摘要:為了提高收割機尋跡導航時的距離測量精度，實現自主導航，將電渦流傳感器引入到了尋跡導航系統的設計上。通過傳感器對移動收割機和跟蹤收割機距離的精確測量，以及PID控制器對尋跡誤差的反饋調節，實現了較高精度的尋跡導航。以運輸車輛對收割機的尋跡導航為例，對基于PID電渦流的尋跡導航系統進行了測試，結果表明:PID電渦流尋跡導航相對于短波測距尋跡導航的精度更高，與收割機與運輸車期望保持的距離更接近。

　　關鍵詞:收割機;尋跡導航;電渦流傳感器;PID控制器

　　0引言

　　自動導航控制技術是一種車輛自主沿規劃路徑行駛的反饋控制，應用于設施農業中可以將作業者從繁重、單一、重復的生產過程中解放出來。在收割機作業時，特別是多收割機一起作業時，往往需要保持一定的距離共同作業，因此需要引入實時距離測量裝置。電渦流傳感器在非接觸測量物體的情況下可以測量各種物理量，將其引入到收割機尋跡導航系統中，可以為導航系統提供精確的數據支持，對于尋跡導航能力的提升具有重要的作用。

　　1電渦流傳感器在導航系統上的應用

　　自動導航是實現收割機無人駕駛自主作業的前提，主要由3部分構成:一是硬件部分，利用傳感器對收割機的作業姿態進行實時精確測量;二是路徑部分，通過規劃合理的行駛和作業路徑，可以明顯地提高無人駕駛收割機的作業效率;三是控制算法，通過智能化控制算法對自主作業時的誤差進行修正，提高作業質量。

　　在收割機自主導航設計時，如果收割機在作業時需要由運輸車輛跟隨，在無人駕駛時需要自動實時測量收割機和運輸車的間距，才能夠保證收割機和運輸車以一定的距離行駛，完成自主作業。電渦流傳感器在不接觸測量物體的情況下可以測量靜態和動態相對位移，工作可靠性好，測量范圍寬，靈敏度和分辨率都較高。由于被測量物理量是距離，不屬于電量，則采集得到距離后需要利用傳感器轉換為電量，從而可以直接讀數;反饋系統根據測量得到的距離，對距離進行調整，以達到自主追蹤導航的目的。

　　2基于渦流測距和PID的尋跡導航算法

　　電渦流傳感器主要由兩部分組成，即線圈探頭和金屬導體探頭。根據法拉第電磁感應定律，在線圈中通入交變電流i1后會產生一個交變磁場H1，從而使金屬導體探頭產生一個感應電流i2，這個電流被稱為電渦流。由于電渦流的存在，在空間內會形成一個新的磁場H2，該磁場和H1相反，通過對磁場的削弱作用，使線圈的等效電阻發生變化。

　　等效電阻變化的范圍與金屬導體的電阻率ρ、磁導率μ以及金屬和線圈之間的距離x有關。在這些參數中，只留阻抗和一個參數是變化的，其他是不變的，則阻抗會成為這個參數的單值函數，從而可以測定一些物理量。渦流傳感器采集到追蹤車輛和移動車輛后之間的距離后，根據期望兩車之間保持的距離，確定追蹤偏差;PID控制器將反饋偏差傳送給控制系統，保證偏差在允許誤差范圍內的情況下確定驅動力，繼續導航。

　　3收割機尋跡跟蹤導航測試

　　在聯合收割機作業過程中，其側面需要跟隨運輸車輛，運輸車輛將聯合收割機收割的作物收集后，運輸到指定位置后完成收割作業。在運輸車輛跟隨聯合收割機的過程中，如果出現偏差會導致收割的作物沒有被收集到運輸車上，從而造成糧食的浪費。特別是在無人駕駛收割機作業時，為了保證收割作業能正常進行，必須保證無人駕駛收割機和無人駕駛運輸車保持一定的距離行駛，實現自動化作業。

　　在收割機和運輸車輛保持一定距離行進時，如果是在無人駕駛的情況下，車輛控制系統需要有精準實時測距和距離誤差反饋功能。電渦流傳感器可以將距離轉化為電流或者電壓信號，通過檢波、濾波、線性補償和歸一化處理等，能夠有效提高測量精度。因此，可將其使用在收割機的實時測距系統上，并利用PID反饋調節控制距離偏差，實現自動化控制。電渦流式傳感器能夠在不接觸測量物體的情況下實現連續性的實時測量，可以測量的物理量包括距離、厚度、溫度、速度和應力等。傳感器的體積小，靈敏度高，安裝方便，可以將其直接安裝在收割機和運輸車上，實現距離的實時測量。PID控制器也可以嵌入到聯合收割機控制臺上。

　　為了驗證PID電渦流追蹤導航的可行性和可靠性，將PID電渦流追蹤導航和短波測距追蹤導航進行了對比。首先，測試短波測距的追蹤導航誤差。在測試過程中，不同的時間設置了不同的期望距離，通過對實際距離和期望距離對比可以發現:短波測距在兩個時間段內存在較大的誤差，達不到準確和穩定追蹤的效果。在與短波測距實驗條件相同的情況下，對PID電渦流測距的追蹤誤差進行了測試。采用PID電渦流傳感器得到的追蹤精度要明顯比短波測距高，從而驗證了方案的可靠性。

　　4結論

　　在收割機尋跡導航系統的設計上引入了電渦流 距離測量裝置，實現了收割機尋跡導航時距離的測量。將裝置應用到收割機與運輸車距離的測量上，可以在無人駕駛情況下實現收割機和運輸車一起行駛，完成自主化作業。為了驗證該方案的可行性，對基于PID的電渦流測距追蹤誤差進行了測試，并引入了短波測距追蹤誤差對比組，結果表明:采用PID電渦流傳感器的追蹤導航精度要明顯比短波測距高，可以滿足設計需求。

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　　作者：劉婷婷，楊云