導航控制(zhi)平臺及相關(guan)裝(zhuang)置，可以方便地應用在各種農(nong)機上；

（2）轉向控制方法的研究；

（3）農(nong)機(ji)模(mo)型及導航控制(zhi)方(fang)法的(de)研究；

（4）在不同的農機上從硬件(jian)、軟件(jian)、網(wang)絡角(jiao)度.

如何快速集成安裝導航控制系統。本文對上述四個問題進行了深入研究，設計了通用導航控制平臺，提出了相關模型和控制算法，在聯合收割機和拖拉機上成功地進行了平臺的集成應用，并完成了路面和田間自動導航控制實驗。

具(ju)體的研(yan)究內容(rong)包括：

首先，設計了分布式導航控制平臺。根據農機導航控制系統的功能需求，設計了基于CAN總線的導航控制平臺總體結構，劃分了各裝置的功能，給出了整個導航控制平臺的工作原理。對系統中的各主要裝置：田間計算機、導航控制器、機械式轉向執行機構、電液式轉向執行機構、連桿式轉向角測量機構、直線位移式轉向角測量機構和多功能通用智能節點等進行了詳細的功能及軟硬件設計。針對農機自動導航控制中對通信功能的需求，在農林機械串行通信控制網絡協議ISO 11783的基礎上，自行設計了導航通信協議。

其(qi)次，進(jin)行(xing)了(le)轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)執行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)的(de)建模(mo)(mo)與(yu)控(kong)制(zhi)方(fang)法研究，提(ti)出了(le)基于預(yu)測控(kong)制(zhi)和PD控(kong)制(zhi)的(de)串級轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)控(kong)制(zhi)方(fang)法。以安裝有機(ji)(ji)(ji)械式轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)執行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)的(de)農(nong)機(ji)(ji)(ji)為研究對(dui)象，對(dui)轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)執行(xing)機(ji)(ji)(ji)構(gou)采用(yong)機(ji)(ji)(ji)理建模(mo)(mo)的(de)方(fang)法，對(dui)農(nong)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)系統采用(yong)辨識建模(mo)(mo)的(de)方(fang)法，建立(li)了(le)自(zi)動轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)控(kong)制(zhi)系統模(mo)(mo)型。研究設(she)計(ji)了(le)串級轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)控(kong)制(zhi)方(fang)法，內環(huan)角(jiao)(jiao)速(su)度控(kong)制(zhi)器采用(yong)動態(tai)矩陣控(kong)制(zhi)方(fang)法，外環(huan)角(jiao)(jiao)度控(kong)制(zhi)器采用(yong)PD控(kong)制(zhi)方(fang)法。在CarSim與(yu)Simulink聯合(he)仿真環(huan)境中，將提(ti)出的(de)轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)控(kong)制(zhi)方(fang)法進(jin)行(xing)了(le)仿真驗證，并(bing)在洋馬VP6插秧機(ji)(ji)(ji)上進(jin)行(xing)了(le)實(shi)車實(shi)驗，驗證了(le)所提(ti)轉(zhuan)(zhuan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)控(kong)制(zhi)方(fang)法具有跟蹤速(su)度快(kuai)、精度高(gao)的(de)優點。

第三，提(ti)出了(le)農機運(yun)(yun)動狀態預測模型(xing)(xing)。在農機二輪(lun)車運(yun)(yun)動學模型(xing)(xing)基礎上，根據幾何關(guan)系，推(tui)導提(ti)出了(le)農機運(yun)(yun)動狀態預測模型(xing)(xing)，并將該(gai)模型(xing)(xing)應用在PID控(kong)制方法中進行(xing)了(le)直線路徑追蹤(zong)仿(fang)真(zhen)。與傳統PID控(kong)制方法比較，引入(ru)該(gai)模型(xing)(xing)后(hou)，能夠在不明(ming)顯降低追蹤(zong)速度的(de)前(qian)提(ti)下，大(da)幅減(jian)小超調，且(qie)穩態追蹤(zong)誤差更(geng)小。

第四，提(ti)出(chu)了基(ji)于模(mo)糊自適應比(bi)例(li)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)農(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)機(ji)(ji)導航(hang)(hang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)法。由于傳統(tong)(tong)(tong)比(bi)例(li)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)法中(zhong)采用恒定(ding)的(de)(de)(de)比(bi)例(li)系(xi)(xi)數，則當偏差較大時(shi)，追(zhui)蹤速(su)度會比(bi)較慢，當偏差較小時(shi)依然會進行較為頻繁(fan)的(de)(de)(de)調(diao)節(jie)。所以本文提(ti)出(chu)了基(ji)于模(mo)糊自適應比(bi)例(li)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)導航(hang)(hang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)方(fang)法，根(gen)據橫向(xiang)(xiang)偏差和(he)(he)航(hang)(hang)向(xiang)(xiang)偏差的(de)(de)(de)值，采用模(mo)糊推理在線(xian)調(diao)節(jie)比(bi)例(li)系(xi)(xi)數，在提(ti)高路徑追(zhui)蹤速(su)度的(de)(de)(de)同時(shi)也降低(di)了追(zhui)蹤誤(wu)差。第五(wu)，制(zhi)(zhi)定(ding)了農(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)機(ji)(ji)導航(hang)(hang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)集(ji)(ji)成(cheng)規(gui)范(fan)。針對目前(qian)國(guo)內研究(jiu)開發的(de)(de)(de)農(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)機(ji)(ji)導航(hang)(hang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)結構(gou)多樣、接口封閉、難以與農(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)機(ji)(ji)其它(ta)車載電子系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)互聯等缺點，研究(jiu)提(ti)出(chu)了農(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)機(ji)(ji)導航(hang)(hang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)集(ji)(ji)成(cheng)規(gui)范(fan)。從硬件系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)集(ji)(ji)成(cheng)、軟件系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)集(ji)(ji)成(cheng)和(he)(he)網(wang)絡集(ji)(ji)成(cheng)三個(ge)方(fang)面(mian)，對農(nong)(nong)(nong)(nong)(nong)機(ji)(ji)導航(hang)(hang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)集(ji)(ji)成(cheng)技術(shu)進行了研究(jiu)，制(zhi)(zhi)定(ding)了相關接口規(gui)范(fan)。

之后，上(shang)述研究(jiu)內(nei)容的成(cheng)果(guo)，構成(cheng)了(le)(le)一套通(tong)用(yong)(yong)的農(nong)機(ji)(ji)導航控(kong)制(zhi)平臺和控(kong)制(zhi)方法，并成(cheng)功(gong)(gong)地應(ying)用(yong)(yong)在聯合(he)收(shou)割機(ji)(ji)和拖拉機(ji)(ji)上(shang)。其(qi)中，在雷沃谷神(shen)聯合(he)收(shou)割機(ji)(ji)上(shang)采(cai)用(yong)(yong)機(ji)(ji)械式轉(zhuan)(zhuan)向執行(xing)機(ji)(ji)構進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)向控(kong)制(zhi)，在雷沃歐豹(bao)TA800拖拉機(ji)(ji)上(shang)采(cai)用(yong)(yong)電(dian)液式轉(zhuan)(zhuan)向執行(xing)機(ji)(ji)構進(jin)行(xing)轉(zhuan)(zhuan)向控(kong)制(zhi)，并且都成(cheng)功(gong)(gong)地完(wan)成(cheng)了(le)(le)路徑追(zhui)蹤(zong)實驗(yan)，追(zhui)蹤(zong)精度能夠滿足農(nong)業(ye)作業(ye)對(dui)自動導航控(kong)制(zhi)精度的要求。