聯合收割機雙閉環負荷控制范文

本站小編為你精心準備了聯合收割機雙閉環負荷控制參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《黑龍江科技信息雜志》2014年第十七期

1控制系統設計

1.1系統結構。收割機分為行走系統和作業系統兩部分，分別利用車速閉環和負荷閉環進行控制。系統外環以脫粒滾筒轉速為反饋，與給定最佳轉速的偏差輸入負荷控制器，負荷控制器輸出收割機最佳行駛速度給定與實際行駛速度的偏差輸入車速控制器，獲得步進電動機的控制信號施加在收割機行走系統上。行駛速度和田間作物密度共同作用在收割系統上得到滾筒的喂入量輸入滾筒，產生滾筒轉速。

1.2車速控制器的設計。車速控制器是一個隨動控制器，其控制目標是抑制行走系統的外界擾動和內部參數變化，使行走速度盡可能跟隨給定速度。車速閉環內存在多種擾動，包括地面坡度引起HST負荷力矩變化，收糧、卸糧引起HST負荷轉動慣量起伏，液壓油泄漏與補油引起HST液壓起伏，溫度變化引起HST油液粘度變化等。為獲得更高的控制響應速度，車速控制器采用較高采樣率，控制算法的運算量須盡可能少。車速控制采用單神經元PID控制器。單神經元具有自學習、自調節能力，結構簡單、計算簡便、調整方便，PID算法與之結合可解決參數不易在線調節的缺陷，適合參數時變緩慢的控制。

1.3負荷控制器的設計。負荷控制器響應作業系統的各種擾動，包括割臺高度和傳送系統延遲時間的波動，作物植株密度、含水率的變化等，不斷調整給定車速，保持滾筒轉速恒定。作業過程本身具有較大的滯后，負荷控制器須具備一定的預測控制能力。負荷控制器采用直接廣義預測控制(DGPC)技術。DGPC是基于廣義預測控制的新型控制技術，對被控對象的不確定性有較強的魯棒性，能克服純滯后對系統閉環特性的影響，同時計算量大大減少，提高了實時性。對于非線性對象，可將對象近似為時變線性系統，利用三次樣條函數逼近時變參數，然后應用線性DGPC實現預測控制。該方法可使廣義誤差收斂到原點的一個小鄰域內。收割機作業系統進行簡化近似，描述為二階受控自回歸積分滑動平均模型。

2仿真與試驗

2.1仿真。根據上述聯合收割機數學模型和控制器，利用系統仿真模型，并進行了仿真試驗。保持作物密度等不變，行走系統加入擾動，驗證控制器的有效性。通過相關的數據統計，我們發現：在幅值約為10N•m的負載力矩正弦擾動作用下，控制器能很好地保持給定車速，車速誤差小于0.03m/s，滾筒轉速誤差小于0.5r/min。在20N•m負載力矩階躍擾動作用下，車輛行駛阻力增大，車速下降，而后在控制系統作用下逐漸恢復。車速最大下降0.02m/s，滾筒轉速最大上升0.7r/min。系統的響應時間約為5s，基本無靜差。保持行走系統無擾動，作物密度加入擾動，驗證控制器的有效性。在幅值為0.2kg/m2的作物密度正弦擾動作用下，控制器能較好地保持滾筒轉速，誤差小于5r/min。

2.2田間試驗。根據上述算法設計了智能控制器，并安裝在4LZ-2.0型收割機上進行了田間試驗。試驗控制器采用Magi-cARM2410構建，在嵌入式Linux環境下利用C語言設計了控制算法，操縱桿采用帶50倍減速的MP057NA型步進電動機控制，利用霍爾傳感器檢測滾筒驅動齒輪和行走驅動輪上的磁鋼得到滾筒轉速和車速。試驗田種植鎮稻10號水稻，種植密度均勻。行走系統擾動試驗中，在待收割田塊中人為放置一高約20cm，寬約30cm的障礙。收割機在作業過程中遇到障礙，首先會感到行駛阻力增大，跨過障礙時阻力會減小，之后阻力恢復正常。收割機遇到障礙時行駛速度下降，在車速閉環的控制作用下，滾筒轉速發生變化之前車速控制器就發出了控制信號，有效抑制了車速的波動，車速下降幅度0.046m/s。跨過障礙后車速突然上升，幅度0.044m/s。

車速擾動引起滾筒轉動角速度最大波動1.4rad/min。作物密度擾動試驗前，人工收割部分田內作物，使作物寬度形成一個臺階。收割機作業初期割幅寬度約1.5m，收割機穩定行駛一段時間后，割幅突變為滿幅2.0m，以此模擬作物密度突變。試驗中，起始作物密度小，收割機車速較高。作物密度發生突變時，滾筒轉速迅速降低，最低降至884r/min。車速隨之降低，喂入量減小，滾筒轉速逐漸恢復。系統響應時間約為13s。結束語由此可見，在當前我國農業經濟發展的過程中，聯合收割機已經得到了人們的廣泛應用，而且為了使其工作性能得到進一步的提高，人們也將許多先進的科學技術應用到其中。而雙閉環負荷控制系統的應用，不僅使得整個聯合收割機的工作質量和效率得到提升，還有利于人們對聯合收割機的控制，滿足了現代化農業經濟發展的相關要求。

作者：王惠宇孫明明單位：約翰迪爾(天津)有限公司