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耕作过程中保持耕深稳定是提高耕作质量的重要措施之一。目前耕作机械作业过程中耕深调节大多为力调节或位调节方式,其对耕深的控制效果较差,而且耕深测量也只能通过在耕后测量沟底到未耕地表的距离来实现,这种测量方式误差较大,且无法实时反馈耕深信息给机手,使机手无法根据耕作效果来实时调节耕深。随着耕作机械朝着自动化、智能化方向的发展,以及电控、液压等技术的逐渐成熟,实现耕深的自动调节已经成为一种发展趋势。为提高耕作机械作业过程中的耕作稳定性,本文研制了一种耕深自动调节系统,主要研究内容如下:以某款耕耘机的后悬挂旋耕部件为研究对象,设计了机电液一体化耕深控制系统,利用电控和液压技术实现对耕深的自动控制,同时加入PID控制算法优化控制效果。与传统的耕深调节方式相比,本系统采用双倾角传感器检测耕深,通过耕深设定电位器设定耕深,控制芯片采集目标耕深信号和传感器实时反馈信号,通过比较产生误差信号,误差信号经控制器计算处理后变为控制信号,控制电磁比例换向阀换向和开口大小,实现对液压系统的控制,从而达到控制耕深的目的。其中,电控系统采用AT89S52作为处理芯片,在硬件结构上设计了相应的模块电路,同时结合倾角传感器和执行阀进行接口电路设计,实现了信号采集和阀控PWM信号的输出。软件系统基于C语言开发,主要编写了主程序、采集程序、IIC通信程序、PWM输出程序等,其功能为接收耕深设定电位器和倾角传感器的实时信号,通过转换运算之后有选择的输出PWM波,其经过RC滤波处理后转换成模拟信号以控制电液比例换向阀的动作。在液压系统设计部分,根据耕耘机耕深调节的工作要求,设计了耕深调节液压系统及液压驱动旋耕回路;计算了旋耕部件作业的功率,根据功率匹配对液压系统进行了设计,确定工作压力为16MPa,油泵型号为PFE-31036,液压马达型号为1JMD-40,在此基础上完成了液压系统各个元器件和液压管道的设计和选用。耕深调节过程中控制系统的动态响应对耕深调节的即时性有重要影响,为研究电液控制系统动态响应特性,本文利用Simulink中的Sim Hydraulic模块对耕深控制系统进行动态仿真研究,搭建了闭环电液控制系统模型,根据各个元器件和模块的参数对仿真系统模型进行参数设定,对系统进行分工况仿真。仿真工况分为调节耕耘机耕深从0增加到100mm,和从175mm减小到100mm两个工况,用输入阶跃信号的方式表示设定耕深的动作,用SIMHydraulic中传感器模型来代替实际传感器检测相关数据,用阻尼模块代替悬臂给液压杆的反作用力,用摩擦力模块表示液压缸动作时活塞与缸体以及活塞杆与缸盖的摩擦力,液阻、机械惯性等其他影响因素在仿真模型中用相应的适当的模块表示。仿真结果显示,耕深控制系统存在约13%的耕深超调量,同时系统需要5.0s左右的振荡时间才能控制耕深达到稳态。为消除耕深超调现象,缩短调节耕深达到稳态所需的时间,本文采用在误差信号处理中使用积分分离PID控制算法的方法对耕深控制系统的动态响应特性进行优化。设定积分阈值为ε=0.08,当误差值较大时取消积分作用,加快调整速度,在耕深值迫近目标值时再加上积分作用,提高控制精度。采用经验试凑法整定PID参数,当Kp=0.08,Ki=1.2,Kd=0.001时,系统具有较好的动态响应,与未加入PID控制算法的仿真结果比较,几乎消除了系统的耕深超调现象,同时,将响应时间缩短到1.4s左右,使耕深控制系统的动态响应达到较好的效果。在此基础上,对耕耘机进行了耕深稳定性验证试验,耕耘机在10cm和16cm的预设耕深条件下作业时,耕深稳定性变异系数分别为6.05%和3.54%,达到了旋耕作业规定的农艺要求。