轻小型移动式喷灌机具有结构简单、整体造价低、机动灵活的优点,十分贴合当前我国的农业发展需求,受到广大农户欢迎,在我国推广应用广泛。近年来,为提高喷灌作业的自动化程度,基于自主导航技术的轻小型移动式喷灌机开始出现。喷灌机在田间自主导航的过程中,受环境干扰不可避免的会偏离预定航线,这就需要喷灌机通过转向来快速消除行走误差,保障灌溉效率和灌溉质量。因此,转向控制是轻小型移动式喷灌机实现自动化作业的重要前提,对其转向控制系统的研究十分必要。鉴于此,本文以自主研发的太阳能驱动轻小型移动式喷灌机为研究对象,对喷灌机的转向系统和转向控制策略进行设计研究,并进行了相关的试验,以解决其自动化作业的基础层面问题。本文的主要研究内容和结论如下:(1)以轻小型移动式喷灌机为研究对象,综合考虑各种转向方案确定了前轮转向、后轮驱动的转向方式,采用分布式独立电驱动的驱动方案,对喷灌机的转向系统结构进行设计,确定系统各元件的参数和应用方法。进而基于Ackermann理想转向模型建立喷灌机转向过程中前轮转角之间以及后轮速度之间的解析关系,提出了喷灌机前轮转角协调控制和后轮差速控制的问题。(2)基于Ackermann理想转向模型提出的前轮转角之间的解析关系,引入多轴运动控制领域常用的交叉耦合控制方法,在两侧前轮转角位置PID控制的基础上添加基于模糊PD算法的交叉耦合模块设计了喷灌机前轮转角同步控制器,最终通过MATLAB-simulink模型仿真与前轮转角响应试验对控制方法的可行性进行了验证。试验结果表明:前轮转角同步控制器基本能够满足喷灌机转向过程中对转角跟随性能和同步控制精度的要求。在20°和-20°的期望内侧前轮转角输入下,转角响应时间在4秒以内,转角超调量不超过2°,波动幅度小,轮廓误差基本能在4秒以内减少到较小的范围内,震荡幅度小;在45°和-45°的期望内侧前轮转角输入下,转角响应时间在6秒以内,转角超调量不超过3°,波动幅度小,轮廓误差基本能在7秒以内得到快速的抑制,震荡值被控制在1°以内。(3)基于Ackermann理想转向模型提出的后轮速度之间的解析关系,结合机械差速器的工作原理和喷灌机的作业速度,选择采用转速型电子差速方案,通过降低内侧后轮速度、提高外侧后轮速度的方式实现差速控制,进而设计了基于PID算法的后轮电子差速控制器。MATLAB-simulink模型仿真与后轮速度响应试验结果表明:喷灌机直行(即α=0°)时,在1m/min的期望速度输入下,后轮的速度控制上升时间在7秒左右,波动较小,两侧后轮的速度基本一致。速度保持稳定后,喷灌机右转(即α=45°)的过程中,右后轮速度降低,左后轮速度升高;喷灌机左转(即α=-45°)的过程中,右后轮速度升高,左后轮速度降低,且两轮速度的上升时间都在6秒左右,速度震荡幅度小,后轮速度比值也与经前轮转角推导出的期望比值相差不大,基本能够实现对喷灌机后轮的差速控制。