基于鲁棒反馈线性化的联合收获机割台高度控制策略

谷物联合收获机割台高度控制非常重要，有效的割台高度控制有助于提高喂入量的稳定性、降低整机各环节的负荷波动。本文提出一种基于鲁棒反馈线性化的割台高度控制策略，该方法可以使割台跟随地面起伏进行俯仰控制调节。首先，基于割台结构和动力学分析建立系统数学模型，选取正弦角度的近似约简条件，将多变量的复杂非线性系统线性转换为典型的非线性系统；通过分析传统的反馈线性化控制研究可控仿射的模型构建方法，在集成鲁棒优化设计控制器基础上，提出鲁棒反馈线性化（Robust feedback linearization，RFL），通过构建灵敏度方程、选取增益来稳定系统；选取液压控制机构，根据控制液压输出的电流参数设计为基于鲁棒反馈线性化控制系统的控制器。将传统的PID控制和本文提出的鲁棒反馈线性化控制进行对比实验，结果表明，在不同行驶速度、地形正弦振幅和地形周期条件下，鲁棒反馈线性化控制下的高度误差均小于传统的PID控制；以3种不同行驶速度在同一起伏地面上行进，鲁棒反馈线性化控制下的高度误差受行驶速度增加的影响小于传统的PID控制。     

植保机可变量喷雾鲁棒控制

为了减少农药对环境的污染程度,可变量喷雾技术是当前植保机械研发的重要内容和发展方向,该技术可根据喷药目标的要求,通过提高农药的利用率来减少对环境的污染问题。本文针对植保机变量喷药系统的输出流量进行控制,建立了喷药系统的数学模型,控制电磁阀的输出流量,并设计了最优鲁棒输出跟踪控制器,实现实际输出流量跟踪到目标值。同时,利用Mat Lab对系统进行了仿真,结果表明:采用鲁棒控制方法,能够进行良好的系统跟踪,并能达到很好的控制效果。     

数学建模下的植保机定量施药系统设计分析

为进一步优化我国植保机的喷施性能，提升整机作业水平，基于数学建模理论针对其施药系统展开设计分析。以植保机飞行控制、路径规划、施药系统等模块组成与工作原理为基点，着重考虑施药系统的药液均匀度、喷施准确度参数，建立系统的核心数学模型，并依据系统完整性进行相应地软件控制设计与硬件配置选型，展开此数学建模下的植保机喷施作业试验。试验结果表明：经数学建模设计后的植保机施药系统具有良好的实用性，施药精度与施药均匀度分别相对提升了9.74%和9.07%,且系统的稳定性与响应速度满足植保机设计要求。     

非对称液压缸位置伺服系统鲁棒控制

针对阀控非对称液压缸位置伺服系统存在参数摄动和不确定外负载的问题,提出了一种鲁棒H∞自适应反步控制器的设计方法。在设计控制器时,通过对子系统选择合适的Lyapunov函数,避免了高阶系统中对虚拟控制量重复求导的问题;使系统的跟踪误差满足鲁棒H∞性能指标,增强了系统的鲁棒性;考虑到控制输入前的不确定参数会导致所设计控制律和自适应律互相嵌套,把系统模型中的时变参数进行变量置换,并对整个系统构造了一个合适的Lyapunov函数,从而解决了该问题;最后对闭环系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,与PID控制器相比,所设计的控制器使系统的输出对给定信号的跟踪速度更快,具有更小的跟踪误差,且对参数变化有较强的鲁棒性。     

基于神经网络与重力补偿的植保机高度控制

针对四旋翼植物保护无人机(植保机)高度控制不精确的问题,提出一种神经网络与重力补偿PD控制器相结合的控制策略。由于农药的喷洒,植保机的质量参数不断减小,传统的控制器缺乏自适应能力,无法精确地控制飞行高度。为此,采用误差反向传播(BP)神经网络估计植保机当前的总质量,给出精确的重力补偿值并与PD控制器共同作用控制植保机的飞行高度,提高系统对质量变化的自适应能力。与常用的高度控制方法相比,该控制方法对主要扰动的抑制更具有针对性。仿真实验表明:BP神经网络可以给出有效的重力补偿值,所提出的控制策略可以提高植保机高度控制精度。     

阀控非对称缸系统多级滑模鲁棒自适应控制

考虑阀控非对称缸系统的特性,设计了一种基于逆向递推方法的多级滑模鲁棒自适应控制器。首先采用Backstepping逆向递推技术和状态反馈线性化的方法,给出系统的多级滑模控制器。然后依据Lyapunov稳定性理论,得到系统不确定参数的自适应律,并在自适应控制中引入鲁棒控制的设计方法,实现对活塞位移的精确位置跟踪控制。实验结果表明,多级滑模鲁棒自适应控制具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。     

非理想网络环境下永磁同步电机转速鲁棒控制

针对网络化控制中通信时滞条件下永磁同步电机转速控制问题,首先在网络环境下建立永磁同步电机时滞动力学模型;然后基于模型展开系统调速鲁棒控制器设计,并通过构造Lyapunov-Krasovskii函数得到系统转速控制稳定性条件,进一步利用LMI工具箱计算出相应的鲁棒控制器增益;最后为验证控制器性能,基于SimEvents搭建控制器局域网络(CAN)通信模块,引入干扰信号,以真实反映网络通信诱发的不确定性延迟,并通过MATLAB/Simulink建立基于控制器局域网络的永磁同步电机调速控制系统模型,监测电机转速、相电流及转矩,展开仿真对比分析.结果表明:在非理想网络环境下,采用所设计的调速鲁棒控制器的系统稳定性较传统PI控制器矢量控制方法有显著提高,可以满足永磁同步电机转速控制稳定性要求.     

我国大中型植保机械化技术的应用现状与发展

精准施药技术是植保作业生产中一个重要的环节,传统施药技术存在明显的缺陷,发展精准变量施药有利于减少农药施用量、降低农药污染并提高有效农药的利用率.本研究主要阐述国内外植保机械化技术的应用现状、精准变量技术要点、存在问题及发展前景,为推广应用新型施药器械、提高植保机械化程度、实施精准施药提供有力参考.     

共轨柴油机调速器的PID参数模糊自整定控制

针对柴油机共轨燃料喷射系统,设计了PID参数模糊自整定控制电子调速器,在Matlab/Simulink环境下,进行了计算机仿真,分析了系统阶跃响应和鲁棒特性,仿真结果证实该控制器的特性优于传统的PID控制器。     

喷药机变量施药控制系统的研究

为了提高我国农业植保技术、解决农药的有效利用率低、减少环境污染、改善生态环境以及避免农业资源浪费等问题,以某型喷药机为基础,分析变量施药性能的主要影响因素,介绍了变量施药控制系统总体技术方案和系统运行的基本原理,建立变量施药控制系统结构,为喷药机的变量施药控制系统的研究提供了一定的理论参考。     

植保无人机变量施药监测技术研究发展与展望

植保无人机凭借其低成本、高效率、精准作业等优点,已经广泛应用在林木病虫害防治中。但是无人机的植保作业质量无法得到及时有效的评价,因此航空变量施药监测技术显得尤其重要。对植保无人机变量施药监测技术的研究现状进行梳理和总结,提出基于多信息融合的无人机变量施药监测技术,分别从无人机飞行参数监测、施药参量监测和药箱液位监测进行阐述,展望航空变量施药监测技术的发展前景,为国内外科研机构的研究与发展提供参考。     

基于靶标叶面积密度参数的变量喷雾控制系统开发与性能试验

变量喷雾技术是提高农药利用率、节省农药用量的重要手段之一。为达到果园施药减量增效的效果,本研究开发了一种变量喷雾控制系统,提出了叶面积密度参数与执行机构脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）占空比的计算方法。该系统上位机基于激光LiDAR传感器探测的点云密度表征叶面积密度作为施药参数,并根据喷药处方计算各喷头对应电磁阀的PWM占空比,通过RS485通讯实时发送施药处方到下位机的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）,下位机PLC根据接收的PWM占空比控制对应电磁阀的开关频率实现喷头喷雾流量的调节。通过试验测量了施药单元网格尺寸、系统延时时间以及PWM占空比与喷头流量之间的模型参数三部分关键系统参数。结果表明在0.2、0.3和0.4 MPa压力下PWM占空比与喷头流量之间均为线性关系,线性拟合优度均在0.98以上。最后,通过喷雾试验验证变量喷雾样机的有效性,试验结果表明,采样点水敏纸上单位面积（cm²）最少雾滴个数为35滴,达到了有效喷雾效果;当靶标冠幅与总冠幅比为39.9%时,变量喷雾模式相比于连续恒定式喷雾省药71.96%,相比于对靶开关式喷雾省药29.72%,达到了减量效果。     

鲁棒μ控制的半主动悬架

悬架系统中存在参数不确定性和动态不确定性,用鲁棒H∞控制理论设计半主动悬架的控制器会使结果比较保守,提出了用结构奇异值μ方法来设计半主动悬架的控制器,μ方法可以把几个摄动块集中成一个对角阵来处理,克服了小增益定理的保守性。仿真结果表明,带有鲁棒μ控制的半主动悬架比带H∞控制的半主动悬架能更好地改善平顺性和接地性。     

压燃/低温燃烧柴油机进气系统鲁棒滑模控制

阐述了一种压燃/低温燃烧(CI/LTC)组合燃烧模式柴油机燃烧进气系统的非线性鲁棒控制策略。基于理想气体方程和质量守恒定律建立了柴油机进气系统的非线性状态空间模型,选择影响燃烧的进气系统关键变量进排气压力和进气组分作为系统输出变量,并采用鲁棒积分滑模方法设计了控制器。控制系统通过对进气系统关键变量的跟踪控制,间接控制缸内条件参数,实现燃烧模式间的平滑切换。最后分别采用GT-Power和Matlab/Simulink软件耦合仿真和快速原型控制仿真验证该控制器的效果。其结果表明与独立PI闭环控制方法相比,该控制策略具有跟踪性能好、响应速度快、抗干扰能力和鲁棒性强等优点。     

自平衡精量施药施肥植保机的设计与试验

针对施药施肥植保机喷杆不平衡、施肥幅宽小及施肥量不均等问题,设计了一种自平衡精量施药施肥植保机。通过折叠机构、伸缩机构、平衡机构的设计,提高了植保机施肥幅宽;通过GPS定位,对行作业,实现不重施或漏施药肥;根据采集的机具速度,系统自动计算施药施肥量,通过控制药液的流量阀控制施药量,通过气力输送系统和送料量调节机构中容留槽的容留量来控制施肥量,使其与车速波动相匹配以达到精确施药施肥的目的。对植保机进行场地试验和田间试验,结果显示:施肥幅宽达16m,喷嘴排量一致性变异系数10.47%,施药施肥均匀性变异系数23.9%,均优于农业标准,作业效率4~5hm^2/h。     

汽车EPAS的混合灵敏度H∞鲁棒控制器设计

采用混合灵敏度H∞控制方法设计了汽车EPAS鲁棒控制器.针对回路的灵敏度函数和补灵敏度函数的性质,通过选择合适的加权函数获得了良好的闭环系统性能.利用线性二自由度车辆模型,采用混合灵敏度H∞控制器进行抑噪仿真.结果表明,混合灵敏度H∞控制器有效地遏制了转矩传感器的噪声与路面干扰,提高了EPAS系统的抗干扰性能,增强了EPAS系统的鲁棒稳定性,使EPAS系统获得了较好的转向跟随性.     

发动机调速史密斯预估定量反馈控制

对于电机后置式及地面耦合式混合动力系统,在其换挡过程中,可以通过电机补偿动力中断,因此调节发动机转速与AMT变速箱转速匹配可以实现平顺的换挡过程。针对发动机调速特性引入基于定量反馈理论与史密斯预估器结合的控制方法。首先,在AMESim中搭建自然进气发动机高保真模型,并通过速度特性验证保证模型的合理性;其次,基于机理建立发动机线性模型,并且分段辨识得到参数的不确定范围,从而将非线性系统用具有参数不确定性的线性模型表示;然后,通过频域分析优化得到一组最佳的史密斯预估器模型,用以补偿发动机进气-扭矩过程不确定延迟;最后,结合史密斯预估器与定量反馈理论设计得到发动机调速SP-QFT鲁棒控制器,从而保证系统在参数不确定情况下的鲁棒稳定性及跟踪性能要求。仿真结果表明:所设计的SP-QFT控制器满足设计要求,相比于基本QFT控制器及PID控制器,有效提高了发动机速度调节的控制精度及响应速度。     

计算机数据融合算法下植保机精准化作业研究

针对我国传统的植保机在精准化作业和自动化喷洒方面存在的不足，基于计算机数据融合算法对植保机精准化作业进行了设计试验。植保机的主要组成包括控制单元模块、信息采集模块、传感器模块、数据传输模块和变量执行器模块。为了实现植保机的精准化作业，对植保机的飞行姿态调整和变量喷药过程进行了算法设计。其中，飞行姿态控制采用双闭环位置式PID控制算法，喷药过程采用改进的遗传PID控制算法进行控制。为了验证植保机精准化作业的效果，对其进行姿态控制和变量喷药试验。结果表明：植保机姿态控制良好，能够完成精准化喷药。     

变量施药机的恒压变量控制系统设计及算法

针对施药机施药量和施药质量不能满足农艺要求的问题,在建立系统总管道药液压力PID控制模型和施药量模糊控制模型的基础上,采用AT89S52单片机设计了变量施药机的恒压变量控制系统,并研究了其控制算法.利用MATLAB对系统模型进行仿真,结果表明:药液压力PID控制的响应时间为0.85s,施药量模糊控制的响应时间为1.04s,两者的稳态误差均在±3%之内,该控制系统可用于施药机恒压变量控制.     

模块化精量喷雾控制阀组设计与试验

针对我国现有植保机械自动化程度不高、施药均匀性差等问题，根据高地隙植保机的喷雾系统组成和技术要求，设计了模块化精量喷雾控制阀组，通过分析计算确定阀体结构以及开关阀、限压阀、流量控制阀、区段开关阀等阀体模块的尺寸参数。精量喷雾控制器能实时读取压力传感器的输出信号并进行处理，将其与上位机输入的流量指令进行比较，并将控制信号发送至电机驱动器以控制电机的动作状态来调节阀门开度，进而调节喷雾系统流量，所设计的精量喷雾控制阀组能够实现压力和流量自动调节、喷杆分段独立控制以及参数实时反馈等功能。试验结果表明：喷雾系统压力与实际流量近似满足线性关系，拟合度决定系数为0.997 5，流量值在0~50 L/min范围内，平均相对拟合误差为1.7%，标定精度能满足控制需求；精量喷雾控制阀组可调节的最大流量为40 L/min，阀门实际流量在阀门有效行程内变化较均匀，符合线性流量特性曲线关系。研究可为高地隙植保机精量喷雾控制策略提供参考。