طراحی کنترل کننده مقاوم (robust controller) برای هدایت خودکار تراکتور با استفاده از مدل دینامیکی به همراه کنترل حرکت جانبی ادوات سوار
چکیده
کنترل مکانیکی علف های هرز توسط تعداد قابل توجهی از کشاورزان مورد استفاده قرار می گیرد لذا، هدایت دقیق تراکتور و کولتیواتور یکی از مسائل مطرح در کشاورزی دقیق و مقوله کنترل مکانیکی علف هرز محسوب می شود. از این رو، تحقیق حاضر بر کنترل سیستم فرمان گیری تراکتور و حرکات جانبی کولتیواتور سوار بر آن تکیه دارد. این تحقیق همانند سایر تحقیقات صورت گرفته در این حوزه با هدف کلی کاهش دادن دشواری کار هدایت تراکتور، قادر ساختن راننده به اختصاص زمان بیشتر برای کنترل کیفیت کارهای زراعی و کاهش هزینه، افزایش دقت و کاهش صدمات گیاهی صورت پذیرفت. در ضمن تحقیق حاضر جز نخستین گام های تحقیقی برداشته شده در ایران در حوزه هدایت خودکار ادوات کشاورزی است. با توجه به این که گام اولیه در مباحث طراحی سیستم کنترل، مدل سازی سیستم مکانیکی موجود می باشد، لذا با بررسی منابع صورت گرفته، از مدل دینامیکی yaw سه چرخ برای شبیه سازی رفتار دینامیک تراکتور و کولتیواتور متصل به آن استفاده شد. در مدل سازی کولتیواتور سوار از روابط کینماتیکی استفاده گردید و موقعیت آن از روی روابط هندسی موجود محاسبه شد. با توجه به کلیه مزایای مطرح برای سیستم الکتروهیدرولیک، این سیستم به عنوان سیستم کارانداز در نظر گرفته شد. با محاسبات اولیه صورت گرفته، در هر دو مورد استفاده از سیلندر هیدرولیک shore-western سری 910 و سوپاپ خودکار moog سری 72 مفروض بوده است. شبیه سازی ها برای هر دو سیستم به طور مجزا در نرم افزار matlab انجام گرفت و طبق نتایج حاصل از شبیه سازی، سیستم کنترل کولتیواتور قادر بود شاسی فرعی کولتیواتور را به طور جانبی کنترل نموده و تیغه ها را در مجاورت ردیف های محصول و بدون آسیب به خود محصول هدایت کند. بخش دیگر تحقیق بر کارایی سیستم تحت کار در شرایط مزرعه و غلبه بر عدم قطعیت های موجود در سیستم کنترل متمرکز بود. با توجه به این که همواره عوامل ناشناخته ای وجود دارند که در مدل سازی اعمال نشده اند، و نیز با توجه به تاثیر عوامل ناشناخته دیگری که ماهیت کار خارج جاده ای و خصوصاً کار در مزرعه می باشد، استفاده از تکنیک های کنترل مقاوم در طراحی کنترل کننده مد نظر قرار گرفت. ملاک عملکرد مطلوب سیستم کنترل در این تحقیق سرعت پاسخ سیستم و تسریع در فرمان گیری تراکتور و کولتیواتور به مسیر موردانتظار با کمترین انحراف و حداقل آسیب به ردیف محصول بوده است که طبق نتایج به دست آمده این هدف به صورت مطلوب برآورده گردید. در بخش نهایی تحقیق حاضر، ارزیابی عملی کنترل کننده مقاوم طراحی شده برای کارانداز الکتروهیدرولیکی مورد توجه قرار گرفت و سیستم بر روی سکوی تست موجود در آزمایشگاه هیدرولیک و تله روباتیک دپارتمان مهندسی مکانیک دانشگاه مانیتوبا پیاده سازی گردید و سه پارامتر کلیدی عملکرد یعنی پایداری، پیروی از مسیر و قابلیت حذف اغتشاش (نیروی خارجی) مورد ارزیابی قرار گرفت. طبق نتایج حاصل از سکوی تست، عملکرد کلی سیستم کنترلی بسیار مطلوب ارزیابی گردید. همچنین نتایج عملی، هم خوانی بسیار نزدیکی با نتایج شیبه سازی های صورت گرفته نشان داد که این امر می تواند بر دقت مدل سازی ها دلالت داشته باشد.