基于滑模变结构的重型拖拉机犁耕作业滑转率控制方法研究

发布时间：2020-06-22 09:01

【摘要】：重型拖拉机是北方大田作物田间生产作业中最重要的动力机械。由于田间作业环境相对比较复杂,且作业负载波动较大,重型拖拉机在作业过程中极易产生过大的驱动轮滑转,既降低了作业效率也破坏了土壤环境。重型拖拉机犁耕作业时的驱动轮滑转是拖拉机、悬挂机构和土壤的复杂耦合作用形成的,目前国内针对滑转率自动控制的研究相对较少。为此,本文面向大田作物的犁耕作业工况,以重型拖拉机电液悬挂作业机组为研究对象,在充分了解国内外研究现状的基础上,对重型拖拉机犁耕作业滑转率控制方法展开了系统的研究。本文的主要研究工作如下:(1)在查阅了大量文献与调研了国内外产品应用的基础上,对比分析了国内外重型拖拉机电液悬挂控制系统和滑转率控制方法的发展动态、关键技术和研究方法,分别从滑转率测量与识别方法、系统建模、控制策略与控制方法等方面,总结了目前基于电液悬挂系统的重型拖拉机滑转率控制中需要解决的主要问题,确定了本文的研究内容,制定了研究方案技术路线。(2)以重型拖拉机电液悬挂作业机组为研究对象,分析了拖拉机作业机组各组成部分之间的运动学关系,完成了悬挂机构、车轮和拖拉机机体的受力分析,建立了力平衡和力矩平衡方程;在对液压系统进行数学建模的基础上,基于电液悬挂系统定值消扰控制的特点,面向田间犁耕作业工况,建立了适用于滑转率控制的重型拖拉机电液悬挂作业机组非线性动力学模型,并对其运动特性进行了仿真分析,为后续精准的滑转率控制提供了理论基础。(3)从保证重型拖拉机作业机组牵引效率和考虑农艺要求的角度出发,基于重型拖拉机驱动轮牵引特性,分析了面向全工况下不同犁耕作业模式的滑转率控制需求,提出了以滑转率为主要控制目标、兼顾耕深均匀性的滑转率综合控制策略。针对基于电液悬挂的重型拖拉机犁耕作业滑转率控制系统的强非线性特征,采用指数趋近律设计了基于滑模变结构的滑转率非线性控制算法,并基于Matlab/Simulink进行了离线仿真分析。(4)针对重型拖拉机电液悬挂自动控制系统的功能需求,完成了控制器硬件开发和软件系统设计,搭建了基于dSPACE的硬件在环仿真试验平台,测试了所开发控制器的性能;在不同的输入扰动和不同控制目标下,通过滑模变结构控制和模糊PID控制的对比试验,验证了滑模变结构非线性控制方法的优越性和鲁棒性。(5)针对田间实际作业工况和拖拉机作业机组的运动特性,根据基于滑模变结构控制的重型拖拉机滑转率控制系统的功能需求,搭建了田间试验平台,建立了重型拖拉机犁耕作业滑转率自动控制系统,开展了田间试验研究,验证了所提出的滑转率综合控制策略和滑模变结构控制算法的有效性。通过本文研究,考虑了重型拖拉机作业机组田间犁耕作业的强非线性特征,在实现精准滑转控制的同时,兼顾了耕深均匀性的农艺要求,研究成果对重型拖拉机犁耕作业质量提升和节能降耗具有重要意义。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S219
【图文】：

电液,显型,机型,位置传感器

Ｍｆｔ邋ａ邋ａ邋／Ｍ邋Ｍ邋１邋ｆｔ邋ＳＩ逡逑ｃ！逡逑［３邋ｄｉ邋ａ邋ｍ邋ｍｓ逡逑１－液压泵；２、３－控制阀；４－雷达测速传感器；５？车速传感器；６？牵引力传感器；７－压力传感器；逡逑８－提升液压缸；９－位置传感器；１０、１１－控制面板：１２－电控单元；１３－后悬挂；１４？位置传感器逡逑图】－１拖拉机电液悬挂控制系统逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｔｒａｃｔｏｒ邋ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｈｉｔｃｈ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑目前，国外许多新型中高马力段的拖拉机产品都采用电液悬挂控制系统，例如Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ、逡逑ＣＡＳＥ、Ｍａｓｓａｙ邋Ｆｅｒｇｕｓｏｎ和ＤＥＵＴＺ等公司的重型拖拉机都装备了电液悬挂控制系统，部分典型逡逑机型如图１－２所示。逡逑

土壤比阻,变权重系数,浮动控制,自动控制方法

山东五征集团的李瑞川博士在拖拉机耕深自动控制的研宄中，引入土壤比阻来模拟土壤环境，研逡逑宄了基于土壤比阻的变权重系数自动控制方法，增加了拖拉机在土壤比阻变化差异较大的区域的逡逑适应性，为进一步的精准化控制奠定了基础如图１－３所示，中国一拖集团生产的ＹＴＯ－ＬＸ２２０４逡逑系列拖拉机，可选配大功率电液悬挂控制系统，配备压入土功能、位调节和浮动控制等耕深调节逡逑方式；ＬＷ４００４无级变速重型拖拉机配备智能控制系统，弥补了我国大马力智能化拖拉机领域的逡逑４逡逑

【参考文献】