高地隙四轮驱动喷雾机防滑系统控制仿真与试验

建立了高地隙四轮驱动喷雾机底盘工作过程中的运动模型,以相对滑转率为控制目标,提出了一种基于模糊控制的防滑控制系统。设计了防滑控制器,在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,构建了防滑电液系统试验装置,进行了模拟试验,结果表明高地隙四轮驱动喷雾机的电液防滑控制系统效果良好,控制响应时间1.85s,精度达到97.3%。     

高地隙自走式喷雾机多轮转向系统设计与试验

大型高地隙自走式喷雾机在田间作业过程中,由于整车地隙高、质量以及体积较大,导致换行及转场作业困难,影响作业效率。为提高喷雾机的机动性能和作业效率,设计了一套全液压多轮转向系统,并提出了基于PID控制方法的四轮转向系统控制方法。在建立全液压转向系统数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行了转向系统仿真分析。仿真结果表明:四轮转向过程中后轮转角对前轮转角的跟随存在0. 04 s的滞后,最大转角跟随误差为2. 82°,误差在阿克曼转向理论允许范围之内,满足转向要求。基于研发的3WPG-3000型大型高地隙自走式喷雾机,搭建了多轮转向系统实车试验平台,进行了后轮对前轮转向角的跟随控制试验,试验结果表明:在田间随机转向试验过程中,最大转角跟随误差为2. 60°,满足四轮转向要求,验证了所设计的多轮转向系统的响应性、准确性和稳定性。     

基于滑模自抗扰的同步转向高地隙喷雾机姿态控制

为提高同步转向高地隙喷雾机转向机构对目标状态的响应速度与鲁棒性,提出了一种滑模自抗扰姿态控制策略。首先,基于同步转向结构建立喷雾机姿态控制模型;其次,将喷雾机的姿态控制模型进行解耦并转换为反馈系统标准型;然后,设计线性扩张状态观测器对模型总扰动进行实时补偿,并根据补偿后的模型推导出终端滑模控制律;最后,分别通过仿真试验以及场地试验对姿态控制器的性能进行验证。在场地试验中：当目标转角为5°时,喷雾机前、后转向角的响应时间分别为1.55 s和1.45 s,当目标转角为20°时,前、后转向角的响应时间分别为3.05 s和2.95 s。本文所提出的滑模自抗扰姿态控制器与传统PID姿态控制器相比,前、后转向角的响应速度分别提高8.42%与1.89%,稳态误差分别降低2.96%与3.15%。仿真试验与场地试验结果表明,滑模自抗扰姿态控制算法收敛速度快、鲁棒性强,能够满足喷雾机在不同环境下进行无人自主导航作业的需要。     

3WPZ—500高地隙喷雾机的稳定性分析

高地隙喷雾机质心高、负载大,作业时机身起伏较大,因此对高地隙喷雾机作业时稳定性的研究就很有必要。以3WPZ—500自走式水旱两用高地隙喷雾机为例,通过理论计算和侧倾平台实验对其稳定性进行研究:得出不同质心位置时纵向极限倾翻角、横向极限倾翻角的理论值和实验值;借助ADAMS/View和MATLAB进行转弯稳定性的仿真,得出车轮转角为30°、不同质心位置时有转弯侧倾倾向性的速度。通过仿真和理论计算,得出在转弯半径一定时,转弯极限速度与喷雾机加水量关系不大。     

基于变量马达控制的喷雾机驱动防滑系统设计与试验

高地隙自走式喷雾机因其作业环境复杂易产生车轮滑转,影响静液压驱动系统流量及压力稳定性,严重时导致整机失去通过性能,故须进行防滑控制,保证其具备驱动稳定性和脱困能力。本文提出一种高地隙自走式喷雾机静液压驱动系统防滑控制方法,采用双线性模型定义滑转率与附着系数之间的关系,设计了滑模控制器,并通过田间非道路试验验证了驱动防滑系统的控制性能。试验结果表明,该系统可将喷雾机滑转率控制在0.15以内。在起步加速与匀速工况下,喷雾机滑转率均值为0.020和0.019;在越沟工况下,可2s内实现整机快速脱困。以上结果验证了所设计的喷雾机滑模驱动防滑系统具有良好的防滑性能,能够保证喷雾机在典型工况下平稳行驶,有效减少了地面不利条件对整机行驶稳定性的影响。     

高地隙喷雾机自转向电动底盘结构建模与控制

针对传统机械传动式高地隙喷雾机底盘在水田环境行走时容易陷入泥泞和深沟的问题，本文设计了一种四轮独立电驱动自转向特殊结构电动底盘，底盘转向结构由可自转向的前后桥构成，根据自转向结构特点，提出了底盘结构部分动力学建模方法，将未建模动态以及外部扰动合并为总扰动，构建扩张状态观测器（Extended state observer, ESO）实时估计总扰动并进行扰动补偿，再对无扰动的线性模型设计串级比例控制器，进行模型参数辨识与控制验证。仿真结果表明，采用阶跃信号模拟扰动，ESO扰动观测值可在0.5s内收敛到实际扰动；扰动观测器收敛后，当期望转角从0°突加至20°，得到转角跟踪控制响应曲线的上升时间为1.9s，超调量2.3%；试验结果表明，喷雾机以1m/s的速度行驶在平坦路面时，前转向桥转角上升时间为3.1s，后转向桥转角上升时间为2.0s，验证了本控制方法拥有较好的控制效果；在满载的情况下工作在泥泞田间时，可以轻松越过宽20cm、深40cm的泥泞深沟，验证了其在田间拥有良好通过性。     

风幕式高地隙喷杆喷雾机研究与设计

针对传统喷杆喷雾机底盘较低不能满足玉米中后期植保作业,以及雾滴飘失、农药利用率低等问题,研制了高地隙底盘与风幕式防飘技术相结合的风幕式高地隙喷杆喷雾机。整机主要由驾驶室组件、高地隙静液压底盘、喷杆架组件、喷雾系统和风幕系统等组成,高地隙底盘采用静液压驱动底盘,四轮驱动,四轮转向,龙门式机架最小离地间隙为2 600mm,轮距调节范围为2 280 3 300mm。试验结果表明:有辅助气流较无辅助气流雾滴在玉米整个冠层平均覆盖率提高了57.37%,风幕系统对于增加雾滴在玉米冠层沉积及减少雾滴飘失作用明显。该机具底盘离地间隙高、防飘性能好,可以满足玉米中后期病虫害防治要求。     

大田蔬菜高地隙自走式喷杆喷雾机的研制

针对我国缺乏大田蔬菜地高效施药机具的现状,研制出一种小型、高效、安全的防治大田蔬菜与水稻病虫草害的轻便型自走式高地隙喷杆喷雾机。该机具集成高地隙自走式底盘、喷雾系统、机电液中央控制系统,自走式底盘主要由机架、动力系统、行走转向系统以及液压系统几个方面组成。该机具四轮驱动、四轮转向、行驶稳定、转向灵活、适应性强,喷杆前置、药箱后置,保证了整机重心平衡,采用电动推杆实现喷杆的折叠,减轻了喷杆质量,作业效率高,不仅满足大田蔬菜施药农艺要求,还可应用于水田施药作业。     

自走式玉米高地隙喷雾机底盘系统设计研究

玉米生长中后期常规施药机械难以适应,高地隙喷雾机的研制问题亟待解决。自走式高地隙底盘技术是玉米高地隙喷雾机研制的核心问题。为此,根据玉米生长中后期植保作业要求,制定了喷雾机总体设计方案;结合自走式底盘技术原理,应用solidworks对喷雾机底盘系统相关的行走系、转向系、制动系、轮距调整系及喷杆系等关键系统进行了三维设计,为底盘系统动力学建模、性能仿真分析及自走式玉米高地隙喷雾机的研制奠定了基础。     

高地隙喷雾机自转向电动底盘控制系统设计与试验

针对传统机械传动式高地隙喷雾机底盘在水田环境行走时容易陷入泥泞和深沟的问题，设计了一种四轮独立电驱动自转向电动底盘。底盘转向机构由可自转向的前后桥构成，根据自转向机构特点，提出了底盘部分动力学建模方法，将未建模动态以及外部扰动合并为总扰动，构建扩张状态观测器（Extended state observer, ESO），实时估计总扰动并进行扰动补偿，再对无扰动的线性模型设计串级比例控制器，进行模型参数辨识与控制验证。仿真结果表明，采用阶跃信号模拟扰动，ESO扰动观测值可在0.5s内收敛到实际扰动；扰动观测器收敛后，当期望转角从0°突加至20°时，得到转角跟踪控制响应曲线的上升时间为1.9s，超调量为2.3%。试验表明，喷雾机以1m/s的速度行驶在平坦路面时，前转向桥转角上升时间为3.1s，后转向桥转角上升时间为2.0s，说明本控制方法具有较好的控制效果；喷雾机在满载的情况下工作在泥泞田间时，可以越过宽20cm、深40cm的泥泞深沟，说明其在田间具有良好的通过性。     

前桥摆转式四轮底盘转向系统的转向机理研究

四轮底盘在小地块水田作业时,减少地头空行转弯时间是提高作业时间利用率的重要环节。为实现四轮底盘小半径转弯,以提高水田播插底盘作业率为主要研究目标,对四轮底盘在90°、180°等不同转弯形式下进行分析,得出适合小地块水稻播插作业时以较小转弯半径的转弯方式;前桥摆转四轮底盘在转向时,通过控制前桥驱动轮的转动,使前驱动桥主动围绕着转向装置转动,可以带动底盘以任意角度转向。采用ADAMS软件对四轮底盘后轮轨迹进行模拟,在确保后轮完全不吃入已完成作业区的倒U转弯方式的情况下,提出设计前桥摆转式四轮底盘转向系统的可行性。     

无人驾驶自走式旱地胡麻喷药车转向控制系统设计

针对胡麻密植程度高、不方便大型机械作业等问题,设计一款以直流无刷电机、电推杆为转向控制组件,基于STM32型单片机为控制核心的无人驾驶自走式旱地胡麻喷药车。该喷药车采用2.4 GHz无线电遥控装置与单片机之间的双向通行实现对喷药车行走速度、转弯半径和喷洒模式的控制。使用Keil uVision5软件编程,对喷药车各动作流程进行决策、控制。仿真结果表明,无人驾驶自走式旱地胡麻喷药车转向机构最大转向角度为左转35.9°、右转25.7°,实际使用转向角为±25°,最小转弯半径4 m,转向系统符合设计要求,为胡麻喷药车的智能避障、智能作业提供技术支持。      

农用柔性底盘前轮转向动力学研究

农用柔性底盘通过偏置转向轴转向,4个独立的电动轮既要用于行进,又要驱动转向,控制难度大.为探明柔性底盘前轮转向过程的转向特性,建立了7自由度整车动力学模型,并通过Matlab/Simulink软件建立相应的交互控制仿真模型,进行了不同车速下单轮驱动转向与双轮比例控制转向的仿真与分析,根据仿真结果制定了控制策略;在此基础...     

四轮菱形布置农用高地隙作业机设计与试验

针对玉米和甘蔗等高秆作物生长中后期田间管理缺乏有效作业机械的问题,设计了一种四轮菱形布置的农用高地隙作业机。该机采用门架式结构,具有离地间隙高、重心低、转向半径小和抗侧翻能力强的优点。左右两轮与中部机身的连接采用调整机构实现轮距大范围的精确调节,能适应不同的种植行距,减少作物根部的压实。左右两轮在高度方向也采用调整机构,在斜坡上作业时可调平车身。设计了相应的液压传动与机械传动系统,以满足驱动行走、机构调整与辅助装置工作的要求。试验结果显示,该机最大通过高度为2.8 m,最小转向半径为1.6 m,抗侧翻能力是提高车桥方案的2.4倍,轮距调节范围为0~1 000 mm,能在倾斜角小于等于25°的斜坡上调平车身。     

自适应式丘陵山地拖拉机底盘传动及转向系统设计

针对丘陵山地拖拉机田间地头转向困难及已作业地块易被压紧压实的难题,设计了一种自适应式丘陵山地拖拉机底盘。其采用机械传动方式,发动机横向布置于车架上,动力由发动机一端经过皮带输送到变速器等传动部件用于底盘驱动行驶,另一端输出用于田间收割等作业。转向系统为断开式梯形结构设计,采用前轮偏转和四轮偏转两种转向方式,可实现全液压四轮异相位转向。结果表明：底盘最高及最低行驶速度分别为10.98 Km/h及0.91 Km/h,最大传动比为370.37,最小传动比为61.38,底盘前轮偏转时的最小转弯半径为2003mm,四轮偏转时的最小转弯半径为1494mm。该丘陵山地拖拉机具有良好的小地块作业适应能力。     

基于MATLAB/Simulink的四轮转向车辆的操纵稳定性研究

为了研究四轮转向汽车的操纵稳定性,只考虑汽车的横摆运动和侧向运动,将汽车简化为线性二自由度模型。采用前后轮转角成比例的控制策略,对四轮转向汽车的控制系统进行分析,推导出系统状态空间方程,并在MATLAB/Simulink里建立该控制策略下的4WS(Four-wheel Steering)模型,对汽车的操纵稳定性进行仿真分析,将仿真结果与前轮转向进行对比。仿真结果表明:四轮转向汽车能有效地提高低速时的机动性,减小转弯半径,同时提高车辆高速时的操纵稳定性。     

液电混动履带底盘电液系统联合仿真与试验

针对传统以液压驱动或纯电驱动的履带式农机装备功耗大、系统响应慢、电池续航短、功率扭矩输出不足等问题,本文提出了一种高效液电混动履带式行走底盘,集成了液压驱动和电驱动两套独立动力系统,双液压马达及双伺服电机的四轮驱动结构,可实现整机大扭矩输出,利于整机轻量化设计;通过伺服电机速度及力闭环控制,适应匹配底盘外负载的变化,可显著改善闭式液压驱动系统的动态输出特性,提高整机动态控制性能并降低工作能耗。基于AMESim与Matlab建立了电液混动系统的联合仿真模型,对比分析整机在平地直线行驶、山地爬坡、原地转向等不同工况的行驶动态性能,试验结果表明所设计的液电混合驱动履带底盘最大行驶速度可达1.1m/s,原地转弯时间最快为2.4s,最小转弯直径为150cm,可实现丘陵山地复杂地形转弯及调头;履带底盘直线行驶偏移率不大于3.3%;在相同工况下与液压驱动相比,液电混合动模式下整机能耗可减少9.3%,提高了整机工作效率。     

水稻插秧机电动方向盘系统设计及控制研究

以富来威2 ZG-6 DM型水稻插秧机为应用对象,设计了一款以步进电机作为动力源的电动方向盘集成系统,由摩擦式扭矩限制器、减速器、步进电机及驱动器、角度传感器、主控装置、通信模块、开关及传动机构组成.提出了步进电机转角与转速控制算法,构建了考虑转向阻力矩的电动方向盘转角闭环控制模型,并运用MatLab对此模型动态响应进...     

基于防抱制动系统控制信息的车辆转向状态识别

为优化防抱制动系统(ABS)在转向和制动联合工况下的控制策略,需要识别车辆转向状态.选取适于ABS应用的转向参数:车速、转向方向和前轮转角,通过对比转向参数的直接与间接测量技术,根据四轮车辆转向运动学原理,结合二自由度车辆模型的稳态转向特性,研究了利用ABS轮速信号和控制信息的转向参数估算算法.运用稳态回转试验和制动转向试验进行了系统测试,结果表明参数估算具有较好的精度.