基于PLC的联合收割机液压转向控制方法研究

以联合收割机液压转向系统控制过程为研究对象，从收割机转向过程前轮负载入手，对收割机转向过程前轮运动特点进行分析，建立联合收割机转向过程前轮动力学模型，计算得出转弯时前轮承受的最大阻力矩；建立收割机转向系统液压控制系统，采用PLC进行液压系统精准控制，驱动液压缸伸缩运动，带动齿轮齿条机构进行收割机前轮转向。     

高速插秧机自动转向系统研制

高速插秧机的液压助力转向装置为整体式安装,不能通过并联油路的方式实现其自动转向。为此,研制了以无刷电机作为动力源的电动自动转向系统,主要包括转角传感器、转向控制器、无刷电机及其驱动器和辅助传动机构。转角传感器用以测量高速插秧机的前轮转向角,转向控制器读取前轮的转向角度,基于数字PID控制方法计算无刷电机的旋转速度和旋转方向并将控制信号发送至电机驱动器。田间测试结果表明:自动转向系统在[-10°,10°]范围内的转向控制误差小于1°、均方根误差小于1°,具备良好的控制稳定性和可靠性,能够满足高速插秧机田间自动导航的基本要求。     

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BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略

为了提高液压系统控制精度,通过分析几种常用驱动策略下阀芯的动态特性以及进油口压力对动态特性的影响,提出了一种可适应进油口压力变化的多级电压激励驱动策略,与常用的双电压激励策略相比具有更好的动态特性,阀芯开启、关闭时间分别降至2. 2、1. 7 ms,线圈热功率降低了68. 5%。设计了一种通过PWM调制、可输出0～60 V之间任一电压的驱动电路。采用BP神经网络对PID参数进行整定,可实现液压缸位移的精确控制。在自适应电压激励与BP神经网络联合控制策略下,恒流量液压系统液压缸位移误差在-0. 3～0. 3 mm之间,变流量液压系统液压缸位移误差在-0. 5～0. 5 mm之间。     

并联机床伺服系统双自适应模糊滑模控制

以并联机床的单通道对称阀控非对称液压缸为研究对象,提出一种适合该系统的将模糊控制、滑模控制、自适应控制三者有机结合的双自适应模糊滑模控制算法.仿真结果表明,采用所提方法使系统的输出渐进一致地收敛于参考输入信号,解决了对称滑阀控非对称液压缸系统存在的动态性能不对称、系统精度低、稳定性差等问题,可有效快速跟踪变化信号,对有界的干扰和参数摄动具有不变性.与常规PID控制相比,双自适应模糊滑模控制更适合于高阶非线性、强干扰的复杂系统,将此法应用于并联机床的液压控制系统可提高机床控制精度,改善机床动态性能,稳态误差仅为常规PID控制的20％.     

电液伺服PID位置控制系统的仿真研究

为提高电液伺服泵控系统位置控制精度和响应速度,将液压缸位移行程分为快速、中速和慢速三段分别实施分段PID控制,在AMESim中建立位置控制系统仿真模型。通过正交试验方法选取相应仿真参数,液压缸位移目标值160mm的仿真结果为159.99mm,位置精度最高。并通过实验验证分段PID位置控制系统仿真模型的可行性。通过仿真分析发现,液压缸第一段分段PID参数对响应速度影响较大,但系数过大会引起超调;第三段参数对控制精度的影响较大,且该段PID参数不宜过大。     

移栽机自适应仿形系统研究与试验

为提高移栽机的仿形精度,对其自适应仿形系统进行了设计。使用水平倾角传感器和位移传感器分别测定水平姿态和离地间隙,以电动推杆作为执行元件实现自适应仿形。为验证自适应仿形系统作业效果,设计了液压试验台并对液压系统进行了仿真,结果表明:压力补偿系统确保了液压缸的速度稳定可控。对自适应仿形系统进行了试验,结果表明:水平倾角正向最大值和负向最大值分别为1.40°和-0.86°,水平倾角误差绝对平均值为0.54°,垂向位移误差最大值为7.85mm,垂向位移误差绝对平均值为4.91mm,满足自适应仿形系统的使用要求。     

自走式块茎挖掘车液压转向机构优化分析

为满足自走式块茎挖掘车的转向要求,设计了一种自走式块茎挖掘车的液压五杆转向机构。通过建立自走式块茎挖掘车前轮液压缸转向机构的力学模型,得到了液压缸推力F2与转臂夹角β、力矩M及五杆垂直距离Lx之间的关系。采用ADAMS软件对前轮液压转向机构进行了优化设计,分析了自走式块茎挖掘车左右转向时液压缸的行程及液压缸的受力情况,并以设计数值为参考优化了块茎挖掘车转向机构的结构布置。优化结果为自走式块茎挖掘车前轮全液压转向机构的设计提供了参考依据。     

田间轮式机器人的导航控制系统设计

设计了一种基于预瞄准纯追踪模型及模糊控制的轨迹追踪控制算法、基于液压系统及PID算法的自动转向控制系统。为测试轨迹追踪控制算法和自动转向控制系统的效果,以田间作业轮式机器人为试验平台,进行农机轨迹跟踪和转向控制试验。结果表明：轨迹追踪试验中车速为0.6m/s时,横向偏差最大为0.07m,平均横向偏差为0.05m左右;转向控制试验中,转向角响应时间不超过1.5s,超调量小于5%。     

农用底盘主动平衡试验平台与控制系统设计与试验

常规的农用作业装备很难适应坡地作业环境,为了使作业车身在坡地作业时保持水平,以主动平衡系统作为研究对象,开发了主动平衡试验平台及控制系统。基于SimMechanics与SimHdraulics模块建立了机-电-液多物理域仿真模型;针对双作用非对称式液压油缸推程与回程运动的不同特性,采用双通道式PID控制策略进行控制,分别对液压油缸跟随响应、位移误差变化、速度阶跃响应与平台双轴倾角进行仿真分析。仿真表明,双通道PID控制下最大跟随误差为1.90mm,响应时间为0.228s,极限状态下平衡时间为2.98s。与单通道PID控制相比,其最大控制误差降低49.3%,响应速度提高了45.8%。在实验室模拟8种不同坡度,对主动平衡试验平台进行响应时间和平衡效果测试,系统响应时间为0.328s;随着坡度的增加,试验平台调平最大误差为1.14°,最大均方根误差为0.299°,主动平衡试验平台及控制系统达到了设计要求。     

多功能全液压果园作业平台的设计与试验

为解决果园作业的机械化程度低和人工劳动强度大的问题,设计了一种多功能全液压果园作业平台。该平台采用全液压四轮驱动,双轮和四轮2种转向模式增强了行走能力、减小了转弯半径,适宜于复杂地形;采用了剪叉式升降机构和可展开式工作台,满足了不同高度和不同株距果树的果实采摘、果枝修剪的需求。同时,设计了调平机构实现平台坡地作业时工作台始终处于水平状态,且前、后两端安装果箱升降装置,便于装卸与运输。对样机进行性能试验,结果表明:其最大负载下行走速度为1.94m/s,最小转弯半径为3m,最大举升高度为2.4 3 m,最大作业宽幅为3 m,调平最大误差1.5°,采摘效率为0.4 2 hm2/h,满足果园作业使用要求。     

四轮驱动电动汽车差动助力转向系统联合仿真与试验

基于AMESim软件建立了四轮独立驱动电动汽车动力学仿真模型,并应用Matlab/Simulink建立了差动助力转向控制系统模型,在此基础上研究了旨在降低转向盘手力和辅助转向轮回正的左右前轮转矩分配控制策略,并采用后轮差动实现车辆横摆校正。联合仿真结果表明,该差动助力转向控制策略在满足转向轻便性、路感回馈及辅助回正基本要求的同时,还可以补偿前轮差动驱动对车辆稳定性的影响,提高了差动助力转向技术的实际应用能力。通过差动助力转向控制系统的快速原型实车双移线道路试验进一步验证了该系统的转向助力可行性和路感保持能力。     

遥控喷杆喷雾机设计与试验

针对大田蔬菜种植病虫害防治需求,利用高地隙四轮转向液压底盘,设计一种遥控喷杆喷雾机。采用PID控制算法设计液压驱动系统和变量施药系统。液压驱动系统通过对比实时采集的实际车速和轮速计算各轮滑转率,以理想滑转率为控制目标进行实时动力分配;变量施药系统根据实时采集的实际车速和预设的目标单位面积施药量换算目标流量,以目标流量为控制目标进行实时喷雾流量调节。在韭菜田进行不同车速下的性能考核试验,结果表明：滑转率最大的车轮为左前轮,滑转率均值为6.14%,能稳定在理想滑转率范围内;滑转率最小的左后轮是轮上载荷最大的车轮,滑转率均值为0.76%,显著小于其他车轮;喷雾作业雾滴沉积率均值为93.4%,变异系数为21.6%,变量施药系统随速调节功能良好,但作业质量随着车速增加而略有下降。该喷雾机可为大田蔬菜种植智能化植保机械的研制提供参考。     

轮式AGV纯滚动转向系统设计与无侧滑转向控制研究

为了解决前轮导向AGV的车轮侧滑问题,基于Ackermann转向原理设计了一种变长连杆的双曲柄转向系统。通过推导转向动力学模型,建立了考虑转向阻力矩的左、右前轮转向角闭环控制模型,提出了左、右前轮转向角PID同步控制算法,利用Matlab仿真转向控制模型的动态响应,获得了相关控制参数。以松下PLC为核心,构建了由左前轮转向交流伺服电机、推杆伺服电机、驱动器和编码器组成的AGV转向测控系统,设计了前轮转向系统同步闭环控制流程,实现了满足纯滚动转向原理的左、右前轮转角实时同步控制及转角信息采集。草地路面原地转向及硬质路面S型轨迹转向行驶试验表明,前轮导向AGV转向系统的左、右前轮期望转角与实际转角误差小于0.1°,AGV转向系统近似满足车轮纯滚动无侧滑运动条件,验证了轮式AGV纯滚动转向系统设计和转向控制的正确性与有效性。     

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。     

基于多体模型的重型车辆对路面动载特性

利用SIMPACK软件分别建立重型车辆前悬架、后平衡悬架、转向系统和轮胎模型等,在此基础上建立重型载货汽车整车多体动力学模型,并采用谐波叠加法构建随机路面,建立了一个可考虑路面不平度的重型车辆对路面动载特性研究平台,利用该平台探讨了重型车辆轮胎三向动载荷与路面不平度、行驶速度的关系.仿真结果表明:前轴轮胎纵向动载荷小于中、后轴轮胎纵向动载荷,前轴轮胎侧向和法向动载荷大于中、后轴轮胎侧向和法向动载荷,中、后两轴轮胎动载荷相差很小;路面在A～D级、行驶速度为60～90 km/h时,前轴车轮法向动载系数大于中、后轴车轮法向动载系数,前轴轮胎法向作用力小于中、后轴轮胎法向作用力.     

接触式拖拉机导航控制系统

为提高接触式拖拉机导航系统性能和导航精度,针对玉米秸秆行间作业,设计了双层控制器接触式导航控制系统.在分析接触式导航传感器检测信号的基础上,以触杆转角为输入、前轮目标转角为输出设计了模糊控制器作为导航控制的上层控制.下层控制针对电液系统的非线性,采用带非线性补偿的PID控制器实现对拖拉机前轮转向角的控制.该导航控制方法在Matlab/Simulink平台上进行了仿真,导航控制系统在秸秆行间进行了试验验证.仿真和田间试验结果表明,导航控制算法的响应快、稳定性好.当行驶速度不超过1 m/s时,拖拉机导航精度在50 mm以内,平均误差15 mm,能满足玉米秸秆行间作业要求.     

汽车线控转向系统路感模拟方法

线控转向系统取消了传统转向系统方向盘到转向车轮的机械连接,因而转向路感无法直接反馈给驾驶员,为此通过对汽车转向系统路感的理论分析,建立了线控转向系统动力学模型。采用卡尔曼滤波技术对汽车转向系统齿条受力进行估计,并引入电动助力转向系统的助力特性,设计复制电动助力转向系统路感的线控转向系统路感模拟方法。试验结果表明,路感模拟方法可以使驾驶员获得有效的路感信息,提高了汽车的操纵性和舒适性。     

铰接摆杆式重型拖拉机线控转向系统仿真与试验

建立了拖拉机空间多体动力学机械系统与线控转向液压系统联合仿真模型,用Matlab编写了相应的模糊PID控制仿真程序,进行了拖拉机线控转向系统原地转向仿真。在平直水泥路面上进行了铰接摆杆式重型拖拉机线控原地转向试验与行驶试验。试验研究表明,所开发的线控转向系统能用于行驶速度小于13 km/h的作业工况。