單軸對稱水果定向輸送過程中的控制力矩分析.pdf

1、水果深加工不僅有利于提高農(nóng)民的收入，而且有益于節(jié)約資源，利用資源。鑒于水果的易腐壞性，機械化水果深加工成為必然，其中較有代表性的是單軸對稱水果切分去核。單軸對稱水果機械化切分去核步驟一般分為：選料-分級-清洗-定向-切分和去核，整個過程中重點難點在于定向，定向的效果直接決定切分去核工作成敗。水果在定向輸送過程中的機械原理：水果由隨機狀態(tài)漸漸轉(zhuǎn)化成定向狀態(tài)主要依靠底部輸送帶摩擦力和兩邊側(cè)向夾持帶的摩擦力及壓力共同作用，進入裝置的水果主要由

2、底部輸送帶的摩擦力帶動向前，同時漸漸變窄的兩邊側(cè)向夾持帶因與底部輸送帶有速度差，從而迫使水果繞自身中心軸快速旋轉(zhuǎn)，在此過程中，水果同時有直線運動和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，最終水果將實現(xiàn)定向。
　　目前，對于定向問題的深入研究主要涉及航空航天等高科技領(lǐng)域，其中理論知識包括運動穩(wěn)定性、高等動力學(xué)、航天器控制動力學(xué)和多體系統(tǒng)動力學(xué)等眾多領(lǐng)域，但國內(nèi)外有關(guān)于這方面的農(nóng)業(yè)機械化研究和水果深加工的科研成果甚少。鑒于此種情況，水果定向的研究在農(nóng)業(yè)工程自動化過

3、程中和水果深加工領(lǐng)域的運用大有裨益，而且有利于提高生產(chǎn)效率。但因水果種類不同，水果切分往往需要不斷地試驗才能得到適合的力矩和穩(wěn)定的效果，正因為如此，就需要對水果定向問題進行兩個方面的研究，即穩(wěn)定性探討和控制力矩研究。
　　本文以杏果為例，結(jié)合杏果在定向輸送通道中運動情況，合理簡化和分析其在此過程中的受力狀態(tài)，借助高等動力學(xué)運動理論建立系統(tǒng)的非線性歐拉動力學(xué)微分方程，且利用四元數(shù)轉(zhuǎn)換不同坐標系間角速度，并將歐拉動力學(xué)微分學(xué)方程轉(zhuǎn)換成

4、姿態(tài)差動力學(xué)方程，成功構(gòu)造控制力矩矩陣，利用Lyapunov函數(shù)證明其能確保姿態(tài)差動力學(xué)方程達到穩(wěn)定；將羅德里格參數(shù)應(yīng)用于歐拉動力學(xué)微分方程，并推導(dǎo)出控制力矩矩陣。
　　其次，通過建立Simulink仿真對該非線性系統(tǒng)進行模擬，對所設(shè)的控制力矩矩陣正確性進行分析判斷，并得到理論上的控制力矩穩(wěn)定值；通過運用正交實驗法，設(shè)定通道入口寬度、輸送帶和夾持帶的速度差及杏果尺寸為對定向成功率影響因素，利用高速攝像機收集杏果運動高清圖像，結(jié)合動