高地隙喷雾机侧倾稳定性控制研究
发布时间：2020-12-11 07:51
高地隙喷雾机属于大型、高端的现代化农业装备,其具有整机质心高、离地间隙大及单次载药量多等特点,能够很好的满足玉米等高秆作物生长中后期的施药作业需求。在其转向行驶或作业过程中,由于外部激励及系统内部参数变化导致整机侧倾稳定性变差,严重时会面临侧翻的危险。本文以高地隙喷雾机为研究对象,以提高其侧倾稳定性为研究目标,开展了侧倾稳定性控制系统方案设计、整机动力学建模和控制方法研究。主要研究工作如下:(1)在简要分析了高地隙喷雾机独特的系统结构特点及其稳定性影响因素后,本文提出针对簧载质量中的药箱质量施加运动控制,使其在运动过程中始终保持稳定状态,减小其产生的侧倾力矩以提高整机侧倾稳定性,并以此为本文的主要研究内容,制定了相应的技术路线。(2)针对高地隙喷雾机建立了侧倾方向动力学模型,分析可知在行驶或作业过程中侧倾稳定性与其簧载质量侧倾角以及侧向加速度具有一定的关系,两者会产生侧倾力矩并引起轮胎垂直载荷的变化,以横向载荷转移率(LLTR)作为侧倾稳定性的综合评价指标。结合课题组成员设计的高地隙喷雾机底盘系统试验平台结构参数和布局,提出了药箱运动姿态控制系统的设计要求,并基于此设计了一套适用于该试...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
侧倾运动动力学模型
高地隙喷雾机侧倾稳定性控制研究13注：1-左后轮；2-左后悬架；3-左后轮转向系统；4-后横梁；5纵向车架；6-左前轮；7-左前悬架；8-左前轮转向系统；9-前横梁；10-右前轮；11-右前悬架；12-右前轮转向系统；13-右后轮；14-右后悬架；15-右后轮转向系统。图2-2高地隙喷雾机试验平台Fig.2-2Highclearancesprayertestplatform1、位置控制准确。利用角度传感器及位移传感器进行液压缸伸缩位置反馈，结合相应控制算法，优化控制效果，达到精准控制位置的目的；2、响应迅速、平稳无冲击。系统方案设计中动力传输采用液压传动方式，液压传动具有响应速度快，传动平稳、无冲击等优点；3、结构简单，便于拆装。系统方案设计时需要保证在实现基本功能的基础上，尽可能简化系统结构，同时保证有足够的强度。表2-1试验平台结构设计参数Tab.2-1Structureparametersofthetestplatform指标单位描述指标单位描述轮胎型号/K709A驱动方式/电驱动轴距m0.750净重kg160离地间隙m0.475外形尺寸m1.40.7650.64轮距m0.685药箱容积L40整机布置顺序/药箱→底盘→悬架→轮胎转向/四轮独立转向2.2.2主动调平系统设计主动调平系统的设计可以参考其他平台支撑类设备的设计，目前国内有许多相关科研人员进行过此类产品的研究，主要用于各种不同类型的支撑平台在平面或空间内的角度调平[46-53]。目前，调平方法主要有两种：位置反馈调平和角度反馈调平法[54]。前者是根据平台支撑点的位移量变化计算控制量，间接调节平台的倾角，此类调平方法的准确
有的支撑方案一般三点支撑或四点支撑，当采用四点支撑时，根据三点确定一个平面的原理，有一个点的支撑属于虚约束，可能存在虚腿现象。但对于一些大平面来说，如果采用“中心承重，两点铰接”的支撑方式，在倾角过大的情况下，可能会发生失稳的情况，因此，本文对于主动调平系统的支撑方案采用“中心承重，三点铰接”的四点支撑方案，但不同于传统的四点支撑方案，其中第四点为具有一定阻尼刚度的虚约束，在一定程度上增强了系统刚度，减小了承载平面突然倾角过大导致的失稳情况，同时不影响控制系统的作用效果，具体结构如图2-3所示。如图2-3中所示，主动调平系统主要包括机械结构、测控系统和液压系统三个组成部分。机械机构由底部钢架、中心承重架、万向节转动副、球铰副和上承载平台组成，由于万向节的作用，上承载平台可以绕横向和纵向旋转轴旋转；测控系统主要包括角度传感器、位移传感器和控制器，起到采集信息、处理信息和发送控制指令的作用，由液压油缸来执行该指令；液压系统中主要有直流电机、油泵、电磁比例阀和液压油缸等液压元件组成，为液压油缸的伸缩提供动力，因此也被称为液压动力总成。注：1.底部钢架2.下连接球铰3.液压油缸（①，②，③）4.内螺纹连接件5.上连接球铰6.下连接片7.位移传感器8.上连接片9.承载平台10.角度传感器11.直流电机12.电磁比例阀13.油箱14.万向节15.中心承重杆16.控制器图2-3主动调平系统结构示意图Fig.2-3Schematicdiagramofactivetorquesystem从结构上来分析，图中所示的支撑方案属于四点支撑方式，但是与常见的四点支撑
【参考文献】：
期刊论文
[1]丘陵山地拖拉机车身调平双闭环模糊PID控制方法[J]. 齐文超,李彦明,张锦辉,覃程锦,刘成良,殷月朋. 农业机械学报. 2019(10)
[2]采棉机体积流量灰色预测模糊PID控制方法[J]. 王由之,王磊,李光耀,张勇,刘秀梅,张宏文. 农机化研究. 2020(04)
[3]全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究[J]. 李韶华,张志达,周军魏. 振动与冲击. 2019(09)
[4]灰色模糊PID控制在感应加热管道中的应用[J]. 祝帆,李美求. 机电工程技术. 2019(03)
[5]农业植保机械技术应用现状及发展趋势[J]. 王孝民. 农机使用与维修. 2019(03)
[6]丘陵山地拖拉机车身调平控制仿真分析与试验[J]. 彭贺,马文星,王忠山,刘春宝,黄健,赵恩鹏. 吉林大学学报(工学版). 2019(01)
[7]2019年农作物重大病虫害发生趋势[J]. 刘万才. 农药市场信息. 2018(30)
[8]大型高地隙喷雾机喷杆主动悬架自适应模糊滑模控制[J]. 薛涛,李伟,杜岳峰,毛恩荣,温浩军. 农业工程学报. 2018(21)
[9]匹配机械弹性车轮的汽车稳定性分析[J]. 李海青,赵又群. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[10]农用底盘主动平衡试验平台与控制系统设计与试验[J]. 赵建柱,高明远,马晨旭,王志策,黄莹,黄韶炯. 农业机械学报. 2018(11)
博士论文
[1]高地隙喷雾机主动减振与整车姿态综合控制方法研究[D]. 武秀恒.中国农业大学 2018
[2]高地隙喷雾机独立式立轴空气悬架设计方法与特性研究[D]. 陈雨.中国农业大学 2017
[3]高地隙自走式喷雾机全工况滑转率控制方法研究[D]. 陈随英.中国农业大学 2017
[4]基于微分几何解耦的汽车主动悬架控制算法研究[D]. 陈建国.湖南大学 2013
[5]线控四轮独立驱动轮毂电机电动汽车稳定性与节能控制研究[D]. 李刚.吉林大学 2013
硕士论文
[1]基于液体侧向晃动非线性等效机械模型的液罐车行驶稳定性研究[D]. 孟祥雨.吉林大学 2019
[2]液罐车液体侧向晃动动力学及模型研究[D]. 宋均涛.昆明理工大学 2017
[3]电驱动高地隙植保机底盘设计[D]. 梁洋洋.南京农业大学 2016
[4]汽车罐车液体晃动动力学分析与防侧翻控制研究[D]. 李振.重庆交通大学 2016
[5]高地隙自走式喷雾机全液压四轮转向系统的设计与分析[D]. 罗汞伟.江苏大学 2016
[6]高地隙喷杆喷雾机自走式底盘机架的设计研究[D]. 许超.石河子大学 2015
[7]二十二自由度车辆动力学建模与仿真分析研究[D]. 魏天将.湖南大学 2015
[8]覆带式山地作业机及其自动调平系统的研究[D]. 刘凯.北京林业大学 2013
[9]基于神经网络的车载平台自动调平控制系统的研究[D]. 王冰.哈尔滨工业大学 2012
[10]高地隙自走式喷雾机轮距可调式转向系统的设计与研究[D]. 窦玲静.中国农业机械化科学研究院 2012
本文编号：2910158
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
侧倾运动动力学模型
高地隙喷雾机侧倾稳定性控制研究13注：1-左后轮；2-左后悬架；3-左后轮转向系统；4-后横梁；5纵向车架；6-左前轮；7-左前悬架；8-左前轮转向系统；9-前横梁；10-右前轮；11-右前悬架；12-右前轮转向系统；13-右后轮；14-右后悬架；15-右后轮转向系统。图2-2高地隙喷雾机试验平台Fig.2-2Highclearancesprayertestplatform1、位置控制准确。利用角度传感器及位移传感器进行液压缸伸缩位置反馈，结合相应控制算法，优化控制效果，达到精准控制位置的目的；2、响应迅速、平稳无冲击。系统方案设计中动力传输采用液压传动方式，液压传动具有响应速度快，传动平稳、无冲击等优点；3、结构简单，便于拆装。系统方案设计时需要保证在实现基本功能的基础上，尽可能简化系统结构，同时保证有足够的强度。表2-1试验平台结构设计参数Tab.2-1Structureparametersofthetestplatform指标单位描述指标单位描述轮胎型号/K709A驱动方式/电驱动轴距m0.750净重kg160离地间隙m0.475外形尺寸m1.40.7650.64轮距m0.685药箱容积L40整机布置顺序/药箱→底盘→悬架→轮胎转向/四轮独立转向2.2.2主动调平系统设计主动调平系统的设计可以参考其他平台支撑类设备的设计，目前国内有许多相关科研人员进行过此类产品的研究，主要用于各种不同类型的支撑平台在平面或空间内的角度调平[46-53]。目前，调平方法主要有两种：位置反馈调平和角度反馈调平法[54]。前者是根据平台支撑点的位移量变化计算控制量，间接调节平台的倾角，此类调平方法的准确
有的支撑方案一般三点支撑或四点支撑，当采用四点支撑时，根据三点确定一个平面的原理，有一个点的支撑属于虚约束，可能存在虚腿现象。但对于一些大平面来说，如果采用“中心承重，两点铰接”的支撑方式，在倾角过大的情况下，可能会发生失稳的情况，因此，本文对于主动调平系统的支撑方案采用“中心承重，三点铰接”的四点支撑方案，但不同于传统的四点支撑方案，其中第四点为具有一定阻尼刚度的虚约束，在一定程度上增强了系统刚度，减小了承载平面突然倾角过大导致的失稳情况，同时不影响控制系统的作用效果，具体结构如图2-3所示。如图2-3中所示，主动调平系统主要包括机械结构、测控系统和液压系统三个组成部分。机械机构由底部钢架、中心承重架、万向节转动副、球铰副和上承载平台组成，由于万向节的作用，上承载平台可以绕横向和纵向旋转轴旋转；测控系统主要包括角度传感器、位移传感器和控制器，起到采集信息、处理信息和发送控制指令的作用，由液压油缸来执行该指令；液压系统中主要有直流电机、油泵、电磁比例阀和液压油缸等液压元件组成，为液压油缸的伸缩提供动力，因此也被称为液压动力总成。注：1.底部钢架2.下连接球铰3.液压油缸（①，②，③）4.内螺纹连接件5.上连接球铰6.下连接片7.位移传感器8.上连接片9.承载平台10.角度传感器11.直流电机12.电磁比例阀13.油箱14.万向节15.中心承重杆16.控制器图2-3主动调平系统结构示意图Fig.2-3Schematicdiagramofactivetorquesystem从结构上来分析，图中所示的支撑方案属于四点支撑方式，但是与常见的四点支撑
【参考文献】：
期刊论文
[1]丘陵山地拖拉机车身调平双闭环模糊PID控制方法[J]. 齐文超,李彦明,张锦辉,覃程锦,刘成良,殷月朋. 农业机械学报. 2019(10)
[2]采棉机体积流量灰色预测模糊PID控制方法[J]. 王由之,王磊,李光耀,张勇,刘秀梅,张宏文. 农机化研究. 2020(04)
[3]全轮转向非线性重型车辆稳定性集成控制研究[J]. 李韶华,张志达,周军魏. 振动与冲击. 2019(09)
[4]灰色模糊PID控制在感应加热管道中的应用[J]. 祝帆,李美求. 机电工程技术. 2019(03)
[5]农业植保机械技术应用现状及发展趋势[J]. 王孝民. 农机使用与维修. 2019(03)
[6]丘陵山地拖拉机车身调平控制仿真分析与试验[J]. 彭贺,马文星,王忠山,刘春宝,黄健,赵恩鹏. 吉林大学学报(工学版). 2019(01)
[7]2019年农作物重大病虫害发生趋势[J]. 刘万才. 农药市场信息. 2018(30)
[8]大型高地隙喷雾机喷杆主动悬架自适应模糊滑模控制[J]. 薛涛,李伟,杜岳峰,毛恩荣,温浩军. 农业工程学报. 2018(21)
[9]匹配机械弹性车轮的汽车稳定性分析[J]. 李海青,赵又群. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[10]农用底盘主动平衡试验平台与控制系统设计与试验[J]. 赵建柱,高明远,马晨旭,王志策,黄莹,黄韶炯. 农业机械学报. 2018(11)
博士论文
[1]高地隙喷雾机主动减振与整车姿态综合控制方法研究[D]. 武秀恒.中国农业大学 2018
[2]高地隙喷雾机独立式立轴空气悬架设计方法与特性研究[D]. 陈雨.中国农业大学 2017
[3]高地隙自走式喷雾机全工况滑转率控制方法研究[D]. 陈随英.中国农业大学 2017
[4]基于微分几何解耦的汽车主动悬架控制算法研究[D]. 陈建国.湖南大学 2013
[5]线控四轮独立驱动轮毂电机电动汽车稳定性与节能控制研究[D]. 李刚.吉林大学 2013
硕士论文
[1]基于液体侧向晃动非线性等效机械模型的液罐车行驶稳定性研究[D]. 孟祥雨.吉林大学 2019
[2]液罐车液体侧向晃动动力学及模型研究[D]. 宋均涛.昆明理工大学 2017
[3]电驱动高地隙植保机底盘设计[D]. 梁洋洋.南京农业大学 2016
[4]汽车罐车液体晃动动力学分析与防侧翻控制研究[D]. 李振.重庆交通大学 2016
[5]高地隙自走式喷雾机全液压四轮转向系统的设计与分析[D]. 罗汞伟.江苏大学 2016
[6]高地隙喷杆喷雾机自走式底盘机架的设计研究[D]. 许超.石河子大学 2015
[7]二十二自由度车辆动力学建模与仿真分析研究[D]. 魏天将.湖南大学 2015
[8]覆带式山地作业机及其自动调平系统的研究[D]. 刘凯.北京林业大学 2013
[9]基于神经网络的车载平台自动调平控制系统的研究[D]. 王冰.哈尔滨工业大学 2012
[10]高地隙自走式喷雾机轮距可调式转向系统的设计与研究[D]. 窦玲静.中国农业机械化科学研究院 2012
本文编号：2910158
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/zaizhiyanjiusheng/2910158.html
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