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随着城乡发展不平衡,农村劳动力流失,耕地资源被荒废,影响我国粮食生产的安全,无人农机自动驾驶与作业技术成为了一个意义重大的研究方向。中国已将先进农机装备列为了“中国制造2025”的十大重点研究领域之一。农机自动驾驶及作业控制系统能有效提高农业生产的作业效率和智能化水平,解决无人种地的难题,缓解我国当前农村劳动力短缺的问题。针对水田环境下的农机装备自动化程度较低,劳动力成本大,水田环境下自动驾驶控制的复杂性等问题,本文基于传统的水稻直播机实现无人农机自动驾驶与作业控制系统,围绕自动驾驶与作业控制系统的实现方案、农机自动驾驶、作业控制和路径规划等核心问题进行了研究,主要研究内容如下:(1)研究了基于传统水稻直播机改造的农机自动驾驶与作业控制系统的设计与实现。研究了系统的整体架构设计和所需底层子系统,对无人农机的传感器系统、主控制系统、用户终端、方向盘控制、油门控制、作业机构控制等子系统的软硬件方案及其实现进行了研究。(2)研究了无人农机自动驾驶的相关算法。通过基于农机运动学模型搭建的仿真模型分析了控制参数对PD控制算法性能的影响,提出了基于模糊控制调整控制参数的模糊自适应PD控制算法,并通过仿真验证对该算法的性能。基于对横向偏差的分析提出了多偏差反馈的非线性控制算法,通过微分方程证明了该算法的可行性,通过仿真验证了该算法的性能。最后提出了一种能实现农机自动切换作业路径的地头调头转向控制算法和速度调节算法。(3)研究了用户作业管理终端的功能实现。首先研究了用户终端与无人农机的远程无线通信的实现。随后研究了用户终端的农机远程监控功能的实现。最后研究了用户终端作业管理相关的作业启停自动控制、作业路径规划算法等功能的实现。(4)搭建农机自动驾驶与作业控制系统的实物试验平台,通过大量实物实验验证本文研究的自动驾驶与作业控制系统的性能。分别在水泥地面和水田环境下对模糊自适应PD控制和多偏差反馈非线性控制两种算法进行了路径跟踪实验。另外,通过水田实验对路径规划算法、地头自动调头转向算法和作业控制算法也进行了验证。实验结果表明本文研究的农机自动驾驶和作业控制系统路径跟踪精度较高,功能稳定,满足水田无人作业要求,为水田环境下的农机自动驾驶与作业控制系统的实现提供了一种可行实用的思路。