基于倾角传感器的旋耕机具调平策略研究

发布时间：2020-05-25 17:40

【摘要】：农田的精细耕整技术是精细农业的一个重要研究内容,是实现农业自动化和机械化的重要内容之一,也是现代化农业生产中的一项重要措施。由于我国南方田块面积偏小而且地形地貌复杂多变,使得传统的耕整地作业质量普遍偏低,为了提高拖拉机旋耕机具在田间作业时的耕整地质量和保持土壤平整实现耕深一致性,本文提出了一种基于倾角传感器采用液压杠杆机构的中心不动调平策略对旋耕机具实现自动调平。本文以农夫小机灵1GDZ-150履带拖拉机悬挂旋耕机为研究平台,对旋耕机具的调平方案、液压双油缸同步方式、倾角传感器的复合数字滤波算法、调平控制系统的软硬件设计和旋耕机具调平的田间作业试验做了详细分析与研究,本文研究的主要内容如下：1.分析了农用拖拉机的机具悬挂特点和旋耕机具作业时的倾斜方式,提出了基于倾角传感器实时检测旋耕机具的倾斜信号并采用杠杆双油缸机构的履带式拖拉机旋耕机具的自动调平策略。2.为了实现杠杆机构的机具中心不动调平策略,执行机构采用了基于分流集流阀的液压双油缸同步回路。为了保证双油缸的同步性能,本文对同步回路中分流集流阀的分流工况和集流工况进行了分析,通过AMEsim液压仿真并结合拖拉机自带分置式液压系统的相关参数,确保了该同步方案的可靠性。3.为获得旋耕机具在田间作业时的实时倾斜信号,本文采用倾角传感器对机具进行倾斜信号的测量与采集。由于旋耕机在土壤表面凹凸不平的田间行驶时,旋耕机机具会产生强烈震动,为提高倾角传感器的倾角数据采集精度,本文采用了复合数字滤波算法组合对静态条件下采集到的原始倾角数据进行滤波去噪处理,以验证该算法组合的可行性。然后,对动态环境的机具不同倾角和旋耕机具不同转速条件下采集到的原始倾角数据进行滤波去噪处理。分析表明,对原始倾角数据采用限幅滤波融合均值滤波与Savitzky-Golay滤波的滤波算法组合后,能够较好的抑制干扰并提高倾角检测精度。4.为了实现旋耕机具的自动调平控制,设计了机具调平控制系统,对系统的各个模块进行了硬件电路和软件设计。基于机具调平的液压系统,以液压同步双油缸为研究对象,对其进行了数学建模,推导出各部分的数学传递函数表达式。对调平控制系统采用自适应模糊PID控制算法实现旋耕机具的动态调平,利用MATLAB/Simulink软件对调平控制系统进行仿真分析。结果表明：采用自适应模糊PID控制算法,能够提高调平系统的控制精度、缩短调平时间、提高系统的响应性和稳定性。5.按照我国《农用机械选型规范》和《旋耕机试验方法》的规定标准,采用本文设计调平策略的旋耕机具按旋耕耕深、耕后土壤平整度和耕后耕层碎土率三个试验指标进行了田间试验与试验结果分析,通过试验分析采用该调平策略的旋耕机具的耕整地质量效果好,能满足农艺要求。
【图文】：

逦湖南农业大学全日制硕王学位论文综上所述，本文采用倾角传感器实时检测拖拉机Ｈ点悬挂的悬挂信息的方案。逡逑２．邋２调平策略选择逡逑旋耕机具Ｈ点悬挂于拖拉机后方，旋耕机具通过Ｈ个较接点与拖连接，其悬挂示意图如下图所示，机具提升臂５在分配器的控制下同下降旋耕机具。当旋耕机具与地面产生倾斜时，通过调节提升杆３的长度来实现机具水平。本文研究的调平策略分为Ｈ种，其中也思想都杆进行改造，把提升杆换成成液压油缸，通过控制器来控制液压油缸伸缩实现旋耕机具的调平。逡逑

巧ｇ．邋２－２邋ｔｈｅ邋出ａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｌｅｖｅｌｉｎｇ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑２．邋２．邋２双巧缸追逐调平法逡逑如下图２－３所示，将拖拉机悬挂机组左右提升杆都换成双作用单杆液压油逡逑化，两个液压油缸分别由两个电磁阀独立控制，当拖拉机农田作业发生倾斜时，逡逑可Ｗ单独调节左右液压油缸的伸缩，，也可ｔＵ同时调节两个液压油缸的伸缩，来逡逑实现拖拉机机具倾斜角度的调整。逡逑ｎ，逡逑典———邋邋邋逦？ｂ逡逑Ｉ逦———逡逑‘Ｖ逡逑图２－３双缸调平机构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋化ｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｏｕｂｌｅ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｌｅｖｅｌｉｎｇ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑上图所示左右两个液压油缸同时动作，做悬挂点ａ下降到ｃ点，右悬挂点逡逑ｂ上提至ｄ点，此调平方案结构相对也较为简单，但是控制方式很复杂，如拖逡逑拉机在农田作业如果左侧履带陷入低注地段，导致拖拉机整体向左倾斜行走，逡逑此时正确的调平方法是右边油缸不动作，左侧油缸向上提至拖拉机机具相对于逡逑农田水平
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S222.3

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本文编号：2680509