第30卷
第19期
2014年
10月
农业工程学报
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
电动轮式移动小车控制系统设计与试验
张铁民，黄翰，黄鹏焕（华南农业大学工程学院，广州510642）
Vol.30No.19 Oct.2014
摘要：为了实现电动轮式移动小车能在实际不同的负载和路况下可以稳定的运行工作，该文研制了小车的四轮独立驱动的电机驱动和四轮转向控制系统，该系统由主控制芯片STM32F103RCT6对移动小车进行解算得出4个驱动轮的速度，然后对每个驱动电机进行转矩分配，控制4台用于驱动的无刷直流轮毅电机、2台转向直流电机以及2台制动用直流电机，使得小车实现直线行驶、转向和原地转向：通过单片机ATMEGA48PA控制4台无制直流轮毅电机换相：采用驱动芯片IR2113驱动场效应管FQA140N10，并利用电机内部霍尔传感器输出的脉冲信号检测无刷直流电机的速度，采用放大器LM358搭建过载保护电路。试验结果表明，所开发的小车驱动控制系统实现了四轮电子差速与转矩分配，移动小车能在水泥路面、干泥土路面、斜坡和草地上稳定可靠运行，小车限速 20km/h，爬坡度为8°，在空载情况下能勾速运行8~10h，带额定负载250kg情况下能匀速运行4～5h，有较好的负载性能，满足农业运输及农田作业的需求，减轻人的体力劳动，提高生产效率。该研究可为应用于田间作业的电动移动小车的机械设计及电气控制系统设计提供参考
关键词：车辆：转矩；控制系统；四轮驱动；移动小车；轮载电机 doi: 10.3969/j.issn.10026819.2014.19.002
中图分类号：S24;TM921.48
文献标志码：A
文章编号：1002-6819(2014)-19-0011-08
张铁民，黄翰，黄鹏焕。电动轮式移动小车控制系统设计与试验[J]．农业工程学报，2014，30(19)：11一18. Zhang Tiemin, Huang Han, Huang Penghuan. Design and test of drive and control system for electric wheeled mobile seee(in Chinese with English abstract)
0引言
电动轮式移动小车在工农业生产中用途广泛，
可用于运输各种产品、搭载工具，减轻人的体力劳
提高生产效率[1-2]。动，：
轮式移动小车控制硬件系统目前主要采用 AVR单片机)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP）[4-6]和嵌入式微处理器（advanced risc machines，ARM】[7]等微控制芯片或上位机[8] 作为主控制器进行电路设计，对于轮式移动小车的轨迹跟眼踪控制则根据实际小车的运动学方程进行设计[9-10]。在实际负载变化和路况不同的情况下，还要考患小车的动力学特性，合理的转矩分配能增强小车的运行可靠性[11-14]。
在农业应用上，罗锡文等[15]研制了农用智能移动作业小车的模型，小车使用2个600W无刷直流电动机分别为2个前轮提供动力，模型采用两轮驱动，前轮差速转向：王友权等[16]研制了自主导航和
收稿日期：2014-07-16
修订日期：2014-10-13
基金项目：国家科技支撑计划项目设随农业种苗培育机器人研究(2013AA1024406-03)
作者简介：张铁民，男，黑龙江安达人，博士，教授，博士生导师，主要从事机电一体化、智能检测与控制及农业航空应用技术的研究。广州华南农业大孚工程学院，510642.Email；tm-zhang@163.com
全方位转向的农用机器人，机器人采用四轮转向，四轮驱动，电机使用直流有刷电机。已西圣保罗大学研发的四轮独立驱动，两前轮独立转向，后轮固定的移动机器人用于农田信息的采集，其驱动电机选用的是直流减速电机["]。
目前用于电动轮式移动小车的电机控制器多采用上位机或微控制器，底层电机的驱动采用通用的电机驱动器。但是其电机多采用直流有刷电机，增加了机械结构的复杂性：并且四轮小车若仅采用两轮驱动，则现有的电机驱动器加上位机的控制难以与负载或环境变化相适应，也难以模块化与进步的产品化。因此，本文设计了一种直接用于电动轮式移动小车的驱动控制系统，该系统包含多电机控制器、无刷直流电机与有刷直流电机的驱动器，并且小车采用4个轮载无刷直流电机作为驱动轮，不需经过齿轮传动环节，直接承受由负载产生的阻力。
移动小车驱动控制系统
本文所设计的移动小车将来要用在农业运输
或者蔬果收获等各种农务作业，车架要在由间有较好的通过性能。这不但要求车架的宽度不能太大，而且也要求车架离地面高度不能过低，而且为了便于较高农作物通过，车架中间留取较高、较宽的通