稻麦联合收获机拨禾轮转速自动控制装置研制

稻麦联合收获机拨禾轮转速对作业质量影响较大,拨禾轮转速过低导致作物喂入不及时,拨禾轮转速过高导致作物过度击打而造成落粒损失。若拨禾轮转速能够随作业速度自适应调节,将很大程度上降低割台损失。针对这一问题设计一种稻麦联合收获机拨禾轮转速自动控制装置,使拨禾轮以适当转速稳定转动。重点对拨禾轮驱动机构、转速测量装置和转速控制器进行设计。转速控制器采用PID控制算法比较实际转速和目标转速的大小并确定合理的电机转速控制信号,使拨禾轮主轴以目标转速旋转。性能测试结果表明,所研制的稻麦联合收获机拨禾轮转速自动控制装置的转速控制误差小于3.5 r/min,最大相对转速误差为8.6%,其控制稳定性和可靠性能够满足稻麦联合收获机田间作业的基本要求。     

基于神经网络的拨禾导向装置可靠性预测研究

针对玉米收获过程中拨禾导向装置的高故障率问题,在分析玉米收获机拨禾导向装置工作原理的基础上,运用MATLAB神经网络工具箱建立拨禾导向装置可靠性预测的BP神经网络模型。根据不同型号玉米收获机拨禾导向装置的可靠性数据,进行网络设计和训练。选取传动系统、果穗输送器、左拨禾链、右拨禾链、摘穗辊组、张紧装置、机架的可靠度为输入变量,该装置总体可靠度为输出变量进行预测分析。结果表明,预测误差较小,能够有效预测其可靠性,为玉米收获机拨禾导向装置的优化设计及参数选择提供了依据。     

基于不对行倒伏玉米收获的拨禾装置设计及试验研究

针对收获不对行倒伏玉米存在的收获效率低的问题,对现有拨禾装置喂入部分进行了改进,改进后的拨禾装置拨禾链采用"八"字形结构,拨禾链指采用工作截面为光滑圆弧面的水稻收获拨禾链指。采用控制变量法对拨禾机构收获不对行、倒伏玉米时的喂入率进行性能测试,结果表明:改进后的拨禾装置对位置偏离中心小于150mm、前后倒伏角及左右倒伏角均在60°范围内的玉米植株具有很好的扶持喂入效果,可在一定程度上解决不对行、倒伏玉米收获率低的问题,为后续设计不对行、倒伏玉米收获机拨禾装置提供了参考。     

基于内模控制的主动悬挂电液伺服作动器位置控制研究

针对负载质量和负载力等参数不确定的主动悬挂电液伺服作动器位置控制系统，采用内模控制方法对其进行位置控制。根据系统特性建立了电液伺服作动器位置控制系统线性化数学模型，并基于此模型设计了内模控制器。为验证内模控制器的控制效果，进行了与PID控制的对比仿真分析和台架试验。以阶跃信号为输入信号进行了仿真分析，仿真结果表明，系统在内模控制下的单位阶跃响应快速、平稳、无超调，动态特性优于PID控制，且当系统受到外部干扰时，内模控制比PID控制能更快速、平稳地恢复至稳态值。台架试验包括改变正弦输入信号频率和改变负载质量两种试验方案。结果表明，当正弦输入信号频率由0.1Hz增加至2Hz时，基于PID控制的系统跟踪性能明显恶化，而基于内模控制的系统跟踪性能并无明显变化；当负载质量发生变化时，基于内模控制的系统跟踪误差变化幅度明显小于PID控制。基于内模控制的电液伺服作动器位置控制系统的跟踪响应性能优于PID控制，满足主动悬挂系统的使用要求。     

玉米采摘智能控制系统的设计与试验

玉米收获机是玉米收获的重要机械,其工作参数及工作性能直接影响玉米收获机的工作效率。为此,针对目前玉米收获装置智能控制水平低、通用性差等问题,提出了一种玉米采摘智能控制系统,采用PID模糊控制对智能控制系统进行设计,并对牵引辊转速、作业速度和采摘高度进行了优化。同时,基于试验数据的预测模型对玉米采摘损失率进行预测,以降低玉米采摘损失率。田间试验结果表明:各工作部件响应迅速,超调量和稳态误差相对较小,所建立的控制策略可在不考虑工况负荷的情况下,对玉米收获机各工作参数进行优化;玉米采摘损失率为1.67%,籽粒破损率为3.38%,含杂率为1.09%,收获损失满足玉米生产标准,且系统运行正常、智能化程度高、操作方便,满足预期设计要求。研究结果可为玉米收获机自动化控制的研究提供技术参考。     

玉米联合收获机自动对行控制系统的研究

以自走式玉米联合收获机为载体,研制一种玉米联合收获机自动对行控制系统。系统采用TMS320F2407、XC3S500E作为核心控制芯片,通过触摸屏设置控制参数,采用PID控制方式进行对行调节。试验结果表明,该系统在PID调节速度环为800、轮向轮偏转角度值为800、收获机在一档高速作业时自动对行的效果最佳。玉米联合收获机自动对行控制系统实现了收获机割道与基准玉米行的自动对行功能,提高了收获机的自动化程度。     

基于PLC的番茄收获机分离装置转速控制系统设计

4FZ-30型番茄收获机分离装置的液压马达转速在工作过程中受发动机转速以及负载等因素影响较大。为提高番茄收获机分离装置转速的控制精度,以PLC为核心设计了分离装置转速控制系统,给出了系统的硬件构成以及马达转速的采集、转速PID控制的程序流程图,并设计了触摸屏的人机操作界面。该系统有效地提高了对番茄收获机分离装置转速的控制精度。     

玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验

针对玉米中耕追肥时肥料利用率低、液压驱动变量施肥转速控制效果差,以及电机驱动力不足等问题,设计了大垄双行玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统。系统主要包括光谱传感器、车载计算机、控制系统及液压系统。电控液压系统主要由液压泵站、电磁比例阀、液压马达、编码器及移动控制器等组成。移动控制器以微控制单元为核心,通过PID控制算法输出PWM信号,驱动电磁比例阀,达到稳定控制液压马达转速目的。搭建室内台架试验台,采用MatLab对电控驱动系统PID控制进行仿真测试,以减少整定PID系数次数,提高整定效率,初步确定PID参数分别为K_P=4.59、K_I=0.469、K_D=0.117。室内台架试验结果表明:确定PID控制参数分别为0.73、0.47、0.40,设定转速指令为100r/min时,电控液压驱动系统的超调量为13%、响应时间为0.85s,系统等幅振荡稳定后平均转速为99.8r/min,转速偏差为0.2%,转速控制精度高。田间试验表明:电控液压驱动系统控制精度高,在不同转速下转速控制精度可达98%,均可达到稳定控制的效果,可满足玉米中耕变量施肥精准控制的要求。     

电动气吸式排种器的电机转速特性研究

为了能够实现电动排种器的精量播种,提高播种的均匀性和产量,针对电动气吸式排种器转速与电机转速之间的问题,提出了一种双闭环控制系统配合转矩计算的新方法。该方法在无刷直流电机特性研究与负载转速、转矩计算的基础上,确定各个参数与相应函数,通过PID控制策略对电机转速进行控制,并在Mat Lab/Simulink软件上对电动机的双闭环控制系统建立了仿真模型并进行仿真。结果表明:系统能够较好地监测转子转速,具有良好的稳定性,且系统反馈转速与排种器转速计算吻合。搭建了连接电动气吸式排种器的无刷直流电机控制系统试验平台,结果表明:试验数据和仿真结果较为接近。该方法能够良好地调节电机转速同步排种器转速,验证了该方法的有效性与实用性。     

自动玉米收获机调高装置PID参数控制试验

为进一步提高玉米收获机的自动控制性能,极大限度降低玉米收获的损失率和漏收率,针对玉米收获机的调高装置进行了PID参数控制试验研究,通过智能核心控制算法模块主导,加入输入信号检测、智能转换及信号输出等单元,在精细参数调节与传递、调高装置快速响应条件下开展收割作业试验。结果表明:PID各项参数指标在控制系统识别、感应及做出反馈等环节发挥了实时调控作用,运行良好,超调量灵敏度提高50%以上,稳定误差率缩短至0.12%。此PID智能调节算法应用于玉米收获机自动调高装置,在最优迭代函数的理论模型下可获取理想的迭代收敛效果,可为玉米收获机向智能化发展提供参考。     

自控玉米收获机控制算法协同分析

以玉米收获机控制算法为研究对象,对玉米收获机作业过程进行分析,建立收获机行进速度和脱粒滚筒转速之间的控制模型,研究喂入量与玉米收获损失率之间的关系。基于协同分析的方式,利用MatLab模糊控制推理模型搭建玉米收获机行进速度、拨禾切断装置转速、输送装置转速以及脱粒滚筒装置转速之间的相互影响关系。实验数据表明:各装置转速随着喂入量的变化而变化,拨禾切断装置和输送装置的转速变化时机与喂入量变化时机基本相同,脱粒滚筒转速变化存在相对延迟。     

玉米收获机低损脱粒智能控制系统半实物仿真平台设计

针对玉米籽粒收获机低损脱粒智能控制系统开发受场地和季节影响较大的问题,设计了一套低损脱粒智能控制系统半实物仿真平台。该仿真平台由仿真平台控制器、操作面板、演示面板、扶手箱、显示器和上位机组成。分析了玉米籽粒收获机低损脱粒智能控制系统的组成和收获控制器的测试需求,建立了玉米籽粒收获机关键作业参数调节过程的数学模型,基于STM32F407型单片机搭建了硬件在环仿真测试系统,并完成了试验台设计。进行了仿真平台和玉米籽粒收获机在空载条件下的作业参数调节开环对照试验,其中,滚筒转速仿真误差的数学期望为0.126r/min,标准差为0.776r/min;作业速度仿真误差的数学期望为-0.022km/h,标准差为0.094km/h;凹板间隙仿真误差的数学期望为0.041mm,标准差为0.147mm,验证了仿真平台对执行机构调节过程模拟的有效性。进行了信号模拟测试和收获控制器自动控制策略仿真测试,结果证明了仿真平台可用于玉米籽粒收获机智能控制系统的开发和控制策略的测试,提高了系统开发效率,缩短了开发周期。     

基于模糊PID参数整定的收获机前进速度控制优化

为了提高联合收获机前进速度控制的精度,解决前进速度控制的滞后问题,使收割机具有稳定的负荷和良好的脱粒能力,对驱动轮轴装配机构进行了改进,并提出了基于灰色预测的模糊PID控制方案,将其应用在了纵流联合收割机的控制系统中。控制系统使用单片机作为速度的控制装置,并可对装置故障做出预警。为了测试收割机速度灰色预测模糊PID控制方法的有效性和可靠性,对收割机的速度控制进行了测试。以喂入量作为干扰信号,通过测试发现:灰色预测模糊PID控制的速度控制响应时间短,响应迅速,满足设计需求,可以在各类联合收割机的速度控制器推广使用,为收割机速度控制的研究提供了较有价值的参考。     

并联油液型混合动力挖掘机发动机转速控制方法

通过对并联式油液混合动力挖掘机的原理和结构分析,提出一种改进的油液混合动力结构方案。采用双向液压马达代替二次调节泵,通过不同开关阀组合控制辅助动力系统回路。利用Simulink对该系统建模后,获取相应元器件尺寸参数及控制参数。采用双转速工作点切换的控制策略,在改装后的油液型混合动力挖掘机上进行实验。实验中利用整合负载预测的发动机转速PID控制方法对发动机目标转速、辅助油液动力系统输出扭矩进行调节。仿真和实验分析表明,该发动机转速控制方法可以有效改善油液型混合动力系统中发动机转速波动,使之稳定在高效燃油区域内,综合节能效果提高14%。     

基于模糊控制的播种机精密单体播深控制仿真研究

为了提高播种机单体播深控制的精度和速度及研究播种机作业过程中土壤的变化规律,设计了一种新的播种机单体控制系统,在播种自动化控制环节中引入了模糊算法和PID闭环控制,建立了播深模糊控制的数学模型,并通过多软件联合仿真的方式对控制系统进行了仿真实验,验证了算法的有效性和可靠性。利用MatLab线性回归算法得到播深和施加力的线性回归方程,通过播深的反馈调节对施加力进行模糊控制,使用Mat Lab模糊控制工具箱设置了控制参数,最终实现播种机精密PID闭环控制。应用Pro/E软件设计了精密播种机三维参数化模型,将模型导入到ADAMS软件中进行了运动仿真,将结果和Mat Lab计算得到的结果进行对比发现:其误差小于10%,说明仿真结果是可靠的。     

基于PSO算法的木薯收获机拔起速度控制系统参数优化

新型挖拔式木薯收获机拔起速度控制系统控制的重点在于使用PID算法进行闭环控制液压马达的输出。为此,针对传统的PID参数调整优化方法费时费力的问题,以广西大学研制的新型木薯收获机控制系统为对象,采用PSO算法,以液压系统的传递函数为目标,对PID算法进行参数优化,且进行了田间试验验证。结果表明:采用PSO算法,对控制系统参数进行优化可行,且便捷;当木薯收获机控制系统的参数Kp、Ki、Kd分别为0.644 1、2. 726 9、0. 036 2时,控制效果良好,性能稳定。     

玉米收获机自动对行方向自校正系统的研究

所研制的自动对行方向自校正系统是玉米收获机自动对行控制系统的执行单元。系统采用PID控制方式调节电液比例方向阀阀芯开度,进而控制液压缸活塞杆的速度和位移,最终控制转向轮的偏转角度和偏转速度。该系统以4YZP-4D型玉米收获机为载体进行田间试验,结果表明:PID参数为KP=800、Ki=0. 5、Kd=0. 1,作业速度为7 km/h时,自动对行方向自校正系统控制效果最好。     

基于BP神经网络PID的移栽机双闭环调速系统

为保证提高移栽机机械手行走速度的同时不失鲁棒性,选用直流电机作为驱动电机,并根据其动作时电流反馈、转速反馈、滤波、整流等多环节的传递函数简化模型设计了基于电流环和转速环的双闭环调速系统模型。引入BP神经网络自学习的控制策略,其中选取BP神经网络PID控制器取代转速环中的PI环节,并在MatLab中采用S函数嵌套控制器模块的方式搭建了基于直流电机双闭环系统仿真模型。结果表明:比较加入BP神经网络算法优化前后的双闭环调速系统响应曲线,优化后的模型超调量由4.3%降为0,过渡时间由2s以上缩短至2s,电机调速系统稳定性和鲁棒性得到提高,整排机械手启动时间更短、速度更快且能准确抓取目标。     

基于神经网络PID的小麦收割机械式行走装置设计

为了提高联合收割机行进速度控制的响应精度、缩短控制过程的响应时间及提高收割机的作业效率,设计了一种新的小麦收割机械式行走装置。该装置利用新型液压-机械控制方案,结合神经网络PID控制器,提高了行走装置的响应速度和精度,并解决了收割机原地转向及特殊地块通过性较差的问题。行走系统采用双联集成变量柱塞泵和2个定量摆线马达的相互独立闲式液压传动系统,实现了收割机行走系统的无级调速。为了测试装置的有效性和可靠性,对PID控制器的响应精度和响应时间等进行了测试。通过测试发现:PID控制器的调节时间仅为0.02s,响应迅速,超调量低,响应精度较高,为小麦收割机现代化设计提供了较有价值的参考。