聯(lián)合收割機負荷控制系統(tǒng)研究.pdf

1、我國是一個農業(yè)大國，社會經(jīng)濟對糧食生產中的收獲質量、效率有很高要求。目前，聯(lián)合收割機在我國農業(yè)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(qū)機收作業(yè)中，聯(lián)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(tài)，將導致作業(yè)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(lián)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(jù)實際工況自動控制其收割速度，保證聯(lián)合收割機總體負荷處于

2、最佳狀態(tài)。
　　 本課題來源于十一五國家科技支撐計劃項目“多功能農業(yè)裝備與設施研制”(2006BAD11A03)，以設計制作聯(lián)合收割機負荷控制系統(tǒng)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(jù)聯(lián)合收割機的不同工況及時調整控制參數(shù)，在保證高作業(yè)質量的前提下大幅度提高作業(yè)效率。主要內容圍繞以下工作展開：
　　 1)為了研

3、究聯(lián)合收割機的特性，檢驗各類算法的控制效果，建立了聯(lián)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(lián)合收割機為研究對象，分析其重要部件如柴油發(fā)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(jù)收割機結構有機整合各子系統(tǒng)模型，構成聯(lián)合收割機整機數(shù)學模型。在Simulink軟件環(huán)境下設計了收割機計算機仿真模型，對收割機的

4、各種穩(wěn)態(tài)特性、擾動瞬態(tài)響應進行研究。結果表明，聯(lián)合收割機的內部參數(shù)漂移和外部擾動對其工作狀態(tài)有明顯的影響，而且會隨作業(yè)時間、作業(yè)對象的變化而變化，難以精確獲取?？傊?lián)合收割機系統(tǒng)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(tǒng)。
　　 2)為加快研究進度，降低研發(fā)成本，克服實車試驗所受的各種制約，研究、設計了聯(lián)合收割機半實物仿真模型，用以模擬聯(lián)合收割機的各種工況，實現(xiàn)對負荷控制器實物的試驗測試。通過仿

5、真適配器接收控制器實物發(fā)出的控制信號，模型計算機根據(jù)數(shù)學模型獲得各環(huán)節(jié)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(lián)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(yè)過程，實現(xiàn)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(shù)漂移、特性復雜的問題，設計了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應負荷控制器。利用RBF網(wǎng)絡在線辨識

6、收割機特性參數(shù)，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(tǒng)參數(shù)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(huán)節(jié)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(jīng)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(tǒng)工作頻率，強化了對系統(tǒng)內