河蟹养殖自动作业船导航控制系统设计与测试-农业工程学报.PDF

第 32 卷 第 11 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.11 2016 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2016 181 ·农业信息与电气技术· 河蟹养殖自动作业船导航控制系统设计与测试 1,2 1 1,2 1 1 赵德安 ，罗 吉 ，孙月平 ，洪剑青 ，张 军 （1. 江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013 ；2. 机械工业设施农业测控技术与装备重点实验室，镇江 212013 ） 摘 要：针对河蟹养殖过程中存在的水草清理难度大、喂料投饵不均匀、人力成本高等问题，该文设计了一种基于 ARM （advanced RISC machine ）和GPS/INS （global positioning system/inertial navigation system ）组合导航的多功能全自动河 蟹养殖作业船导航控制系统。该系统由明轮驱动船、ARM 主控制器、GPS/INS 组合导航装置等组成。为降低传统的基于 有限目标点航道位置计算方法的复杂度并减小船体偏离航道的误差，该文提出了一种基于实时插点的航道位置计算方法， 实时地解算出当前时刻的目标位置，并设计了相应的转弯及航道切换策略。针对明轮船具有非线性、大时滞、欠阻尼的 运动特点，设计了基于模糊 PID （proportion integration differentiation ）的航向、航速双闭环运动控制算法；基于嵌入式 Linux 操作系统，设计了船载子系统软件，并编写了上位机监控程序对船载子系统的运行状态进行实时监控。利用河蟹养 殖作业船试验平台进行了航速及自动导航试验，并对有限目标点和实时插点的航道位置计算方法的控制效果进行了对比。 试验结果表明：船体速度响应较快，超调量不超过 5%，稳态误差可控制在 3% 以内；采用有限点的航道位置计算方法时， 船体在转弯与直行时偏离航道的最大误差分别为 2.12 和 1.52m；采用实时插点的航道位置计算方法时，船体在转弯与直 行时偏离航道的最大误差分别为 0.36 和 0.09m，分别下降了 83.02%和 94.08%，船体的控制精度得到了全面的改善。该文 可以为多功能河蟹养殖作业船的研究提供重要参考。 关键词：养殖；导航；控制；河蟹养殖；组合导航；Linux；模糊 PID doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.11.026 中图分类号：TP242.6; S126 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-11-0181-08 赵德安，罗 吉，孙月平，洪剑青，张 军. 河蟹养殖自动作业船导航控制系统设计与测试[J]. 农业工程学报，2016， 32(11)：181－188. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.11.026 Zhao Dean, Luo Ji, Sun Yueping, Hong Jianqing, Zhang Jun. Design and experiment of navigation control system of automatic operation boat in river crab culture[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(11): 181 －188. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.i