植保机喷杆刚架的有限元建模及鲁棒控制

发布时间：2020-05-01 19:59

【摘要】：随着科学技术的发展,保护农作物已经逐渐成为农业生产生活中一项更高的优先事项。为防止农作物在其生长过程中遭受病虫灾害的影响,通过使用植物保护机械起到了促进和调节植物的正常生长、保证粮食丰收和农产品有效供应的作用。多年以来,化学防治一直作为农业生产过程中主要防治措施,而喷杆喷雾机是主要的作业方式。国内外研究表明,当喷雾机在现场工作时,车体受地面激励会引起喷杆产生振动,从而影响喷雾量的均匀性和效率。因此,需要抑制这种振动,即建立喷杆结构模型并抑制由喷杆振动引起的弹性形变,这是提高喷雾量均匀性和效率的有效途径。为了研究和抑制喷杆弹性变形,本文进行了相应的研究工作。本文针对植保机喷杆系统,分析了国内外有关植保机械的研究现状,总结了植保机喷杆研究上存在的不足。本文选取长24m的喷杆结构,并将其划分为27个节点,采用有限单元法进行了模型分析,建立了喷杆的动力学模型。对喷杆结构进行离散化,并得到每个节点位移,来获得位移插值函数。选取适当的变换矩阵建立了整体广义坐标列阵,并将所有单元连接起来,建立了喷杆模型整体的动力学方程。根据已经建立的喷杆动力学模型,对喷杆振动进行了较为全面的理论分析。在理论分析的基础上,运用了ANSYS软件对喷杆模型进行模态分析,在模态分析基础上针对田间情况对喷杆施加的扰动,利用MATLAB对喷杆的振动进行了仿真,得到了各个方向节点的相应响应图。通过比较每个节点的位移仿真图,发现节点1,14的形变量最大,因此选择此节点的位移作为判断控制效果的基础。本文根据植保机喷杆的实际田间工作情况,在进行控制器设计过程中,先建立系统的增广状态方程考虑参数不确定性,设计了鲁棒控制器,分别对喷杆模型的水平方向和垂直方向的振动进行抑制。在闭环系统仿真中,分别选择节点5,10和节点6,9作为位置进行控制。验证了鲁棒控制器的控制性能达到了预期的效果。
【图文】：

故有良好的的预防和控制的效果。（2）植保机的作用1）植保机简介植物保护机械，顾名思义是保护农作物不受病虫危害使其能够高产稳产的机械，也是喷洒消毒、施肥灌溉、杀菌灭虫的各类机械和工具的总称，简称植保机。植保机主要是通过喷洒农药来控制和预防病虫灾害对农作物的影响，为农作物提供一个健康的生长环境，从而提高农产量。植保机不仅可以使农作物高效产出、稳定产量，而且还是保证健康和卫生防疫不可或缺的工具，在农业生产中起着重要的作用。国外植物保护机械发展迅速，可是我国的植保机发展还是个新兴产业，由于产品众多功效各不相同，按承载方式不同，可以分很多种类。按动力不同分为：小型人力植保机械、拖拉机牵引植保机械、自走式植保机械、无人机植保机械等。按照喷洒的各式各样的东西来分类可分为：喷雾机、喷粉机、土壤处理机、种子处理机等[8]。本文主要研究自走式植保机械，如图 1.1 所示。

.2 喷杆的结构本文所设计的喷杆总体结构成对称形式[53]，，总长度 L=24m，质量大约为 160k喷杆结构划分为 27 个节点，节点 7，8 点固定在植保机悬架上，其中节点 1，2 及 13，14 节点间距为 1m，节点 2 到节点 13 间距为 22m，节点 2，27 及节点 13，距为 0.5m，节点 7，22 及节点 8，20 间距为 1.5m。喷杆的单元截面呈环形状，内径为 0.025m，外部直径为 0.03m。植保机喷杆结构参数按照表 2.1 设定。划分结构 2.1 所示。表 2.1 喷杆刚架结构相关参数Tab. 2.1 Rigid Frame Structure Related Parameters梁的结构参数截面积/m 8.6 × 10 弹性模量/Pa .1 × 1011泊松比 0.3密度/(kg/m3) 7800
【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】：S49;TP273

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本文编号：2647005