Угломерная радионавигационная система автовождения машинно- тракторного агрегата

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к устройствам для автоматического управления движением мобильных сельскохозяйственных агрегатов, и может быть использовано для автоматического направления движения МТА в ходе выполнения полевых и транспортных механизированных работ. Целью изо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННый КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ га5рпсцсавиы 4 (, Фиг.1 (21) 4383721/15 (22) 28.02.88 (46) 28Л 2.91. Бюл. М8 (71) Всесоюзный сельскохозяйственный институт заочного образования (72) В.M.Tàðàòoðõèí и А.М,Гришко (53) 626.025 (088.8) (56) Малорацкий А.Г. Радиоэлектронные системы ближней навигации для автовождения МТА.— Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1985, М4, с,25-27. (5!)5 А 01 В 69/04 й2!Ф,;,",! .») ), 1-- j». >L.:tUR:" (54) УГЛОМЕРНАЯ РАДИОНАВИГАЦИОННАЯ СИСТЕМААВТОВОЖДЕНИЯ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА (57) Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к устройствам для автоматического управления движением мобильных сельскохозяйственных агрегатов, и может быть использовано для автоматического направления движения

МТА в ходе выполнения полевых и транспортных механизированных работ. Целью изо1630625

15 бретения является повышение точности автовождения машинно-тракторного агрегата. Уг-. ломерная радионавигационная система содержит вычислительное устройство 1 с клавишным устройством 2 ввода и устройством 3 отображения информации, связанное с первичным преобразователем 4 радионавигационных параметров, исполнительный ьыханизм 5 управления поворотом направляющих колес трактора, а также датчики 6 теоретической скорости, 7 положения направляющих колес, 8 бокового крана трактора, постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство 9, цифровой регулятор10интенсивностиуправляющего воздействия, На территории района в точках с

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к устройствам для автоматического управления движением мобильных сельскохозяйственных агрегатов, и может быть использовано для автоматического направления движения

МТА в ходе выполнения полевых и транспортных механизированных работ.

Целью изобретения является повышение точности автовождения машинно-тракторного агрегата, На фиг,1 представлена блок-схема управляющего устройства предлагаемой угломерной радионавигационной системы автовождения МТА; на фиг.2 — расчетная схема к определению местоположения MTA в ходе полевых работ; на фиг.3 — 6 — блок-схема алгоритма управления; на фиг. 7- блоксхема идентификатора каналов; на фиг,8— блок-схема цифрового переключателя; на фиг,9 — блок-схема вычислительного устройства; на фиг,10 — схема сопряжения.

Система (фиг.1) содержит вычислительное устройство 1 с клавишным устройством 2 ввода и устройством 3 отображения информации, связанное с первичным преобразователем 4 радионавигационных параметров, исполнительный механизм 5управления поворотом направляющих колес трактора, а также датчики теоретической скорости 6, положения направляющих колес 7 и бокового крена трактора 8, подключенные к входам вычислительного устройства 1, постоянное перепрограммируемоее запоминающее устройство 9, информационным выходом подключенное к входу вычислительного устройства 1, а управляющим входом — к выходу последнего, причем исполнительный механизм 5 управления поворотом направляющих колес трактора электрическим входом подключен

55 известными координатами располагаются радиостанции радиомаяков А,8,С. Передначалом движения МТА посредством клавишного устройства ввода 2 оператором вводятся координаты радиомаяков, опорных точек границ поля и маршрута переезда, ширины поворота захвата агрегата. По окончании ввода исходных данных вычислительное устройство 1 производит вычисления. Перед началом движения MTA вычислительное устройство 1 вводит информацию от датчиков положения антенн пеленгаторов, вычисляет средние значения пеленгов на радиомаяки А,В,С и производит расчет текущих координат МТА,З з.п.ф-лы,10 ил.

K выходу вычислительного устройства 1, а гидравлическим (показан пунктирной линией) — к цифровому регулятору 10 интенсивности управляющего воздействия, имеющему связи с гидросистемой трактора и выходом вычислительного устройства 1.

Первичный преобразователь 4 радионавигационных параметров содержит два автоматических многоканальных радиопеленгатора 11 и 12, каждый из которых включает приемник 13, к основному входу

14 которого подключена антенна 15 направленного действия, механически связанная с исполнительным механизмом 16 и датчиком 17 положения антенны 15 направленного действия, к основному выходу 18 через компаратор 19 подключены два буферных запоминающих устройства 20 и 21. Буферное устройство 20 вторым входом связано с датчиком 17 положения антенны 15 направленного действия, а к дополнительному выходу 22 приемника 13 через идентификатор 23 каналов подкл ючено второе буферное запоминающее устройство 21, второй вход которого связан с выходом первого буферного запоминающего устройства 20, а выход — с вычислительным устройством 1, причем выход компаратора 19 через цифровой переключатель 24 связан с дополнительным входом 25 приемника 13. Антенны 15 направленного действия автоматических многоканальных радиопеленгаторов 11 и 12 вращаются в разные стороны одна относительно другой, а значения пеленгов на радиостанции измеряются датчиками 17 положения антенн 15 направленного действия от продольной оси трактора по часовой стрелке.

Приемники 13 автоматических многоканальных радиопеленг .оров 11 и 12 содержат узлы фиксированной настройки (не

1630625 показаны) на несколько радиостанций, дополнительными входами 25 связанные с цифровым переключателями 24 каналов, а дополнительными выходами 22 — с идентификаторами 23 каналов.

Идентификатор 23 каналов (фиг.7) содержит активные полосовые фильтры 26—

28, входами связанные с выходом 22 приемника, а выходами — с шифратором 29, цифровой выход которого связан с входом буферного запоминающего устройства 21, Активные полосовые фильтры 26 — 28 настраиваются на избирательное пропускание сигналов от соответствующих маяков. На выходах активные полосовые фильтры 2628 содержат компараторы (не показаны).

Шифратор 29 представляет собой постоянное запоминающее устройство, запрограммированное на преобразование сигналов от, активных полосовых фильтров 26 — 28 в двоичный код, Цифровой переключатель 24 (фиг,8) содержит одновибратор 30 для формирования управляющих импульсов необходимой длительности и связанный с ним двоичный счетчик 31 импульсов, цифровые выходы которого связаны с приемником 13.

Вычислительное устройство 1 (фиг.9) представляет собой микроЭВМ, содержащую микропроцессор 32, формирователь 33 сигналов управления оперативным запоминающим устройством 34, мультиплексор 35 адресов, постоянное запоминающее устройство 36 операционной системы, блок 37 начального запуска, контроллер 38 прямого доступа к оперативной памяти, контроллер 39 устройства отображения информации, постоянное запоминающее устройство 40 знакогенератора, блок 41 формирования видеосигнала, формирователь 42 сигнала синхронизации, интерфейс 43 связан с клавиатурой, интерфейс 44 — с внешними устройствами, схему 45 сопряжения, тактовый генератор 46, Вычислительное устройство 1 построено по схеме с общими шинами адреса 47, данных 48 и управления 49. В предпочтительном варианте исполнения используются микросхемы микропроцессорного набора серии К580, что однозначно определяет связи между ними.

Схема 45 сопряжения (фиг.10) содержит селекторы-мультиплексоры 50...55, управляющими входами 60„.63 связанные между собой, с портом А интерфейса 44 связи с внешними устройствами и с адресными входами перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 9. Информационные входы селекторов-мультиплексоров

52...55 связаны: 64...67 — с датчиком 6 теоре5

55 тической скорости трактора, 68...71 — с датчиком 7 положения направляющих колес трактора, 72...75 — с с датчиком 8 бокового крена трактора, 76...79 — с информационными выходами постоянного перепрограммируемого запоминающего устройства 9.

Информационные выходы 80...83 селекторов-мультиплексоров 52„,55 связаны с портом В интерфейса 44 связи с внешними устройствами. Информационные выходы 84 и 85 селекторов-мультиплексоров 50 и 51 связаны с управляющими входами буферных регистров 56 и 57, связанными через усилители 58 и 59 соответственно с исполнительным механизмом 5 управления поворотом направляющих колес трактора и с цифровым регулятором 10, Информационные входы 86...89 буферных регистров 56 и

57 связаны между собой и с портом С интерфейса 44 связи с внешними устройствами.

Система работает следующим образом.

На территории сельскохозяйственного предприятия (или района) в точках с известными координатами располагаются радиостанции маяков А,В,С (фиг.2). В качестве радиомаяков могут использоваться радиотелефоны внутрихозяйственной связи.

Перед началом движения МТА посредством клавишного устройства 2 ввода оператором вводятся координаты радиомаяков, опорных точек границ поля, и маршрута переезда, ширины поворота захвата агрегата (фиг.3, блок 1). По окончании ввода исходных данных вычислительное устройство 1 производит вычисления (фиг.3, блок 2) коэффициентов уравнений прямых АС и ВС, проходящих через радиомаяки А, В, С, расстояний между ними, коэффициентов уравнений границ поля и уравнений отрезков прямых, составляющих маршрут переезда (последнее на фиг.З не показано), угла между прямыми АС и ВС, координат точек Р> начала и

Р окончания и коэффициентов уравнений. траектории Р Рг первого рабочего прохода, ширины поля и числа рабочих проходов, По окончании расчетов вычислительное устройство 1 посредством устройства 3 отображения информации выдает оператору сообщение о готовности к работе.

После начала движения MTA вычислительное устройство 1 согласно блоку 3 на фиг.3 через буферные запоминающие устройства 21 и 20 вводит информацию от датчиков 17 положения антенн 15 пеленгаторов 11 и 12, вычисляет средние значения пеленгов на радиомаяки А, В и С и производит расчет текущих координат MTA. Расчет по блоку 4 на фиг.3 содержит определение углов между пеленгами и между пеленгами PB, PA u

1630625

50 прямыми ВС, СА соответственно, расстояний РС, РВ, РА до радиомаяков, коэффициентов уравнений одноименных прямых и точек их пересечения, центра треугольника погрешности. Далее проводится сравнение текущих координат точки P положения МТА на плоскости поля с координатами точек границ траектории рабочего гона и делается вывод о расположении МТА на поворотной полосе или рабочем гоне согласно блоку 5 на фиг.3.

Если МТА находится на рабочем гоне, то по измеренной описанным образом ординате вычислительное устройство 1 рассчитывает абсциссу (фиг.4, блок 6). Затем (фиг.5. блок 11) в вычислительное устройство 1 вводится информация от датчиков бокового крена 8 и положения направляющих колес трактора 7, Согласно блоку 12 фиг.5 производятся вычисления скорости MTA (здесь используется информация о текущих координатах агрегата, подсчитанных за предыдущий цикл обработки программы, и о постоянной времени цикла), траекторной ошибки, выделение абсолютного значения и знака последней, Результаты вычислений (фиг.5, блок 13) выводятся через порты интерфейса вычислительного устройства 1 на входы исполнительного механизма 5 и цифрового регулятора

10 интенсивности управляющего воздействия.

Если MTA вышел за пределы рабочего гона и находится на поворотной полосе (фиг,З, блок 5), то начинает реализовываться подпрограмма поворота (фиг.4 блок 7).

В основу алгоритма автовождения MTA на поворотной полосе заложена аппроксимация круговых беспетлевых поворотов уравнением эллипса. В соответствии с указанным вычислительное устройство 1 производит расчет полуосей и координат центра эллипса, двух абсцисс траектории по измеренной и выделенной в блоке 4 ординате. Вычисляется ордината точки окончания поворота.

Затем по блокам 8, 9, и 10 фиг, 4 производится анализ вычислительных абсцисс эллипса, выбирается та из двух, рассогласование которой со значением измеренной текущей абсциссы меньше, Вводится информация от датчиков бокового крена 8 и положения направляющих колес трактора 7(фиг,5, блок 11), вычисляются скорость МТА, траекторная ошибка (фиг.5, блок 12), результаты вычислений выводятся: знак траекторной ошибки на исполнительный механизм 5 поворота направляющих колес трактора, а абсолютная ее величина — на вход цифрового регулятора 10 интенсивности управляющего воздействия (фиг.5, блок 13).

Далее проверяется окончание траектории поворота или гона (фиг.5, блок 14). Если выполнение траектории завершено, то реализация программы продолжается с блока 3, Вычислительное устройство 1 производит расчет коэффициентов уравнения траектории следующего рабочего гона (фиг,5, блок 15) и заносит результаты в ячейки памяти, отведенные для реализации блока 2(фиг,3), Значения координат МТА в ячейках для блока 13 (фиг.5) заменяются на текущие, К числу выполненных рабочих проходов добавляется единица, Затем анализируется число выполненных рабочих проходов (фиг.6, блок 16). Если количество выполненных рабочих проходов больше или равно расчетному по блоку 2 (фиг,3), то вычислительное устройство 1 переходит к реализации подпрограммы переезда по блоку 17 (на фиг.6 не раскрыта).

Если количество выполненных рабочих проходов меньше рассчитанного по блоку 2 (фиг,З), то вычислительное устройство 1 продолжает реализацию алгоритма с блока 3 (фиг.3) описанным образом, Если в число исходных данных по блоку 1 не включены координаты опорных точек маршрута переезда, то система может функционировать при наличии тракториста в кабине (вариант локальной автоматизации МТА). Если в чиСло исходных данных по блоку 1 включены координаты опорных точек маршрута переезда и программа вычислительного устройства 1 содержит алгоритм контроля технического состояния машин МТА, технологических параметров, то система может функционировать и без постоянного присутствия тракториста (вариант комплексной автоматизации

МТА).

Первичный преобразователь4 радионавигационных параметров (фиг,1) работает следующим образом, Трактор движется по траектории. Антенны 15 посредством исполнительных механизмов 16 вращаются в разные стороны, при этом цифровые датчики 17 положения антенны непрерывно измеряют угловое положение последних. Нулевое значение углового положения каждой из антенн 15 соответствует положению антенн, в котором они ориентированы параллельно оси трактора и направлены вперед по ходу его движения.

Каждый приемник 13 радиопеленгаторов 11 и 12 всегда настроен на одну из нескольких фиксированных частот. В момент, близкий к максимуму принимаемого радиосигнала от одного из радиомаяков, например А на фиг,2, компаратор 19 выдает сигнал,в виде логической единицы на входы буферных запоминающих устройств 20 и 21

1630625

40

50 и цифрового переключателя 24. Одновременно с этим идентификатор 23 каналов посредством активных полосовых фильтров 26-28 с компараторными выходами анализирует принимаемый от радиомаяка сигнал, посредством шифратора 29 преобразует логический сигнал в соответствующий двоичный код и выдает последний на вход буферного запоминающего устройства 21.

Буферное запоминающее устройство 20, приняв управляющий сигнал от компаратора19, запоминает текущее значение углового положения антенны 15 от датчика 17 (прежнее значение сменяется новым) и передает его на вход буферного запоминающего устройства 21.

На другие входы последнего одновременно с описанным поступает информация от идентификатора 23.

Управляющий сигнал от компаратора 19 приводит к запоминанию буферным запоминающим устройством 21 одновременно информации об угловом положении антенны 15 посредством датчика 17 положения и об источнике радиосигнала посредством идентификатора 23. Новая информация сменяет прежнюю и считывается соответствующим портом интерфейса 44 связи с клавиатурой по программе, представленной на фиг.3 — 6.

Цифровой переключатель 24 (фиг.8), получив управляющий сигнал от компаратора 19, формирует посредством одновибратора 30 счетный импульс. Последний тотчас поступает на вход счетчика 31 импульсов с заданным коэффициентом деления. Счетчик 31 суммирует поступивший от одновибратора 30 импульс с уже имеющимся их количеством. На выходе счетчика 31 импульсов изменяется двоичный код, что приводит к переключению настройки приемника 13 на следующий частотный диапазон.

Схема 45 сопряжения (фиг.10) работает следующим образом.

От порта А интерфейса 44 связи с внешними устройствами поступает адрес одного из датчиков 6 — 8, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 9, исполнительного механизма 5 или цифрового регулятора 10. Указанный адрес по линиям

60...63 поступает на управляющие входы 60...63 селекторов мультиплексоров

50...55, которые тотчас переключаются для приема информации с соответствующих информационных входов (64...67, 68..71, 72...75 или

76...79). Информация от датчиков по линиям

80...83 подается на порт В интерфейса 44 связи с внешними устройствами.

Если от порта А интерфейса 44 связи с внешними устройствами подается адрес исполнительного механизма 5 или цифрового

20 о5

35 регулятора 10, то буферный регистр 56 или

57 получает управляющие сигналы от селектора-мультиплексора 50 или 51 по линиям 84 или 85 и запоминает информацию, поступающую от порта С по линиям 86...89. Введенная информация тотчас поступает через усилители 58 и 59 на входы исполнительного механизма 5 и цифрового регулятора 10.

Реализуется процесс управления.

Формула изобретения

1. Угломерная радионавигационная система автовождения машинно-тракторного агрегата, содержащая вычислительное устройство с клавишным устройством ввода и устройством отображения информации, связанное с первичным преобразователем радиона ви гацион ных параметров, исполнительный механизм управления поворотом направляющих колес трактора, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения точности автовождения, она снабжена цифровым регулятором интенсивности управляющего воздействия, датчиками теоретической скорости, положения направляющих колес и бокового крена трактора, подключенными к входам вычислительного устройства, постоянным запоминающим устройством,информационные выходы которого подключены к входу вычислительного устройства, а управляющие входы — к выходу последнего, причем исполнительный механизм управления поворотом направляющих колес электрическим входом подключен к выходу вычислительного устройства, а гидравлическим — к цифровому регулятору интенсивности управляющего воздействия, связанному с гидросистемой трактора и с выходом вычислительного устройства.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первичный преобразователь радионавигационных параметров содержит два автоматических многоканальных радиопеленгатора, каждый иэ которых включает приемник, к основному входу которого подключена антенна направленного действия, меха н ически связан ная с исполнительным механизмом и датчиком положения антенны направленного действия, к основному выходу через компаратор подключены два буферных запоминающихустройства, при этом первое из них вторым входом связано с датчиком положения антенны направленного действия, а к дополнительному выходу приемника через идентификатор каналов подключено второе буферное запоминающее устройство, второй вход которого связан с выходом первого буферного устройства, а выход — с вычислительным устройством, причем выход компаратора через цифровой переключатель связан с дополнительным входом приемника .

1630625

Фцг.2

3. Системапоп.2,отличающаясятем, что исполнительные механизмы антенн направленногодействия подключены с возможностью вращения последних в разные стороны относительно друг друга, а датчики положения антенны направленного действия закреплены с возможностью обеспечения измерения значения пеленгов от продольной оси трактора по часовой стрелке.

4. Система по п,2, о тл ича ю ща я с я тем, что приемники автоматических много-, канальных радиопеленгаторов содержат узлы фиксированной настройки на несколько

5 радиостанций, дополнительными входами связанные с цифровыми переключателями каналов, а дополнительными выходами — с идентификаторами каналов.

1630625

Начало

Ввод исходных данных. координат радиомаяков, опорных точек границ поля и маршрута переезда; ширины поворота и ширины захвата агрегата

2 Вычисления до начала движения: асчет коэффициентов прямых, проходящих через ради маяки, и расстояний между последними, гранипполя, маршрута переезда, угла между прямымй Ас и 8G, кача ла, окончания и коэффициентов уравнения траектории перврго рабочего прохода, ширины поля и числа ра0очмх проходов

Ввод информации от пеленгаторов (после начала движения МТА) 4 Определение текущих координат МТА: расчет углов и Ф между пеленгами, У и у между пеленгами РВ, РА и прямыми ВС, АС соответственно, расстояний PC, PB, РА до радиомаяков, коэффицйентов уравнений одйоименных прямых и точек их пересечения, центра треугольника погрешНОСТИ!

4ТА

5 на поворотной полосе? да нет

Фиг.3

1630625

Подпрограмма гона:

Расчет абсциссы по измеренной ординате траекторной ошлбки..

Расчет нижней и верхней границ гона

Подпрограмма поворота:

Первая абсцисса эллипса

8 меньше измеренной в блоке 47 нет

Для дальнейших расчетов выбрать первую абсциссу

Для дальнейших расчетов выбрать втору@ абсциссу

Расчет полуосей и координат центра эллипса, двух абсцисс траектории по измеренйой в блоке 4 ординате.

Расчет ординаты окончания поворота

П Ввод информации от датчиков бокового крена и положения направляющих колес трактора

I2 Вычисление: скорости MTA по текущим координатам, подсчитанным за предыдущий цикл, и времени цикла, траекторной ошибки, вйделение абсолютйого значения и знака последней

I3 Вывод: на исполнительный механизм знака, а на регулятор интенсивности управляющего воздействия - абсолютной величины траекторной ошибки нет

4 Оворот или го

Окончены? да

Е5 Подсчитать: коэффициенты уравнения траектории следуюего рабочего гона и записать их в ячейки лока 2. Заменить в ячейках блока I3 значения координат MTA предьдущих на текущие.

К числу выполненных рабочих проходов добавить единицу

Фиг.б

1630625

Фиг. Я

1630625

Фиг.,10

Составитель В. Андриевский

Техред Э.Цаплюк Корректор Л.Алексеенко

Редактор И.Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 560/91 Тираж 400 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5