聯合收割機負荷控制系統研究

發布時間：2018-11-23 13:55:14 作者：

我國是一個農業大國,社會經濟對糧食生產中的收獲質量、效率有很高要求。目前,聯合收割機在我國農業生產中已逐步普及,有效提高了工作效率、減少了谷物損失。但跨區機收作業中,聯合收割機特性會因工況的差異而變化。如不能及時調整工作狀態,將導致作業效率下降,故障率上升,機械損耗加劇,嚴重時可能損壞機器。聯合收割機特性復雜,人工控制無法獲得良好的控制效果,因此須設計收割機總體負荷自動控制裝置,根據實際工況自動控制其收割速度,保證聯合收割機總體負荷處于最佳狀態。本課題來源于十一五國家科技支撐計劃項口“多功能農業裝備與設施研制”(2006BAD11A03),以設計制作聯合收割機負荷控制系統為目標,對收割機特性、控制算法、控制器軟硬件設計等相關領域進行研究,設計了負荷控制算法和裝置,并進行大量試驗。試驗結果表明所設計的控制算法及控制器能根據聯合收割機的不同工況及時調整控制參數,在保證高作業質量的前提下大幅度提高作業效率。主要內容圍繞以下工作展開： 1)為了研究聯合收割機的特性,檢驗各類算法的控制效果,建立了聯合收割機整機計算機仿真模型。選擇具有代表性的碧浪4LZ2.0型履帶式全喂入橫置軸流滾筒聯合收割機為研究對象,分析其重要部件如柴油發動機、HST、V型傳動帶、割臺、作物輸送器、脫粒滾筒、清選篩、輸糧攪龍等的工作原理和特性,建立各部件的動力學模型和作物運動模型。根據收割機結構有機整合各子系統模型,構成聯合收割機整機數學模型。在Simulink軟件環境下設計了收割機計算機仿真模型,對收割機的各種穩態特性、擾動瞬態響應進行研究。結果表明,聯合收割機的內部參數漂移和外部擾動對其工作狀態有明顯的影響,而且會隨作業時間、作業對象的變化而變化,難以精確獲取?？傊?聯合收割機系統存在著嚴重的非線性和時變性,不僅模型階次高,而且是典型的大慣性、純延遲系統。 2)為加快研究進度,降低研發成本,克服實車試驗所受的各種制約,研究、設計了聯合收割機半實物仿真模型,用以模擬聯合收割機的各種工況,實現對負荷控制器實物的試驗測試。通過仿真適配器接收控制器實物發出的控制信號,模型計算機根據數學模型獲得各環節的響應,再由仿真適配器輸出,模擬傳感器檢測信號作為控制器反饋。利用相同信號控制聯合收割機實車和半實物仿真模型進行對比試驗,試驗表明半實物仿真模型具有與實車相似的特性,可以在很大程度上模擬收割機的作業過程,實現對負荷控制器實物的實時仿真。 3)針對收割機高階非線性、參數漂移、特性復雜的問題,設計了基于RBF神經網絡的自適應負荷控制器。利用RBF網絡在線辨識收割機特性參數,以此為基礎構成逆模型控制器對收割機進行控制。多種工況條件下的計算機仿真試驗表明,控制器對系統參數漂移具有一定適應能力,在不同工況條件下獲得較好的控制效果。 4)為了解決收割機大慣性、存在純延時環節等問題,同時基于對其外部擾動的研究,設計了負荷-車速串級控制器。分別利用單神經元PID技術和直接廣義預測控制技術設計了車速控制器和負荷控制器。計算機仿真試驗表明,引入車速副回路有效提高了系統工作頻率,強化了對系統內部參數、外部擾動的適應能力,獲得良好的控制效果。 5)基于上述研究內容,設計了嵌入式聯合收割機負荷控制器,并利用半實物仿真模型和4LZ2.0型聯合收割機實車進行大量試驗,試驗結果表明控制器能夠達到設計要求,可實現收割機總體負荷的自動控制,獲得較好的作業質量和作業效率。