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基于复合自适应的Buck变换器预设性能控制

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电子测量与仪器学报 2024年第4期38卷 85-93页

作者：张逸孙金林丁世宏常亚菲邢高勇江苏大学电气信息工程学院镇江212013 北京控制工程研究所北京100190 中国农业大学工学院北京100083 农业装备技术全国重点实验室北京100083

针对Buck型变换器在复杂环境下发生负载波动时输出电压受扰的问题,提出了一种复合自适应预设性能控制方案以提升其控制效果。首先,利用自适应律对模型中包含负载项的非线性函数进行预测估计,同时通过在自适应律更新过程中构建并行估计... 详细信息

针对Buck型变换器在复杂环境下发生负载波动时输出电压受扰的问题,提出了一种复合自适应预设性能控制方案以提升其控制效果。首先,利用自适应律对模型中包含负载项的非线性函数进行预测估计,同时通过在自适应律更新过程中构建并行估计模型获取预测误差,并将预测误差和跟踪误差融合以设计自适应参数更新律。然后,采用广义比例积分观测器来对剩余不确定性和外部扰动进行估计,并在控制律中进行补偿。最后,结合指令滤波反步控制和指定时间预设性能控制技术,提出了Buck型变换器复合自适应预设性能控制方案。所提出的方案保证了对负载波动的高精度预测,避免了在突发情况下输出电压超出预设函数范围,此外还证明了闭环控制系统中的信号收敛性。实验结果表明,复合自适应预设性能控制在负载突然减小的情况下系统最大偏离电压为0.376 V,相比于传统自适应反步控制的1.773 V减少了78.7%,验证了所提方案的有效性以及优越性。

关键词： Buck型变换器自适应控制反步法非线性控制预设性能控制指令滤波

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小区谷物联合收获机的智能调控系统研究

小区谷物联合收获机的智能调控系统研究

作者：邢高勇江苏大学

学位级别：硕士

种子是农业生产中最基本的生产资料,对我国农业增产的贡献率达到了30%。良种的培育需要进行田间育种试验,育种小区谷物种子收获是田间育种试验的最终环节,收获质量与效率直接影响试验结果的正确性,影响优良品种的选育。小区联合收获机... 详细信息

种子是农业生产中最基本的生产资料,对我国农业增产的贡献率达到了30%。良种的培育需要进行田间育种试验,育种小区谷物种子收获是田间育种试验的最终环节,收获质量与效率直接影响试验结果的正确性,影响优良品种的选育。小区联合收获机的使用,有效地提高了小区收获作业效率,减少了种子损失。但由于每块试验小区所设置的种植条件各不相同,小区收获机的作业状态会随着试验小区的不同而不断变化,如果不能及时调整作业参数,将会导致小区收获机发生故障,影响收获质量与效率,严重时会导致脱粒滚筒或其他工作部件发生堵塞,损坏机器。而人工调节难以获得良好的调控效果,所以有必要设计小区谷物联合收获机智能调控系统,根据不同小区作业条件调节其作业速度,使其处于最佳工作状态。本文中以小区稻麦、小区玉米联合收获机为研究对象开展智能调控系统研究,主要研究内容如下:(1)在对小区稻麦和小区玉米联合收获机作业过程分析的基础上,确定调控系统所需要具备的功能:堵塞故障预报警、作业速度实时在线调控;通过分析各工作部件对小区谷物联合收获机收获质量的影响,确定系统监测对象与输入输出参数,对系统进行总体方案设计;根据系统的设计原则和系统设计要求,对系统硬件设备进行选型。(2)进行调控系统调控方案与预报警方案设计提出系统堵塞故障诊断方法,建立预报警判断规则;分析小区谷物联合收获机行走系统作业速度的控制过程,建立阀控液压伺服系统的数学模型,确定伺服系统液压马达转速)对输入电压的传递函数,在此基础上设计作业速度模糊PID控制器,建立模糊控制规则表,并对模糊PID进行Simulink仿真;设计脱粒滚筒转速—期望作业速度模糊控制器,以文献[45]中脱粒滚筒试验数据作为仿真模型输入信号,对模糊PID作业速度调控算法进行仿真试验验证;进行不同幅值脉冲信号扰动信号下的调控算法仿真试验,进一步分析调控算法的动态响应性能,评估算法的有效性。(3)调控系统的软硬件设计。配置硬件设备协议转换器、S7-1200 PLC CPU模块、通讯模块、模拟量I/O模块以及触摸屏的具体参数;设计S7-1200 PLC软件程序,主要包括发动机报文解析程序、堵塞故障预报警规则程序及模糊PID调控算法程序;设计触摸屏界面程序,主要包括预报警监测界面、参数设定界面以及转速数据存储设计,触摸屏系统与关键元件的安全防护设计。(4)以4YWZ-1.0型小区玉米联合收获机为对象,安装调控系统,进行系统性能测试,验证各工作部件预报警规则的正确性。

关键词：小区收获田间试验模糊PID 智能调控

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无沟铺管机北斗导航控制系统设计与试验

农业工程学报 2021年第9期37卷 47-54页

作者：王吉中赵博赵士猛邢高勇伟利国胡小安中国农业机械化科学研究院北京100083

针对因田间土壤质地不均匀或表面高低不平,无沟铺管机出现行驶偏摆而导致管道铺设弯曲的问题,设计了基于载波相位差分技术的北斗定位系统(Real Time Kinematic-BeiDou Navigation Satellite System,RTK-BDS)的导航控制系统。采用多模态... 详细信息

针对因田间土壤质地不均匀或表面高低不平,无沟铺管机出现行驶偏摆而导致管道铺设弯曲的问题,设计了基于载波相位差分技术的北斗定位系统(Real Time Kinematic-BeiDou Navigation Satellite System,RTK-BDS)的导航控制系统。采用多模态控制策略,通过传感器检测无沟铺管机工作时的左、右行走马达速度,车辆实际平均车速,发动机功率和两侧行走泵的压力等状态参数,并输入到后向反馈(Back Propagation,BP)神经网络,预测铺管机当前状态分类,使用选择器选择模态控制参数,采用自适应比例-积分-微分(Proportion-Integral-Differential,PID)控制算法进行导航控制。经过田间试验,获取铺管机的模态控制参数和BP神经网络训练样本。导航控制系统上线试验结果表明,导航控制横向超调量为4.58 cm,最大横向误差在±4 cm范围内,平均横向误差在±1.5 cm范围内,能够满足铺管机直线性作业要求。

关键词：导航控制系统 BP神经网络多模态控制自适应PID控制无沟铺管机

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植物工厂生菜采收末端执行机构设计与试验

农机化研究 2018年第9期40卷 172-176页

作者：徐赛超毛罕平刘洋邢高勇江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013

国内外适用于植物工厂叶菜类的采收装置较少且自动化程度不高,尤其是针对营养液水培生菜的装置。为此,开发了一套适用于植物工厂生菜自动化采收系统的末端执行机构。利用TA.XTplus质构仪对生菜进行力学特性测试,并根据生菜的力学特性参... 详细信息

国内外适用于植物工厂叶菜类的采收装置较少且自动化程度不高,尤其是针对营养液水培生菜的装置。为此,开发了一套适用于植物工厂生菜自动化采收系统的末端执行机构。利用TA.XTplus质构仪对生菜进行力学特性测试,并根据生菜的力学特性参数对末端执行机构进行设计。将末端执行机构安装于课题组设计好的植物工厂生菜自动化采收系统,并在采收效率为15、20、30块/h下分别进行自动采收性能试验,采收成功率分别为94.4%、91.6%及83.3%,采收效果良好,满足采收需求。最后,根据试验结果对最佳采收效率区间进行了预测。

关键词：植物工厂生菜力学特性测试末端执行机构自动采收性能试验

温室高湿环境下433 MHz无线信道传播特性研究

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农机化研究 2019年第11期41卷 198-204页

作者：苏光灿毛罕平邢高勇眭旸江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013

为解决温室高湿环境下无线传感器网络的规划和部署问题,探究了高湿环境、通讯距离、天线高度对无线信号传播特性的影响,以433MHz为载波频率,研究无线信号在不同湿度及不同高度下的传播特性,通过两组试验测取了接收信号强度及丢包率,并通... 详细信息

为解决温室高湿环境下无线传感器网络的规划和部署问题,探究了高湿环境、通讯距离、天线高度对无线信号传播特性的影响,以433MHz为载波频率,研究无线信号在不同湿度及不同高度下的传播特性,通过两组试验测取了接收信号强度及丢包率,并通过MatLab对试验数据进行回归分析。结果表明:在不同湿度和高度下,433 MHz无线信道传播特性符合路径损耗模型,拟合决定系数在0. 892 0～0. 965 8之间;湿度对无线信号具有一定影响,尤其是湿度在80%以上时,对在冠层中传播的无线信号具有较大影响。同时,建立了路径损耗指数n与湿度之间的二次多项式关系模型,并根据此模型对路径损耗模型进行修正,建立了湿度系数修正模型。经验证,该模型均可有效地预测3种高度水平下的接收信号强度。

关键词：无线传感器网络 433MHz无线信道路径损耗湿度温室

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植物工厂物流搬运装备关键部件的设计与试验

农机化研究 2020年第11期42卷 111-116页

作者：眭旸毛罕平徐海波邢高勇江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013

针对我国立体栽培式植物工厂相关的物流搬运装备方面的研究尚少及现有的装备存在着移动灵活性差、定位精度低等问题,以植物工厂内部栽培板的物流搬运任务为出发点,对植物工厂物流搬运装备的AGV(Automated Guided Vehicle)移动底盘和搬... 详细信息

针对我国立体栽培式植物工厂相关的物流搬运装备方面的研究尚少及现有的装备存在着移动灵活性差、定位精度低等问题,以植物工厂内部栽培板的物流搬运任务为出发点,对植物工厂物流搬运装备的AGV(Automated Guided Vehicle)移动底盘和搬运机械臂等关键部件进行了结构设计,并对搬运机械臂进行了运动学仿真分析。在0.4、1.2、2.0、2.8m4个作业高度下对搬运机械臂进行定位误差试验,结果表明:最大误差值在机械臂整体运动误差所允许的范围之内,且方差分析证明了作业高度对定位误差有显著影响,即随着作业高度的增加,定位精度随之降低。

关键词：植物工厂物流搬运装备 AGV底盘机械臂

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基于IMM-UKF的冲量式测产系统研究

中国农机化学报 2021年第12期42卷 144-149页

作者：赵博赵士猛安飒刘阳春汪凤珠邢高勇中国农业机械化科学研究院北京市100083

为适应精准农业的发展趋势,提高测产计量系统的精度,开发一套基于IMM-UKF算法的冲量式测产系统。该系统由冲量传感器模块、北斗定位模块、DTU传输模块和上位机等组成。系统通过传感器模块进行信号的采集和处理,采用CAN通信方式将处理后... 详细信息

为适应精准农业的发展趋势,提高测产计量系统的精度,开发一套基于IMM-UKF算法的冲量式测产系统。该系统由冲量传感器模块、北斗定位模块、DTU传输模块和上位机等组成。系统通过传感器模块进行信号的采集和处理,采用CAN通信方式将处理后的数据发送至上位机。上位机使用IMM-UKF滤波算法对传感器上传的数据进行滤波,最终根据标定曲线得到谷物产量。通过车辆空载试验,采用IMM-UKF算法与KF和UKF算法进行对比验证,结果表明IMM-UKF算法的滤波效果更好,均方差为0.00042 N。通过传感器标定试验,确定传感器的检测值与实际谷物重量的关系。通过大田测产试验,得出每个地块的产量分布图,试验结果表明该测产系统的平均误差达到3.911%。

关键词：精准农业冲量式测产系统 IMM-UKF算法谷物重量产量分布

小区谷物联合收获机作业速度智能调控算法设计与仿真

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农机化研究 2020年第11期42卷 45-50页

作者：邢高勇毛罕平王佳慧眭旸彭海涛江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013

针对小区谷物联合收获机收获过程中人工操作不能及时调整收获作业速度从而导致脱粒滚筒发生堵塞、严重损伤种子及影响小区试验结果正确性的问题,设计了脱粒滚筒转速—期望作业速度模糊控制器与模糊PID作业速度智能调控算法。根据脱粒滚... 详细信息

针对小区谷物联合收获机收获过程中人工操作不能及时调整收获作业速度从而导致脱粒滚筒发生堵塞、严重损伤种子及影响小区试验结果正确性的问题,设计了脱粒滚筒转速—期望作业速度模糊控制器与模糊PID作业速度智能调控算法。根据脱粒滚筒转速变化情况不断地调节作业速度,使喂入量保持在脱粒滚筒额定范围内,防止发生堵塞,在保证脱粒质量的前提下,提高作业效率。同时,建立了小区联合收获机行走系统的数学模型,并以实际试验数据对算法进行了Simulink仿真试验验证,结果表明调控算法正确可行。

关键词：小区收获育种试验模糊控制智能调控

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轨道式自动投饲机电源管理系统设计

农业工程 2021年第8期11卷 35-39页

作者：王吉中刘阳春赵博邢高勇汪凤珠李阳中国农业机械化科学研究院北京100083

针对渔场养殖投饲机工作时长短、锂电池欠压发现不及时、影响工作效率及降低电池使用寿命等问题,设计了基于LORA的远程投饲机电池管理系统,实现了渔场投饲机供电锂电池组单体电池的电压、温度、电流等实时检测反馈功能,及时根据锂电池... 详细信息

针对渔场养殖投饲机工作时长短、锂电池欠压发现不及时、影响工作效率及降低电池使用寿命等问题,设计了基于LORA的远程投饲机电池管理系统,实现了渔场投饲机供电锂电池组单体电池的电压、温度、电流等实时检测反馈功能,及时根据锂电池状态进行充放电。该系统具有实时、准确、安全、高效等优点,可有效解决投饲机远距离工作充电不及时,影响工作效率等问题。试验数据及结果证明了该投饲机锂电池管理系统的准确性和安全性。

关键词：投饲机 LORA 电池管理锂电池