荞麦联合收割机割台自动控制系统设计研究

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目前针对荞麦收获研究并投入生产的专用机械较少;现有的收获方式机械化,自动化程度较低,作业人员工作强度大。联合收获过程中割台高度调整不及时和拨禾轮转速与前进速度的轮速比λ选取不合理,常导致割台触地、割台损失大等问题。本文旨在设计一种荞麦联合收割机割台自动控制系统,来取缔割台的手动操作的控制方式。对荞麦联合收割机自动化与智能化的发展具有一定参考价值。主要内容包括:(1)通过试验验证了M18型超声波传感器的测量精度满足测量需要,通过数据计算得到开扩角为15.2°;设计了一种伸缩筒式防干扰装置和超声波传感器与机械仿形机构结合的间接测量割台高度的装置。其中仿形机构长度为560mm,随割台高度变化而上下运动的范围为300mm,对应超声波测量量程为90mm。伸缩式仿干扰装置直径为54.33 mm;有效解决了超声波传感器测量中受到干扰的问题。通过对现有的割台升降液压系统加装电磁换向阀实现了割台高度的调整。(2)割台高度测控信号调理电路及软件系统设计。设计了控制器与超声波传感器的供电电源转换电路,电磁换向阀驱动电路以及将超声波传感器模拟量0~5V线性转换为0~3.3V的信号调理电路。设计了割台高度调节的模糊PID控制器,在阶跃信号下,系统响应的峰值时间为0.75s,调节时间为2.5s,超调量为3.33%;相比于传统PID算法控制,响应速度提升了60%,超调量减少66.67%,具有更好的动态响应特性和鲁棒性,更适合在田间环境中对于割台高度的控制。(3)拨禾轮机构工作性能分析与液压执行系统设计。通过对拨禾轮机构的运动学分析,计算得到了适合荞麦收获的轮速比λ=1.862,此时拨扶范围无重叠区域,且在水平方向上向割台的拨动距离最大。拨禾轮转速范围110r/min,转矩为36N·m,通过计算完成了拨禾轮液压驱动系统的设计与元件选型。(4)拨禾轮转速控制系统与软件系统设计。使用线数为1024的增量式旋转编码器,四倍频脉冲计数技术和兼容低速和高度测量的M/T法来进行前进速度与转速的测量。在AMESim软件中模拟了液压马达驱动拨禾轮转动,对于系统调速功能进行仿真。仿真结果表明在PID算法控制下,输入为阶跃信号时,系统响应的调整时间为1.5s,峰值时间为0.14s,超调量为7.2%,该系统的鲁棒性好,响应快;对于正弦信号跟踪性测试时,除部分时间段内响应曲线有振荡现象外,拨禾轮转速控制最大误差为18r/min,。
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