植保机喷杆位置主动控制研究

发布时间：2020-03-28 06:33

【摘要】：由于植保机喷杆在喷洒作业时易受到复杂路况、机械行驶状态与天气情况等影响,导致植保机普遍存在系统作业参数不达标、喷施效率低等问题,造成生态环境的破坏与农药的浪费。较小的干扰激励会使植保机喷杆产生剧烈的振动,导致喷杆对农植物喷施高度过高或过低,造成欠喷或过喷的结果,可能出现刮碰农植物甚至发生喷杆末端触地折断的现象,严重影响植保机喷雾效果与作业效率。因此,研究植保机喷杆位置的精准控制具有重要意义。本文的主要研究工作如下:(1)针对低成本、小规模作业的两自由度植保机悬架喷杆系统,充分考虑在建模过程中由于线性化处理、主被动器件损耗以及系统本身存在的模型误差等不确定性因素,建立了具有不确定性的四阶线性状态空间模型,设计了植保机喷杆位置鲁棒输出跟踪控制器,证明了闭环系统的稳定性与渐进跟踪性。仿真验证了控制算法的有效性。(2)针对高成本、大规模作业的植保机,建立了多自由度植保机悬架喷杆系统的非线性模型,进行了将喷杆位置高度与倾斜所产生角度相结合的复合控制研究,采用反步控制算法进行主动控制力的设计。仿真验证了算法的有效性与合理性,有效地减少了植保机悬架的振动幅度,提高了植保机喷杆作业的稳定性能。(3)采用以喷杆为负载的电液伺服系统作为由植保机悬架喷杆系统产生的主动控制力的执行驱动机构。充分考虑电液伺服系统中存在的动态特性并建立了完整的非线性模型。首先,采用复合模糊PID控制算法,进行植保机喷杆位置伺服控制器的设计,通过植保机喷杆对设定的几种不同种类农作物冠层高度模拟信号进行仿形跟踪控制,仿真验证了复合模糊控制算法的优越性与合理性;其次,为进一步提高喷杆位置系统的控制精度与稳定性能,基于经典反步控制理论,设计了动态面控制算法。将已经建立完整的电液伺服系统状态空间模型变换为严格反馈形式,用RBF网络逼近非线性项,引入阻尼项补偿干扰对系统的影响,结合动态面控制进行植保机喷杆位置伺服控制器的设计。仿真结果表明设计的位置伺服控制器具有良好的仿形跟踪控制性能和补偿不确定参数变化的能力,满足植保机喷杆作业中所需的控制精度和稳定性要求。
【图文】：

植保机喷杆位置主动控制研究

植保机喷洒作业Fig.1.1Sprayingoperationofplantprotectionmachinery

喷杆,系统控制模型,悬架

图 2.1 植保机悬架喷杆系统控制模型ig. 2.1 Control model of plant protection machinery suspension boom syst机悬架喷杆系统特征，由第二定律对系统建模得到运动学方1 、2m 分别为植保机机体钢架质量和喷杆悬架底座质量；bz 机体位移；sF 为弹簧阻力；cF 为阻尼器阻力；tk 视为轮胎刚度；r为地面干扰激励；u 为作动器产生的主动控制力。为具有一定刚度的非线性弹簧模型，如下所示nk 为弹簧非线性刚度系数；sk 为弹簧空间刚度系数；ec 为阻空间变量TbbwwTTx [x,x,x,x][z,z,z,z]1234 ，，建立系统状态mzFFkzrumzFFuwsctwbsc ()12 3()()snbwsbwF kz z kz z()cebwF cz z
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP13;S49

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