聯(lián)合收割機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)研究.pdf

1、我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)糧食生產(chǎn)中的收獲質(zhì)量、效率有很高要求。目前，聯(lián)合收割機(jī)在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(jī)收作業(yè)中，聯(lián)合收割機(jī)特性會(huì)因工況的差異而變化。如不能及時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)，將導(dǎo)致作業(yè)效率下降，故障率上升，機(jī)械損耗加劇，嚴(yán)重時(shí)可能損壞機(jī)器。聯(lián)合收割機(jī)特性復(fù)雜，人工控制無(wú)法獲得良好的控制效果，因此須設(shè)計(jì)收割機(jī)總體負(fù)荷自動(dòng)控制裝置，根據(jù)實(shí)際工況自動(dòng)控制其收割速度，保證聯(lián)合收割機(jī)總體負(fù)荷處于

2、最佳狀態(tài)。
　　 本課題來(lái)源于十一五國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“多功能農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施研制”(2006BAD11A03)，以設(shè)計(jì)制作聯(lián)合收割機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)為目標(biāo)，對(duì)收割機(jī)特性、控制算法、控制器軟硬件設(shè)計(jì)等相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了負(fù)荷控制算法和裝置，并進(jìn)行大量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制算法及控制器能根據(jù)聯(lián)合收割機(jī)的不同工況及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，在保證高作業(yè)質(zhì)量的前提下大幅度提高作業(yè)效率。主要內(nèi)容圍繞以下工作展開(kāi)：
　　 1)為了研

3、究聯(lián)合收割機(jī)的特性，檢驗(yàn)各類算法的控制效果，建立了聯(lián)合收割機(jī)整機(jī)計(jì)算機(jī)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(jī)為研究對(duì)象，分析其重要部件如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、HST、V型傳動(dòng)帶、割臺(tái)、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(dòng)力學(xué)模型和作物運(yùn)動(dòng)模型。根據(jù)收割機(jī)結(jié)構(gòu)有機(jī)整合各子系統(tǒng)模型，構(gòu)成聯(lián)合收割機(jī)整機(jī)數(shù)學(xué)模型。在Simulink軟件環(huán)境下設(shè)計(jì)了收割機(jī)計(jì)算機(jī)仿真模型，對(duì)收割機(jī)的

4、各種穩(wěn)態(tài)特性、擾動(dòng)瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究。結(jié)果表明，聯(lián)合收割機(jī)的內(nèi)部參數(shù)漂移和外部擾動(dòng)對(duì)其工作狀態(tài)有明顯的影響，而且會(huì)隨作業(yè)時(shí)間、作業(yè)對(duì)象的變化而變化，難以精確獲取。總之，聯(lián)合收割機(jī)系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的非線性和時(shí)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(jìn)度，降低研發(fā)成本，克服實(shí)車試驗(yàn)所受的各種制約，研究、設(shè)計(jì)了聯(lián)合收割機(jī)半實(shí)物仿真模型，用以模擬聯(lián)合收割機(jī)的各種工況，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷控制器實(shí)物的試驗(yàn)測(cè)試。通過(guò)仿

5、真適配器接收控制器實(shí)物發(fā)出的控制信號(hào)，模型計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型獲得各環(huán)節(jié)的響應(yīng)，再由仿真適配器輸出，模擬傳感器檢測(cè)信號(hào)作為控制器反饋。利用相同信號(hào)控制聯(lián)合收割機(jī)實(shí)車和半實(shí)物仿真模型進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)表明半實(shí)物仿真模型具有與實(shí)車相似的特性，可以在很大程度上模擬收割機(jī)的作業(yè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷控制器實(shí)物的實(shí)時(shí)仿真。
　　 3)針對(duì)收割機(jī)高階非線性、參數(shù)漂移、特性復(fù)雜的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)負(fù)荷控制器。利用RBF網(wǎng)絡(luò)在線辨識(shí)

6、收割機(jī)特性參數(shù)，以此為基礎(chǔ)構(gòu)成逆模型控制器對(duì)收割機(jī)進(jìn)行控制。多種工況條件下的計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)表明，控制器對(duì)系統(tǒng)參數(shù)漂移具有一定適應(yīng)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(jī)大慣性、存在純延時(shí)環(huán)節(jié)等問(wèn)題，同時(shí)基于對(duì)其外部擾動(dòng)的研究，設(shè)計(jì)了負(fù)荷-車速串級(jí)控制器。分別利用單神經(jīng)元PID技術(shù)和直接廣義預(yù)測(cè)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了車速控制器和負(fù)荷控制器。計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)表明，引入車速副回路有效提高了系統(tǒng)工作頻率，強(qiáng)化了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)