谷物联合收获机测产系统采样频率优化与试验

针对谷物测产系统采样频率过高时数据冗余量大、软硬件成本高,而采样频率过低时测产精度和稳定性难以保证的问题,分析了谷物的冲击规律并根据采样定理确定了谷物流量信号的最高采样频率为50 Hz。数据预处理时,对于高频率采样信号,提出了双阈值滤波均值和算数均值2种方法,分析表明双阈值滤波均值法的处理效果优于后者。为考察采样频率对测产精度的影响,进行了不同采样频率的测产试验并提出了频率抽取法,尝试了1、10、25、50 Hz 4种采样频率下的总产量建模,并对比了其预测效果,试验结果表明,在最高采样频率范围内,采样频率越高,测产的精度也越高;采用50 Hz采样频率时,平均误差最低为3.04%;采用10 Hz以上采样频率时,可保证平均误差不高于5%。因此,采用10 Hz以上的测产系统采样频率是必要的。     

履带车辆试验台建模与控制方法

基于实际路面工况与试验台结构建立了以主动轮受力为输入、主动轮角加速度为输出的履带车辆动力学模型,推导了履带车辆整车等效到主动轮惯量;辨识了试验台系统传递函数,提出了速度跟踪结合单边速度闭环扭矩双边加载的控制方法实现负载模拟.设计此控制方法的台架系统试验结果表明在换挡、爬坡过程中车辆速度无跳动或较大波动,输出扭矩变化符合实际路面工况,并有较高的负载模拟精度;证明了此控制方法在履带车辆台架试验负载模拟中的有效性和精确性.     

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。     

步进电机扭矩测量试验台系统的设计

专用电机扭矩测量仪器精度高，但价格昂贵，操作复杂，长时间使用会出现误差。步进电机扭矩测量试验台系统采用单相交流电机作负载，使用标准扭矩仪对该系统进行标定来对待测调速电机进行扭矩测量。为此，介绍了一种电机扭矩测量系统的构成与工作原理。该系统以单片机为核心，组成扭矩测量与显示系统，可以较好地实现电机扭矩在线测量，具有较好的经济效益。     

小型方捆机草捆动态称量系统信号分析与处理

为实现小型方捆机草捆动态称量系统的准确测量,降低地面颠簸和机械传动引起的振动对草捆质量测量精度的影响,分析了打捆机作业速度、拖拉机PTO启停对草捆动态称量系统压力和角度噪声信号的作用机理。当系统采样频率为40Hz时,压力噪声信号频率主要在0.1~16Hz;角度噪声信号频率主要在3~4Hz和16~17Hz;打捆机作业速度与噪声信号强度呈正相关。在信号分析基础上,研究了信号处理方法。为提高滤波精度,首先采用基于3σ准则的双阈值动态滤波方法对信号进行预处理,消除奇异值影响,再利用分段线性插值补充空缺点,最后设计一种巴特沃斯带阻滤波器对噪声信号进行消除。田间试验结果表明,采用该方法对信号进行处理后,草捆质量预测相对误差为-4.15%~4.17%,优于均值滤波得到的结果,且该滤波方法适应性更好,更符合实际生产需要。     

基于AT89C51单片机等精度数字频率相位计的设计

等精度频率、相位数字测量仪采用当今电子设计领域流行的EDA技术,以FPGA为核心,配合AT89C51单片机,采用多周期同步测频原理,实现了0.1 Hz～100 MHz信号频率的等精度频率测量。     

联合收获机脱粒滚筒的模糊恒负荷控制

为使联合收获机脱粒滚筒负荷在预期范围内,采用驱动脱粒滚筒液压无级变速系统液压缸的油压力表示脱粒滚筒扭矩,根据扭矩与联合收获机行走速度之间的关系建立脱粒滚筒负荷模型,设计了模糊控制器并进行仿真,利用PLC建立脱粒滚筒恒负荷控制系统并进行台架试验。仿真及台架试验结果表明,当作物密度产生阶跃时,脱离滚筒的负荷能在数秒内调整到原来数值并达到稳定状态,动态误差小,系统能满足同一地块疏密分布不同的作业要求。     

基于AMESim的液粘调速离合器动态接合特性研究

为了在不增加系统装机功率的前提下提升驱动扭矩,设计了一种"电机+飞轮+液粘调速离合器"驱动系统。创建了驱动系统各能量传递环节的数学模型、油膜承载力模型和驱动系统的AMESim仿真模型,揭示了飞轮转动惯量、油膜厚度控制曲线等因素对液粘调速离合器动态接合特性的影响规律,得到了扭矩、转速及冲击度变化曲线,搭建了相应的实验台架。仿真和实验结果表明,通过合理控制液粘调速离合器的油膜厚度,实现了持续时间长达50 s的两倍额定扭矩的输出,可满足大中型机械设备对于启动扭矩大、冲击度小的工程需求。     

联合收获机电容式稻谷含水率在线检测装置设计与试验

针对联合收获机稻谷含水率实时检测过程中因样本含杂率高而导致精度和稳定性差的问题,搭建了兼具二次筛分除杂功能的稻谷实时采样台架,基于采样台架采用电容法设计了联合收获机稻谷含水率在线检测系统。设计了检测系统硬件电路,开发了上位机监控界面,实现了上位机和下位机之间的通信。分析了温度和含杂率变化对电容差值的影响规律,进行了采样台架性能试验,建立了电容差值、温度和稻谷含水率输出的关系模型,其二阶模型决定系数为0.986 6,并对模型进行了验证。结果表明:采样台架筛分后的稻谷含杂率均小于1.2%;室内试验时,检测系统最大误差为0.42%,平均误差为0.22%,检测装置平均相对误差不大于1.25%;田间试验时,检测装置相对误差小于3%,有效提高了在线检测精度。本研究可为稻谷含水率的在线获取提供参考。     

拖拉机室内台架试验技术现状与展望

作为拖拉机研发的重要验证手段，拖拉机室内台架试验可方便高效地为拖拉机模拟各种工况下的性能表现。首先探究动力总成控制技术、负载模拟技术、试验数据处理技术和试验结果评价技术4种拖拉机室内台架试验关键技术，结合试验技术的最新研究进展，对4种技术进行详细的阐述和分析。接着从动力总成控制算法、负载模拟算法、试验数据处理方法、试验结果评价指标体系4个方面对拖拉机室内台架试验技术进行讨论与展望。最后得出对动力总成算法进行优化、提高动态负载模拟精度、保持试验数据处理方法的前沿性、对试验结果综合客观评价是拖拉机室内台架试验技术的发展趋势，以期为我国拖拉机室内台架试验技术的发展提供参考。     

CPP桨毂机构电液伺服加载试验台

提出一种新型加载试验台,可以完全模拟变螺距螺旋桨(CPP)在水中旋转时对桨毂机构产生的各种载荷力和力矩。CPP在不同转速、螺距和航速下所产生的推力、旋转阻力、离心力以及转叶扭矩,可通过多通道电液力(力矩)伺服控制系统,按照相应的载荷谱对桨毂机构实施加载,还可完成静态、动态以及脉动激振载荷力和力矩等加载试验。该加载系统采用立式结构,以大质量圆盘作为基座,被加载桨毂倒立安置在圆盘基座中心。对加载试验装置的关键结构件进行了有限元分析,并对电液伺服加载系统进行频率响应特性仿真分析。试验证明该加载系统能够满足各项加载试验要求。     

基于模型预测控制的多电机驱动系统能量最优分配策略

为了解决传统电动汽车单电机驱动系统高效区无法覆盖汽车行驶工况点的问题,提出了一种基于模型预测控制的纯电动汽车多电机驱动系统能量最优分配策略。首先,以整个多电机驱动系统为研究对象,建立了电机模型和汽车纵向动力学模型,并讨论了采用高效区不同的前后轴电机时提高整车效率的方法。其次,通过台架实验标定出电机在特定转速-转矩工作点的效率,通过引入前后轮驱动力分配比α,将两张电机的效率图转换为整车的车速-驱动力效率图。再次,对模型预测转矩控制下的永磁同步电机系统进行了理论分析与仿真验证。最后,通过硬件在环实验,验证了能量最优分配策略对整车效率以及续航里程提升的有效性。     

不同旋耕作业载荷下拖拉机动力输出传动系振动特性分析

为研究拖拉机旋耕作业载荷对动力输出传动系振动特性的影响,采用系统动力学建模、台架试验验证、田间试验与仿真分析相结合的方法加以分析。首先,在分析动力输出传动系结构的基础上,建立了描述其载荷传递机理的扭振耦合空间动力学模型,此模型详细考虑了横向和垂向的齿轮啮合传递效应。其次,利用拖拉机PTO加载试验台对模型的仿真结果进行试验验证,验证结果表明：横向和垂向的啮合频率误差最大分别为4.24%和5.12%,满足建模要求。然后,搭建了由无线扭矩传感器、北斗定位系统等组成的作业数据采集系统,分别采集了拖拉机在L1（2.07km/h）、L2（3.10km/h）、L3（5.29km/h）常用挡位下的田间旋耕作业数据,田间试验结果表明：旋耕作业的载荷水平和波动范围均随着作业挡位、行驶速度的升高而增大。最后,利用所建立的动力学模型仿真分析了不同作业挡位PTO负荷对齿轮传递特性的影响,结果表明：拖拉机旋耕作业挡位越高,由PTO载荷波动所引起的传动系振动位移越大,而且主要体现在横向振动。     

液压二次调节加载系统负载干扰的主动抑制

建立了液压二次调节加载系统仿真模型,通过仿真与试验结果对比,验证了模型的准确性.分析了典型的转速-转矩控制方式液压二次调节加载系统中.转矩变化通过被试件的机械耦合通道所引起的转速波动问题.结果表明,液压二次调节加载系统中并不存在明显的耦合干扰现象,加载元件对输入元件转速的影响主要表现为一种负载干扰.采用结构不变性原理,设计了前馈补偿环节对转速进行了近似补偿,实现了对这种负载干扰的主动抑制.     

联合收割机变速箱模拟加载试验台的研制

设计了一种用于联合收割机行走底盘变速箱模拟加载的试验台,该试验台采用变频调速电机作为动力源,磁粉制动器与减速器组合作为加载器,工控机通过模拟量输入输出卡控制磁粉制动器加载扭矩的大小,加载扭矩和转速通过扭矩转速传感器测量,并实时显示在工控机上。该试验台可实现复杂工况的编程与自动加载试验。      

水机电共同作用的离心泵内部非定常流动分析

为得到准确的离心泵非定常负载转矩,以型号为IS65-50-160-00的离心泵和Y160M-2 B3的三相异步电动机为研究对象,首先采用Fluent和Matlab对模型离心泵和电动机进行联合仿真.基于TCP/IP通信协议设计了C++源程序作为软件通信的接口程序,建立了双向同步耦合仿真平台,实现了离心泵内部流动非定常求解过程中的转速和转矩数据传输.研究结果表明:定转速计算时,在设计工况下,扬程计算相对误差为8.66%,效率计算相对误差为5.24%;变转速计算时,在设计工况下,扬程计算相对误差为2.45%,效率计算相对误差为2.47%;采用联合仿真方法进行数值模拟,考虑了电动机对泵运行的影响以及转速变化的实际情况,比传统方法更加准确地预测出离心泵的外特性,数值计算结果可靠.Fluent/Matlab联合仿真技术为今后深入研究离心泵内部流动非定常特性提供新方法.     

增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型研究

以双电机独立电驱动增程式电动拖拉机旋耕机组为对象,提出一种适用于旋耕作业的双输入变量后向建模方法,即在模型中将行驶速度和动力输出轴旋耕转矩作为输入量,设计了双电机独立驱动增程式电动拖拉机动力系统能量管理模型。针对旋耕作业特性,提出一种基于实测数据与经验公式相结合的设计方法,建立了旋耕工况周期模型。基于动态规划算法,分别对其进行旋耕作业仿真试验和台架试验,结果表明：仿真试验结果与台架试验结果吻合度较高,能量管理模型能够很好地描述增程式电动拖拉机在给定旋耕工况下各电机功率、发电机组功率和动力电池组荷电状态的变化情况,且仿真试验和台架试验中燃油消耗量分别为4 065.5 g和3 994.7 g,其相对误差为1.77%,验证了建立的增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型的合理性和准确性。     

农用电动车辆预换挡过程转速鲁棒控制方法

提出了一种农用电动车辆换挡过程中永磁同步电机速度同步的鲁棒控制方法。针对电动车辆电驱动总成系统,分析了换挡过程及其中的预换挡速度同步问题,根据系统的结构和工作条件,完成了动力学建模。利用一种非线性控制算法完成了永磁同步电机换挡速度同步鲁棒控制,该算法继承了传统PID控制和鲁棒控制的特点,基于误差和模型两方面进行控制,将农用车辆作业工况下的模型不确定性和外部干扰集中到一个具有假定上限的函数。基于Lyapunov方法从理论上证明了本文设计的鲁棒控制器具有一致有界性和最终一致有界性。通过数值仿真与传统PD控制进行对比,在相同PD控制参数条件下,鲁棒控制器的转速同步误差平均值与标准差均具有明显优势。通过台架试验进一步验证了该鲁棒控制方法对永磁同步电机速度同步控制的有效性,结果表明,该方法转速同步误差平均值与标准差优于传统PD控制30%以上。     

履带车辆行驶载荷在传动系试验台上的模拟

讨论了履带车辆在各工况下的行驶载荷及其在传动系试验台架上的当量阻力转矩,建立了当量阻力转矩的数学模型,并对该阻力转矩在试验台架上的实现进行了研究与模拟。模拟结果表明,采用脉宽调制(PWM)的方法,配以适当的控制系统和控制策略,可以实现车辆行驶载荷的台架模拟要求。     

车辆弯道防抱制动系统仿真分析研究

考虑到车辆弯道制动时车轮垂直载荷的变化影响,建立了8自由度的汽车弯道行驶整车仿真模型。采用模糊控制理论,对车速与轮速的变化、车轮载荷转移的变化以及制动器制动力矩的变化进行了计算机仿真。仿真结果表明,采用模糊控制可以达到很好的制动控制效果,对开发和改进ABS系统有一定的意义。