Оптимизация поворота при реверсивном движении автоматизированного машинно-тракторного агрегата

Отметили, что в применении беспилотных технологий важную роль играет планирование пути агрегата. Машинно- тракторные агрегаты (МТА), оснащенные автоматизированными системами управления и навесными сельскохозяйственными машинами, способны выполнять оригинальные способы движения и повороты на поле, в том числе реверсивное движение на склонах. На мелкоконтурных участках процент холостых ходов достаточно велик, и за счет минимизации пути или времени поворота можно увеличить производительность агротехнических приемов. (Цель исследования) Рассчитать оптимальный поворот при реверсивном движении автоматизированного машинно-тракторного агрегата. (Материалы и методы) Расчет оптимального движения на поворотной полосе для повышения эксплуатационной эффективности МТА является важной частью планирования маршрута. На ограниченном пространстве расчет оптимальной траектории поворота представляет собой сложную задачу динамической нелинейной оптимизации, трудно разрешимую традиционными численными методами. Рассмотрены дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода для криволинейного движения МТА в декартовой системе. Однако решения этой системы уравнений, определяющие семейство «игольчатых разворотов» реверсивного движения, будут постоянно ограничены. Для расчета короткого поворота в ограниченных условиях использовался метод оптимизации поворотной полосы. (Результаты и обсуждение) Разработаны кинематические модели МТА с роторной косилкой и сформулированы проблемы оптимизации движения на поворотной полосе с учетом эксплуатационных ограничений. Рассмотрены сценарии поворота от симметричного до несимметричного игольчатого и выбран оптимальный. Благодаря интеграции модели МТА в технологический процесс путем оптимизации на сельскохозяйственном участке был получен и рассчитан для заданных условий эксплуатации альтернативный вариант – фасонный поворот с определенными параметрами. (Выводы) Аналитические исследования автоматизированного МТА с косилкой показали, что значения эксплуатационных и геометрических показателей для фасонного поворота укладываются в минимальную ширину разворота 3,65 метра и длину пути 7,74 метра (характеристики мини-трактора «Уралец 22» и роторной косилки Н-17).

1. Tu X., Tang L. Headland turning optimisation for agricultural vehicles and those with towed implements. Journal of Agriculture and Food Research. 2019. 1. 100009. DOI: 10.1016/j.jafr.2019.100009.

2. Ненайденко А.С., Поддубный В.И., Валекжанин А.И. Моделирование управления движением колесной сельскохозяйственной машины в режиме реального времени // Тракторы и сельхозмашины. 2018. N3. С. 32-38. EDN: XSEMKD.

3. Годжаев З.А., Гришин А.П., Гришин А.А., Гришин В.А. Беспилотное мобильное энергосредство сельскохозяйственного назначения // Тракторы и сельхозмашины. 2016. N10. С. 41-44. EDN: WWHVXJ.

4. Oksanen T., Visala A. Optimal control of tractor-trailer system in headlands. ASABE Paper. N701P1004. MI. 2004. DOI: 10.13031/2013.17842.

5. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. и др. О синтезе роботизированного сельскохозяйственного мобильного агрегата // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2019. N4. С. 63-68. DOI: 10.30850/vrsn/2019/4/63-68.

6. Geraerts R., Overmars M. Creating high-quality paths for motion planning. International Journal of Robotics Research. 2007. N26. 845. DOI: 10.1177/0278364907079280.

7. Luna R., Sucan I., Moll M., Kavraki L. Anytime solution optimization for sampling-based motion planning. Proc. 2013 IEEE Intl. Conf. on Robotics and Automation. 2013. 5068-5074. DOI: 10.1109/ICRA.2013.6631301.

8. Otte M., Frazzoli E. RRTX: asymptotically optimal single-query sampling-based motion planning with quick replanning. International Journal of Robotics Research. 2016. N35(7). 797-822. DOI: 10.1177/0278364915594679.

9. Cariou C., Gobor Z., Seiferth B., Berducat M. Mobile robot trajectory planning under kinematic and dynamic constraints for partial and full field coverage. Journal of Field Robotics. 2016. N34 (7). 1297-1312 (2017). DOI: 10.1002/rob.21707.

10. Васильев С.А., Васильев А.А., Затылков Н.И. Противо­эрозионная контурная обработка почвы машинно-­тракторными агрегатами на агроландшафтах склоновых земель // Вестник НГИЭИ. 2018. N5 (84). С. 43-54. EDN: XNDFZR.

11. Ахалая Б.Х., Ценч Ю.С., Беляева Н.И. Автоматизированная почвообрабатывающая машина для послойной обработки почвы высокотурбулентной воздушной струей // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2025. Т. 19. N2. С. 78-83. DOI: 10.22314/2073-7599-2025-19-2-78-83.

12. Васильев С.А., Лопоткин А.М., Васильев А.А. Разработка математической модели технологического процесса обработки склоновых земель противоэрозионным орудием // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2021. N4 (64). С. 334-344. DOI: 10.32786/2071-9485-2021-04-34.

13. Conway B.A. A survey of methods available for the numerical optimization of continuous dynamic systems. Journal of optimization theory and applications. 2012. 152 (2). 271-306. DOI: 10.1007/s10957-011-9918-z.

14. Fahroo F., Ross I.M. Direct trajectory optimization by a Chebyshev pseudospectral method. Journal of Guidance, Control and Dynamics. 2002. 25 (1). 160-166. DOI: 10.2514/2.4862.

15. Коротченя В.М., Ценч Ю.С., Лобачевский Я.П. Система машин как фактор научно- технического прогресса в агропромышленном комплексе // Российская сельскохозяйственная наука. 2024. N4. С. 67-72. DOI: 10.31857/S250026272404012.

16. Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Хорошенков В.К. и др. Оптимизация управления технологическими процессами в растениеводстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. N3. С. 4-11. DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-3-4-11.

17. Кряжков В.М., Годжаев З.А., Шевцов В.Г. и др. Проб­лемы формирования инновационного парка сельскохозяйственных тракторов России // Сельскохозяйст­венные машины и технологии. 2015. N3. С. 9-14. EDN: TTLVRR.

18. Лачуга Ю.Ф., Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П. и др. Приоритетные направления научно-технического развития отечественного тракторостроения // Техника и оборудование для села. 2021. № 2 (284). С. 2-7. DOI: 10.33267/2072-9642-2021-2-2-7.

19. Ценч Ю.С., Косенко В.В., Шаров В.В. Эволюция конструкций гусеничных тракторов общего назначения // Тракторы и сельхозмашины. 2022. Т. 89. Т. 3. C. 155-166. DOI: 10.17816/0321-4443-109676.

20. Васильев С.А. Интеллектуальная технология контроля качества обработки почвы в системе точного земледелия // Земледелие. 2022. N3. С. 36-41. EDN: ZGGQUG.