一種收割機割臺高度自動調節系統及控制方法與流程

2024-02-09 09:37:15 1

本發明屬於農業自動化機械領域，具體地涉及一種收割機割臺高度自動調節系統及控制方法。
背景技術：
：我國是一個農業大國，稻麥為主要的糧食作物，隨著農業機械化的不斷普及，穀物收割機在農作物收割中的應用越來越廣泛，減少了穀物損失並且提高了農業生產效率。目前常見的聯合收割多是利用機械仿形機構或人工方法控制液壓閥操縱液壓缸來調節工作高度的，其控制的關鍵因素是收割機駕駛人員，需要駕駛人員通過視覺觀察的方式依據地形以及收割作物的情況等因素不斷操縱調整手柄對割臺高度進行調節。傳統割臺調節方式的缺點是顯而易見的：對駕駛人員有較高要求，需要駕駛人員持續保持高度精力集中對地形以及收割作業過程進行觀察，並且依據個人經驗作出相應的操控動作，加之農田作業環境較為惡劣，駕駛員的勞動強度較大；人工手動調節存在其固有缺陷，調節的精度以及實時性等都有很大的不確定性，難以實現收割作業過程中割茬高度的一致性。因此，目前市場上迫切需要一種可以實現割臺高度的實時精確檢測，並依據檢測結果自動實現割臺高度精確調節從而有效降低駕駛人員勞動強度的收割機割臺高度自動調節系統及控制方法。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種可以實現割臺高度的實時精確檢測，並依據檢測結果自動實現割臺高度精確調節從而有效降低駕駛人員勞動強度的收割機割臺高度自動調節系統及控制方法。本發明的技術方案如下：一種收割機割臺高度自動調節系統包括實時檢測割臺高度的超聲波傳感器、用於利用控制算法計算出割臺動作數據並輸出電流信號的控制主板和用於控制割臺升降的割臺動作執行機構，所述超聲波傳感器、所述控制主板和所述割臺動作執行機構依次電連接設置，而且所述超聲波傳感器垂直於地面地設置在割臺的分禾器表面。優選地，所述控制主板設置在輪式聯合收割機的駕駛艙內，且所述控制主板包括接收並處理所述超聲波傳感器發送的高度數據的微控制器模塊，所述微控制器模塊與所述超聲波傳感器電連接設置。優選地，所述割臺動作執行機構包括與所述控制主板電連接的電液比例換向閥和用於驅動割臺升降動作的液壓缸，所述電液比例換向閥控制所述液壓缸驅動割臺升降。優選地，所述割臺動作執行機構還包括用於反饋所述電液比例換向閥的閥芯開口大小的閥芯開口量位移傳感器，所述閥芯開口量位移傳感器與所述控制主板電連接設置。優選地，所述超聲波傳感器設置有多個，且所述多個超聲波傳感器分別對稱地設置在割臺兩側的分禾器表面。優選地，每一所述超聲波傳感器包括平行間隔設置的超聲波發射口和超聲波接收口，且每一所述超聲波傳感器設置有傳感器保護罩，所述傳感器保護罩通過螺栓分別與所述分禾器和所述超聲波傳感器固定連接。一種根據上述的收割機割臺高度自動調節系統的控制方法，當輪式聯合收割機處於作業環境時，其包括如下步驟：a、利用超聲波傳感器實時採集割臺當前距離地面高度信息，並將所述高度信息發送至控制主板；b、所述控制主板根據所述高度信息，並利用設定的割臺動作計算函數計算出割臺的動作數據，並輸出電流信號；c、割臺動作執行機構接收所述控制主板發送的電流信號從而控制割臺升降。優選地，所述割臺動作執行機構包括與所述控制主板電連接的電液比例換向閥、用於驅動割臺升降動作的液壓缸和用於反饋所述電液比例換向閥的閥芯開口大小的閥芯開口量位移傳感器，則所述步驟b具體包括如下步驟：所述控制主板根據所述高度信息，並利用設定的割臺動作計算函數計算出當前割臺調節速度值V；根據所述液壓缸的缸徑以及割臺結構參數計算出所述電液比例換向閥所需流量值，即對應的所述電液比例換向閥的閥芯開口量r(t)；將閥芯開口量r(t)與所述閥芯開口量位移傳感器測量值比較得出差值e(t)，將3個連續採樣周期的差值e(k-2)、e(k-1)、e(k)進行PID計算後得到輸出值u(t)；根據所述電液比例換向閥的參數計算開口值u(t)所對應的電流大小，再根據所述控制主板參數逆向求得模擬電流接口參數。優選地，在步驟b中，所述割臺動作計算函數具體為：V=k(ΔH-d)ΔH>d0-d≤ΔH≤dk(ΔH+d)ΔH0)]]>其中，ΔH是割臺實時高度值與設定高度的差值，V是割臺高度調節的速度值，+d與—d分別為ΔH所允許的上下限值，k是常數。本發明的有益效果在於：所述收割機割臺高度自動調節系統及控制方法能夠使得輪式聯合收割機根據田間地形變化實時自動地按照既定速度平穩調整高度，使割臺與地面保持一定的距離，保證收割機的安全性以及收割的質量，彌補手動調節實時性差、調節精度低等缺陷。附圖說明圖1是本發明實施例提供的收割機割臺高度自動調節系統的結構示意圖；圖2是圖1所示收割機割臺高度自動調節系統的系統安裝圖；圖3是圖2所示收割機割臺高度自動調節系統中超聲波傳感器安裝位置的放大圖；圖4是基於圖1所示收割機割臺高度自動調節系統的控制方法的流程框圖；圖5是圖4所示收割機割臺高度自動調節系統的控制方法的控制過程原理圖；圖6是圖4所示收割機割臺高度自動調節系統的控制方法的流程示意圖。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。除非上下文另有特定清楚的描述，本發明中的元件和組件，數量既可以單個的形式存在，也可以多個的形式存在，本發明並不對此進行限定。本發明中的步驟雖然用標號進行了排列，但並不用於限定步驟的先後次序，除非明確說明了步驟的次序或者某步驟的執行需要其他步驟作為基礎，否則步驟的相對次序是可以調整的。可以理解，本文中所使用的術語「和/或」涉及且涵蓋相關聯的所列項目中的一者或一者以上的任何和所有可能的組合。請同時參閱圖1、圖2和圖3，圖1是本發明實施例提供的收割機割臺高度自動調節系統的結構示意圖；圖2是圖1所示收割機割臺高度自動調節系統的系統安裝圖；圖3是圖2所示收割機割臺高度自動調節系統中超聲波傳感器安裝位置的放大圖。本發明實施例提供的收割機割臺高度自動調節系統100包括實時檢測割臺高度的超聲波傳感器10、用於利用控制算法計算出割臺動作數據並輸出電流信號的控制主板20和用於控制割臺升降的割臺動作執行機構30。其中，所述超聲波傳感器10、所述控制主板20和所述割臺動作執行機構30依次電連接設置。為了實時測量割臺與地面的高度，所述超聲波傳感器10垂直於地面地設置在割臺的分禾器表面。在本實施例中，所述超聲波傳感器10設置有多個，且所述多個超聲波傳感器10分別對稱地設置在割臺兩側的分禾器表面，從而使得所述超聲波傳感器10可以準確接收來自割臺正下方地面反射的超聲波，從而獲得割臺當前距離地面的高度信息。而且，每一所述超聲波傳感器10包括平行間隔設置的超聲波發射口11和超聲波接收口12，且每一所述超聲波傳感器10設置有傳感器保護罩13，所述傳感器保護罩13通過螺栓分別與所述分禾器和所述超聲波傳感器10固定連接。所述控制主板20設置在輪式聯合收割機的駕駛艙內，且所述控制主板20包括接收並處理所述超聲波傳感器發送的高度數據的微控制器模塊，所述微控制器模塊與所述超聲波傳感器10電連接設置，並基於所述超聲波傳感器發送的高度數據輸出相對應的電流信號至所述割臺動作執行機構30，從而控制所述割臺動作執行機構30的工作狀態。可選擇地，所述微控制器模塊可以是單片機。所述割臺動作執行機構30與所述控制主板20電連接的電液比例換向閥31、用於驅動割臺升降動作的液壓缸32和用於反饋所述電液比例換向閥31的閥芯開口大小的閥芯開口量位移傳感器33，所述電液比例換向閥31控制所述液壓缸32驅動割臺升降，所述閥芯開口量位移傳感器33與所述控制主板20電連接設置。具體地，所述閥芯開口量位移傳感器33與所述控制主板20的微控制器模塊電連接設置。在所述割臺動作執行機構30中，所述電液比例換向閥31接收所述控制主板20發送的電流信號，並控制所述液壓缸32驅動割臺升降。其中，所述閥芯開口量位移傳感器33可以實現閥芯開口大小的反饋，並將反饋結果發送至所述控制主板20的微控制器模塊，進而使得所述微控制器模塊可以根據所述反饋結果調節電流信號，從而實現調節速度的閉環控制。請同時參閱圖4、圖5和圖6，圖4是基於圖1所示收割機割臺高度自動調節系統的控制方法的流程框圖；圖5是圖4所示收割機割臺高度自動調節系統的控制方法的控制過程原理圖；圖6是圖4所示收割機割臺高度自動調節系統的控制方法的流程示意圖。當輪式聯合收割機處於作業環境時，所述控制方法200包括如下步驟：S1、利用超聲波傳感器實時採集割臺當前距離地面高度信息，並將所述高度信息發送至控制主板。具體地，分別對稱地設置在割臺兩側的分禾器的多個超聲波傳感器10分別實時採集割臺當前距離地面高度信息H，並將所述高度信息H發送至所述控制主板20。S2、所述控制主板20根據所述高度信息，並利用設定的割臺動作計算函數計算出割臺的動作數據，並發送電流信號。具體地，所述步驟S2具體包括如下步驟：所述控制主板20根據所述高度信息，並利用設定的割臺動作計算函數計算出當前割臺調節速度值V；根據所述液壓缸32的缸徑以及割臺結構參數計算出所述電液比例換向閥31所需流量值，即對應的所述電液比例換向閥31的閥芯開口量r(t)；將閥芯開口量r(t)與所述閥芯開口量位移傳感器33測量值比較得出差值e(t)，將3個連續採樣周期的差值e(k-2)、e(k-1)、e(k)進行PID計算後得到輸出值u(t)；根據所述電液比例換向閥31的參數計算開口值u(t)所對應的電流大小，再根據所述控制主板20參數逆向求得模擬電流接口參數，且所述模擬電流接口參數可以為模擬電流值大小。而且，所述割臺動作計算函數具體為：V=k(ΔH-d)ΔH>d0-d≤ΔH≤dk(ΔH+d)ΔH0)]]>其中，ΔH是割臺實時高度值與設定高度的差值，V是割臺高度調節的速度值，+d與—d分別為ΔH所允許的上下限值，k是常數。需要說明的是，割臺高度調節過程中，為了保證調節過程中割臺動作的平穩與精確，本系統設計割臺調節過程中速度隨割臺高度呈線性變化。而且，當割臺高度偏離設定值較大時，為了加快調整過程，縮短調整時間，此時割臺動作速度較大；當割臺高度接近設定值時，為了保證調整的平穩精確，此時割臺動作速度較小。S3、割臺動作執行機構接收所述控制主板發送的電流信號從而控制割臺升降。具體地，所述控制主板20輸出為電流信號，並將所述電流信號發送至所述電液比例換向閥31，並驅動所述電液比例換向閥31調節閥芯開口量，進而控制所述液壓缸32驅動割臺上升或下降，從而使割臺在調節過程中速度線性變化，平穩精確地維持在設定高度範圍內。而且，在步驟S3中，所述閥芯開口量位移傳感器33也依然實時檢測所述電液比例換向閥31的閥芯開口量，並將所述閥芯開口量實時反饋至所述控制主板20的微控制器模塊。相較於現有技術，本發明提供的收割機割臺高度自動調節系統100及控制方法200能夠使得輪式聯合收割機根據田間地形變化實時自動地按照既定速度平穩調整高度，使割臺與地面保持一定的距離，保證收割機的安全性以及收割的質量，彌補手動調節實時性差、調節精度低等缺陷。對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp