MECHATRONIC MODEL OF CONTROLLED MOTION OF WHEELED TRACTOR MTZ-1221.2
Authors: Поддубный В.И. 
Published: January 2024

Важнейшей задачей при выполнении машинно-тракторными агрегатами сельскохозяйственных работ является повышение их производительности труда. При действии возмущений со стороны опорной поверхности происходит отклонение звеньев машинно-тракторного агрегата от задаваемой траектории. Это вызывает увеличение пройденного пути, повреждение растений при междурядной обработке почвы. Актуальной задачей является минимизация отклонений. Эта задача может быть решена использованием систем точного земледелия. Автопилоты или подруливающие устройства системы обеспечивают движение звеньев машинно - тракторного агрегата по задаваемой траектории при выполнении ими полевых сельскохозяйственных работ. Программное обеспечения автопилота должно обеспечивать определение управляющих воздействий при отклонении от задаваемой траектории. Следовательно, актуальной задачей при создании автопилота является разработка математического алгоритма управления. В статье представлено описание алгоритма управления движением колесного трактора МТЗ-1221.2, использующего ПИ - регулирование с наблюдателем в контуре управления. Для определения системных матриц в прикладном пакете CamelView была разработана математическая модель движения трактора в горизонтальной плоскости и проведена ее линеаризация. С использованием теории автоматического регулирования в среде Матлаб были решены матричные уравнения Сильвестра и определены матрицы обратной связи. Для проверки работоспособности разработанного ПИ- регулирования его математическое описание было имплантировано в мехатронную модель управляемого движения трактора. Проведено математическое моделирование маневра смены полосы движения . Результаты моделирования подтвердили работоспособность созданного алгоритма управления. Угол поворота управляемых колес трактора, определяемый алгоритмом ПИ - регулирования, обеспечивает задаваемое движение. Планируется использование результатов исследования при создании системы управления движением трактора МТЗ-1221.2.

Abstract – The most important task when performing agricultural work with machine and tractor units is to increase their labor productivity. When perturbations from the support surface occur, the machine-tractor unit links deviate from the set trajectory. This causes an increase in the traveled distance, damage to plants during inter-row tillage. The actual task is to minimize deviations. This task can be solved by using precision farming systems. Autopilots or thrusters of the system provide movement of machine-tractor unit links along the specified trajectory when they perform field agricultural works. Autopilot software should provide determination of control actions in case of deviation from the set trajectory. Consequently, the actual task in creating an autopilot is the development of a mathematical control algorithm. The present article presents the description of the algorithm of motion control of wheeled tractor MTZ-1221.2 using PI-regulation with an observer in the control loop. To determine the system matrices in the CamelView application package, a mathematical model of the tractor motion in the horizontal plane was developed and its linearization was carried out. Using the theory of automatic regulation in Matlab environment, Sylvester matrix equations were solved and feedback matrices were determined. To verify the performance of the developed PI-regulation, its mathematical description was implanted into the mechatronic model of the controlled tractor motion. Mathematical modeling of the lane change maneuver was carried out. The results of modeling confirmed the operability of the created control algorithm. The angle of rotation of the tractor steering wheels determined by the PI-regulation algorithm provides the specified motion. It is planned to use the results of the research in the creation of motion control system of MTZ-1221.2 tractor.