聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置及方法
2023-05-13 05:41:51 1
專利名稱：聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及農業機械領域，特別涉及一種聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置。
背景技術：
隨著農業機械化的快速發展，聯合收割機在農業生產中的應用也越來越廣泛，極大的推動了農村的經濟發展，聯合收割機作為主要收穫機械，隨著農民收入的提高，對其操縱的舒適性和智能化要求越來越高，聯合收割機朝著智能化方向發展是必然趨勢。聯合收割機的作業速度由作物密度、溼度、田間土壤狀況、割幅等因素決定，不同的田間環境對應著不同的最佳作業速度。傳統的作業方式主要是依靠駕駛員的個人經驗，對駕駛員的操作水平要求高，勞動強度大，並且很難在高作業效率與低故障率之間尋找到合適的平衡點。因此，研究聯合收割機作業速度自動控制系統的意義就在於能夠減輕駕駛員的勞動強度，並且能夠更準確的獲取收割機的作業狀態，在無故障的狀態下獲得更高的作業效率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題克服上述設備的技術缺點，提供一種基於多監測點狀態參數的聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置。該裝置能對聯合收割機各作業點的狀態進行實時顯示，能獨立設定控制模型參數，並進行作業速度以及加速度的自適應調節、控制參數的自適應優化、試驗過程中能夠進行數據的存儲及復現，該裝置能使聯合收割機在無故障、低損失的前提下，獲得最佳的作業速度，保持合理、均勻的餵入量。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置由硬體系統和軟體系統組成。硬體系統由控制器、觸控螢幕、傳感器系統、手動/自動切換開關、執行系統組成。手動/自動切換開關用於聯合收割機手動狀態和自動狀態的切換；控制器由可編程控制器PLC及其外圍電路組成；觸控螢幕能夠顯示聯合收割機的運行狀態，當聯合收割機發生故障時，可以通過觸控螢幕上的聲光報警系統進行聲光報警；執行系統由放大器、速度控制閥和電控手柄組成；傳感器系統由測量作業速度、脫粒滾筒轉速、輸糧攪龍轉速、輸送槽轉速、餵入量、損失量等傳感器及其調理電路組成。通過傳感器系統對聯合收割機各工作參數進行監測，通過控制器和放大器調節速度控制閥實現聯合收割機作業速度的自動調整，同時通過觸控螢幕顯示聯合收割機的運行狀態，軟體系統主要是由信號檢測模塊、模型參考自適應算法模塊及作業速度控制模塊等組成。本發明技術方案包括如下步驟
A.沒有按下手動/自動切換開關，聯合收割機處於手動工作狀態；按下手動/自動切換開關，將放大器與速度控制閥連接，聯合收割機處於自動控制狀態。B.傳感器系統採集聯合收割機的各路信號，經過相關的調理電路處理後輸入到控制器中建立模型參考自適應控制模型。C.控制器根據建立的模型參考自適應控制模型，依據聯合收割機不同的工作狀
3態，選擇不同的控制策略對放大器進行控制，放大器控制速度控制閥的開度，從而實現對聯合收割機作業速度的自適應控制。本發明的有益效果是，在聯合收割機現有的液壓無極變速器手動調速機構的基礎上，附加了作業速度模型參考自適應控制裝置，由傳感器系統採集聯合收割機工作狀態信號輸入可編程控制器PLC進行模型參考自適應算法模塊處理，選擇相應的控制策略，驅動執行系統工作，從而實現聯合收割機作業速度自適應控制，同時實時顯示聯合收割機的工作狀態，遇到故障時及時進行聲光報警。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖I為聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置工作原理框圖。圖2為聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置硬體電路框圖。圖3為聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置控制模塊原理圖。圖4為聯合收割機作業速度模型參考自適應控制方法流程圖。圖5為模型參考控制子程序流程圖。圖6為聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置模型參考規則表。
具體實施例方式
如圖I和圖2所示，聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置的硬體系統由控制器2、觸控螢幕I、傳感器系統3、手動/自動切換開關6、執行系統組成，其中執行系統包括電控手柄5、速度控制閥7和放大器4。所述傳感器系統3是由安裝於聯合收割機8上的各個監測點的傳感器組成，包括安裝於脫粒滾筒、輸糧攪龍和前進輪轉軸上的霍爾轉速傳感器，安裝於割臺攪龍轉軸上的餵入量傳感器和安裝於聯合收割機8篩子尾部的損失量傳感器。傳感器系統3的輸出端接控制器2的輸入端。所述觸控螢幕I與控制器2輸出端連接，用於顯示聯合收割機8的運行狀態，當聯合收割機8發生故障時，通過觸控螢幕上的聲光報警系統可以進行聲光報警。所述控制器2由可編程控制器及其調理電路組成，控制器2的輸入端與傳感器系統3的輸出端連接，輸出端與觸控螢幕I連接，控制器2的輸出端接放大器4的輸入端。放大器4的輸出端接入手動/自動切換開關6的自由端，手動/自動切換開關6的公共端與聯合收割機8的速度控制閥7相連，手動/自動切換開關6的另一個自由端接電控手柄5，通過手動/自動切換開關6實現聯合收割機8手動與自動狀態的切換。手動控制由電控手柄5直接控制速度控制閥7，自動控制由控制器2輸出電壓驅動放大器4控制速度控制閥7。速度控制閥7為比例雙向閥，根據電流的方向與大小控制閥的流通方向與流量大小。手動控制時，手動/自動切換開關6將速度控制閥7與電控手柄5連通。電控手柄5為電比例輸出，手柄置於中位時無電壓輸出，當手柄前推按比例輸出正向電壓，當手柄後拉按比例輸出反向電壓，通過手柄的輸出電壓控制速度控制閥7。自動控制時，手動/自動切換開關6將速度控制線圈兩端與放大器4連通。此時手柄失效，聯合收割機8的作業速度完全由控制器2控制。放大器4的功能是將控制器2輸出的電壓線性的轉化為電流驅動速度控制閥7，在使用前必須對其進行標定。通過MIN旋鈕調節輸出電流，使控制器2對放大器4輸入最小電壓值時，放大器4輸出電流為O ;通過MAX旋鈕調節輸出電流，使控制器2對放大器4輸入最大電壓值時，放大器4輸出電流正好能使聯合收割機8的作業速度最大。放大器4調整完成後，只需改變輸入端VI的電壓值即可控制聯合收割機8的作業速度。聯合收割機作業速度模型參考自適應控制原理及流程如圖3所示，模型參考自適應控制主要由四部分組成被控對象、參考模型、自適應控制器和自適應規律。其中，r為系統的輸入，u為模糊控制器輸出的控制信號，y為被控對象的實際輸出，ym為輸出的參考值，e為實際輸出與參考值的偏差，5
為參數調整。 聯合收割機自適應控制如圖4、5所示，控制系統首先調用自適應控制程序，根據自適應控制程序對聯合收割機進行自適應速度調節，然後通過觸控螢幕採集監測數據，通過圖5所示的參考流程判斷聯合收割機的前進速度是否符合參考模型，若前進速度符合參考模型則進行數據的優化，若不符合參考模型則重新進行數據的判斷。本發明的聯合收割機自適應控制方法，其具體步驟為
步驟I、設定控制器2中的模塊參數。設&、隊、乂、隊、乂分別為割臺攪龍、脫粒滾筒、輸糧攪龍、前進速度、輸送槽正常作業狀態下的轉速參考值，H1, n2、n3、n4、n5分別為割臺攪龍、脫粒滾筒、輸糧攪龍、前進速度、輸送槽的實際轉速測量值，MpM2分別為餵入量和損失量的上限值，In1, m2分別為餵入量和損失量的實際測量值。根據水稻和小麥的收穫狀況不同，分別設定了正常工作狀態下的初始參考模型。步驟2、控制器2通過傳感系統採集餵入量、行駛速度、脫粒滾筒轉速、輸糧攪龍轉速、損失量的信息。對信息進行處理，得到各監測點的狀態值，通過觸控螢幕顯示各監測點狀態。步驟3、控制器2通過模型參考自適應控制模塊對各監測點的狀態值進行處理與融合。如圖3所示，各監測點狀態值先經參考模型處理後通過自適應控制模塊進行融合。自適應控制器的設計過程如下。假設被控對象的狀態方程為
權利要求
1.一種聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置，其特徵在於包括控制器(2)、觸控螢幕(I)、傳感器系統(3)、手動/自動切換開關(6)、執行系統；所述控制器(2)的輸出端與觸控螢幕(I)相連，控制器(2)的輸入端與傳感器系統(3)輸出端連接，接收傳感器系統採集到(3)的信號；所述觸控螢幕(I)內置有聲光報警系統；所述執行系統包括放大器(4)、速度控制閥(7)、電控手柄(5)，所述放大器(4) 一端與控制器(2)的輸出端連接，放大器(4)的另一端與手動/自動切換開關(6) —端連接；手動/自動切換開關(6)的另一端與速度控制閥(7)連接；速度控制閥(7)通過與聯合收割機(8)連接控制其作業速度；所述電控手柄(5)與手動/自動切換開關(6)連接，實現手動/自動兩種控制狀態的切換；所述傳感器系統(3)安裝在聯合收割機(8)上。
2.根據權利要求I所述的聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置，其特徵在於在進入自動控制狀態下控制器(2 )根據傳感器系統(3 )的信號，依據模型參考自適應算法模塊自行選擇控制策略，對聯合收割機(8 )作業速度進行自動控制。
3.實施權利要求I所述的聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置的控制方法，其特徵在於，包括如下步驟 A.沒有按下手動/自動切換開關(6)，聯合收割機(8)處於手動工作狀態；按下手動/自動切換開關(6)，將放大器(4)與速度控制閥(7)連接，聯合收割機(8)處於自動控制狀態； B.傳感器系統(3)採集聯合收割機(8)的各路信號，經過相關的調理電路處理後輸入到控制器(2)中建立模型參考自適應控制模型； C.控制器根據建立的模型參考自適應控制模型，依據聯合收割機(8)的工作狀態,選擇控制策略對放大器(4)進行控制，放大器(4)控制速度控制閥(7)的開度，從而實現對聯合收割機(8)作業速度的自適應控制。
4.根據權利要求3所述的控制方法，其特徵在於建立模型參考自適應控制器的步驟為先利用手動控制下的經驗數據建立參考模型，將傳感器系統(3)採集到的各路信號與參考模型中的設定值進行比較，當聯合收割機(8)的實際參數與參考模型中的參數出現偏差時，根據自適應規律進行調整，從而及時調整聯合收割機(8)的作業速度。
全文摘要
本發明公開了一種聯合收割機作業速度模型參考自適應控制裝置及控制方法，主要涉及農業機械領域。其特徵是由控制器、觸控螢幕、傳感器系統、手動/自動切換開關、執行系統組成。傳感器系統用於採集聯合收割機脫粒滾筒、割臺攪龍、輸送槽、餵入量以及損失量等信號；手動/自動切換開關用於手動狀態和自動狀態的切換；執行系統由放大器、速度控制閥和電控手柄組成；工作時，控制器接收傳感器系統採集的信號，融合模型參考自適應控制算法對聯合收割機的作業速度進行自適應控制。控制過程中通過觸控螢幕顯示聯合收割機的運行狀態，若聯合收割機發生故障可以通過觸控螢幕上的聲光報警系統進行聲光報警。
文檔編號G05B13/04GK102929146SQ20121040952
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者李耀明, 陳進, 顧文龍, 劉仕傑, 季圓圓, 李建華, 龔麗霞 申請人:江蘇大學