棉花打顶机自动仿形升降控制系统的研究

发布时间：2020-03-30 00:30

【摘要】：棉花打顶是棉花生产过程中的重要环节。然而，棉花打顶又是棉花生产过程中唯一没有实现机械自动化生产的环节，针对新疆兵团地区棉花机械打顶过程中的漏打或多打，工作效率低，打顶精度差等问题，本文根据棉花打顶机技术要求，结合无线遥控技术、传感器技术以及自动控制技术，在3MDZF-6型垂直升降式棉花打顶机的基础上，以STC89C52单片机为核心，超声波传感器为检测元件，无线遥控模块为电源开关，设计了一套棉花打顶机自动仿形升降控制系统。（1）控制系统总体方案的确定。根据设计要求并结合棉株生产实际状况确定了一种既能满足设计要求又能在实际生产中应用的研究方案。（2）棉株高度自动检测系统的设计。采用超声波传感器对棉株的高度进行精确测量，将信息传给单片机系统，单片机根据处理算法计算出当前棉株高度，然后将当前棉株高度与给定值相比较，计算出打顶高度即液压缸要升降距离，，单片机发出指令给电磁阀驱动液压缸升降完成打顶过程；根据车速和液压缸升降速度，确定了超声波传感器的安装位置。（3）液压升降控制系统的设计。采用接近开关对液压缸进行限位控制，实现液压缸的行程在规定的范围内；通过对液压控制系统分析，结合自动控制原理技术，对液压控制系统进行了数学模型建立，并采用了PID算法对系统进行了校正，运用MATLAB软件对系统进行了模拟仿真，得到了系统最优参数，当静差ε=0.02时，系统的控制精度和稳态性均可达到。并利用无线遥控技术，对打顶机的电源开关进行控制，设计出了抗干扰性好的无线遥控系统，实现了在驾驶室内方便的控制打顶机的开始、停止、上升最高位三个状态。（4）控制系统性能试验与田间打顶试验。对控制系统进行了集成，进行了无线遥控模块的噪声性能试验，结果表明，无线遥控模块性能良好能够满足系统要求；最后制作了样机，将设计的控制系统安装在样机上，并进行了田间试验，田间试验表明，本控制系统能够完成打顶作业，相比人工打顶作业效率能提高12倍，打顶率能达到76.2%~89.7%。
【图文】：

垂直升降,组合机架,仿形

1.组合机架 2.液压系统 3.电气系统 4.仿形平台 5.切割器 6.传动系统图 2-1 3MDZF-6 垂直升降棉花打顶机Figure 2-1 3MDZF-6 vertical lift cotton topping machine所示，传动系统位于机架内部，其结构包括：皮带、套管伸缩装置缸、变速器、大带轮、中间带轮等，通过拖拉机传递动力可实现切降；仿形平台位于组合机架的下方，仿形平台的数量与打顶作业机，仿形平台通过轴承座和销子分别与套管伸缩装置内的切割器刀降油缸相接，在可拆卸导向器和升降油缸作用下实现垂直升降，仿底座、可移动仿形器、可拆卸导向器、扶禾器、轴承座和销轴等组制系统固定在组合机架的前端和上方，包括电源开关、蓄电池、接系统包括升降油缸、分配器、油管、电磁换向阀、溢流阀。工作过程的分析及其功能要求打顶机的电源开关，打顶机开始工作，打顶机运动过程中，拖拉机过万向节传递到变速器，变速器将动力传递给大带轮，大带轮通过间带轮，中间带轮再将动力分配到两侧带轮，为保证套管伸缩装置

电路图,单片机实验,单片机最小系统,电路

棉花打顶机自动仿形升降控制系统的研究13图2-5 单片机实验板和单片机最小系统电路Figure 2-5 MCU board and the smallest single-chip system circuit2.3 本章小结本章分析了3MDZF-6型垂直升降棉花打顶机的机械结构原理和其工作过程，并根据分析结果提出了整个控制系统的功能要求，根据控制要求分析了不同测距传感器的优缺点，最终选用超声波传感器为棉株高度仿形检测元件；根据打顶机液压升降要求选用接近开关为打顶机液压升降的限位控制开关；由于打顶机电源开关操作不便，提出了无线遥控电源开关的设计；并根据功能要求提出了控制系统的整体方案，最后对主控制器进行了分析选择，选用单片机为本控制系统的主控制器，为以下章节控制系统的硬件、软件设计打下了基础。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S224.9

【参考文献】