基于倾角传感器的旋耕机具调平策略研究

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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。
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