农机自动驾驶系统是现代化农业中的关键作业装备，对农业增产增收发挥着越来越重要的作用。国内外对农机自动驾驶的研究主要集中在农机智能导航的农机运动学模型、导航路径跟踪控制以及导航定位新算法等方面，而对农机巡航控制的研究不多，实际应用的则更少，但对汽车的巡航控制系统研究较多，在动力学系统模型和速度控制算法上取得了较多的研究成果。但是大型农场轻载作业（播种和喷药等）的拖拉机、多功能收获机等采用定速巡航系统，能大大降低驾驶员劳动强度，减少有害气体排放，节省油料，提高生产效率。因此，有必要对农机定速巡航技术进行深入的研究。
　　农机定速巡航系统作为农机自动驾驶系统的重要组成部分，该系统的速度控制效果对农机导航控制和变量作业控制有很大的影响。本文以实际应用为导向，借鉴轿车和卡车自动驾驶的研究思路，设计了农机定速巡航控制系统，并基于雷沃欧豹TA800型拖拉机进行了硬件和软件实现。本文的主要研究工作如下:
　　(1)研究拖拉机的定速巡航系统，建立其纵向动力学模型，并依据模型的特点及外界干扰特性，来设计定速巡航系统合理的速度控制算法。针对拖拉机纵向动力传动系统的复杂性，采用了模块化的机理建模及结合实验数据的方法，建立了拖拉机的纵向动力学模型;由于该纵向动力学系统的非线性，通过逆模型线性化方法将其线性化，获得了拖拉机定速巡航动力学系统模型，便于后续标准定速巡航系统控制结构的应用及控制算法的设计。在Simulink上对所建立的纵向动力学模型进行仿真实现，并在拖拉机行驶工况下，对所建模型进行验证。将仿真数据与实验数据进行对比，结果表明该模型可以准确的反应拖拉机的纵向动力学特性，能够满足定速巡航系统的要求。
　　(2)针对拖拉机定速巡航系统各工况工作点下参数的变化以及外界的干扰，来设计速度控制系统，引入了车辆常用的定速巡航分层控制结构，上层控制器根据拖拉机行驶车速的设定值输出期望加速度，下层控制器通过执行机构的动作跟踪期望加速度。拖拉机定速巡航系统通过对拖拉机纵向加速度的精确控制实现系统功能，因此本文重点考虑了下层控制器的设计，由于纵向动力学系统的非线性、道路坡度、拖拉机悬挂农机具导致的整车质量变动及风阻等外部干扰因素存在，使得控制系统鲁棒性成为控制器设计时的重点。基于拖拉机定速巡航动力学系统模型，设计了上层PID控制器，并通过频率响应实验和最小二乘法辨识下层对象系统的传递函数。根据传递函数和纵向加速度响应的非线性特性，设计了下层滑模变结构控制器，与传统的PID控制相比，通过仿真，结果表明该控制器有效改善了系统对非线性特性及外界干扰的鲁棒性能。
　　(3)基于上述研究成果，以雷沃欧豹TA800拖拉机为实验平台的基础，设计了定速巡航控制系统的硬件和软件，对所设计的控制系统进行实现。硬件部分，设计了防系统掉电的执行机构、控制器电路，对传感器进行了选型和安装设计;软件部分，基于μC/OSⅡ嵌入式操作系统开发了田间计算机软件、传感器节点软件和控制器软件。