植保机钟摆式喷杆悬架系统鲁棒控制

发布时间：2020-05-22 02:34

【摘要】：农业生产作为社会发展与进步的基石,一直发挥着举足轻重的作用。其中农作物保护是农业生产的重要环节之一。为应对现代植保规模化、精准化等严苛的技术要求,大型植保机械逐渐得到广泛应用。然而,由于我国大型植保机械相关领域的研究严重滞后,极大地制约了我国现代化植物保护的发展进程。因此为推动新时代农业植物保护技术的快速稳定发展,对于大型植保机械的研究势在必行。在大型喷杆式植保机的使用过程中,由于田间工况复杂多变,植保机施药过程中喷杆会产生振动并偏离最佳的施药设定值,使施药质量大幅降低,导致药液产生过喷、漏喷的情况,对环境和食品安全产生巨大影响。当喷杆振动过大时,甚至会与地面发生碰撞,从而对机体造成损害。为有效降低上述影响,对于大型喷杆式植保机喷杆悬架的性能提出了更高的要求。本文主要针对植保机钟摆式喷杆悬架系统的输出角度控制进行研究。首先,本文选取一种常见的植保机钟摆式喷杆悬架系统,采用第二类拉格朗日动力学方程对该系统进行数学模型的建立。其次,根据现实工作需求,同时充分考虑了建模过程中的线性化处理及经过长时间使用后机体产生的损耗,设计了基于最优控制的鲁棒输出镇定控制器,并通过Lyapunov稳定性理论证明了系统二次稳定。经过MATLAB仿真验证,在选取不同喷杆初始角度的情况下,该控制器均可使得植保机喷杆达到镇定的效果,即便存在一定的不确定参数,系统稳定性依旧能够得到保证,并具有良好的鲁棒性。最后,由于本文建立的悬架系统中电液伺服液压缸部分模型既可以视为比例环节,又可以视为一阶惯性环节。充分考虑所研究内容的全面性及准确性,将电液伺服液压视为一阶惯性系统,对上述建立的模型进行适当调整。同时考虑工作需求发生改变,需要植保机喷杆对田间坡度进行跟踪,因此设计了鲁棒输出跟踪控制器。为验证所设计控制器的控制效果,选取不同路面坡度,不同喷杆角度的情况下,考察植保机喷杆对路面坡度的跟踪能力。经过MATLAB仿真验证,在该鲁棒控制器的作用下,植保机喷杆对地面坡度的跟踪效果良好,即使存在一定的不确定参数,依旧可以保证系统稳定性,具有良好的鲁棒性。
【图文】：

喷杆,刚架结构,施药量

沈阳工业大学硕士学位论文2图1.1 常见的植保机喷杆刚架结构Fig. 1.1Commonplantprotectionmachineboomframe structure大型植保机喷杆的不必要的垂直运动和水平运动会造成施药过程的局部欠量或过量，进而导致因未达到有效施药量造成的农作物病虫害防护失效或者因施药量过大而产生的土地环境污染。当喷杆产生垂直于地面的滚动和平移时，喷杆上遍布的喷嘴与农作物之间的距离与所需要保持距离产生偏差。喷嘴喷雾锥体面的重叠面积产生变化，药液分布密度也随之变化。当植保机喷杆在作业过程中产生垂直于地面的滚动时，喷杆两端的施药量影响最为显著，一端的喷嘴甚至可能接触土壤，导致大田作物中的一部分未得到有效防护，而其他部分则施药量超标[4]。在另一端，随着喷嘴和大田作物之间的距离增加

喷杆,自由度

第 1 章绪论3图1.2 植保机喷杆自由度描述Fig.1.2Descriptionofthe degreeoffreedomoftheboom围绕x，y 和z 轴的旋转分别为喷杆的俯仰，滚动和偏航运动，如图1.3 所示。实线所标识的是植保机喷杆由于俯仰，滚动和偏航产生振动后喷杆所对应位置。虚线则代表着植保机喷杆在产生俯仰，，滚动和偏航前所处的平衡位置。植保机作业过程中的前进速度、方向的改变、选用轮胎的特性，作业区域土壤不均匀度的扰动会传递给植保机机体，并产生相应激励从而导致了喷杆产生振动。图1.3 植保机喷杆的俯仰、滚动、偏航运动描述Fig.1.3Boompitch,roll,yawmotion田间试验和仿真模型的实验表明，植保机喷杆产生在垂直于水平地面方向的振动会造成所喷洒药物在受保护农作物上分布情况不佳，这种振动会造成植保机作业过程中对某些农作物施药量过高而其他的农作物施药量过低[6]。又因为植保机作业场景为农田
【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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