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4WD型农药喷雾机液压四驱底盘直行同步控制方法比较及验证

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农业工程学报 2016年第23期32卷 43-50页

作者：张华郑加强南京林业大学机械电子工程学院南京210037 安徽科技学院机械工程学院凤阳233100

为了满足复杂农林环境下植保喷雾作业需求,提出了一种全液压驱动的柔性智能化喷雾机底盘,同时为了满足底盘直线行驶需求,提高4个车轮马达转速同步控制系统的精度、可靠性和经济性,提出了2种同步控制方案,分别是电磁比例换向阀单级直控... 详细信息

为了满足复杂农林环境下植保喷雾作业需求,提出了一种全液压驱动的柔性智能化喷雾机底盘,同时为了满足底盘直线行驶需求,提高4个车轮马达转速同步控制系统的精度、可靠性和经济性,提出了2种同步控制方案,分别是电磁比例换向阀单级直控式和同步阀＋电磁比例换向阀双级同步控制式。制定了同步控制策略,并分别运用SIMULINK和AMESim对同步控制系统的动态特性进行了仿真。分析了阶跃输入下,同步控制系统在启动、偏载转矩干扰、意外掉电及上电恢复阶段的系统响应,并比较了2种控制方案的马达最大转速同步误差。仿真及试验结果表明：采用双级同步控制方案比单级直控方案在马达工作的各个研究阶段,其最大转速同步误差均降低约50%,同步精度可控制在1.0%-2.0%之间,能满足底盘直线行驶需求。该研究可为四轮独立驱动底盘的直行控制提供理论指导,并可为农业工程领域所需的高精度、高可靠性和经济性的液压同步控制系统设计提供参考。

关键词：农业机械马达喷雾机底盘转速控制同步控制策略同步阀电磁比例换向阀同步误差

基于线性模型的管路内农药混合均匀性评价方法

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农业机械学报 2022年第11期53卷 197-207页

作者：代祥徐幼林宋海潮郑加强南京工业职业技术大学机械工程学院南京210023 南京林业大学机械电子工程学院南京210037

针对混合试验图像所得均匀性指数计算结果难以直接匹配于被广泛认可的数值仿真参考值的问题,本文基于线性模型方法,将混合试验图像处理与数值仿真结果进行映射,在黏性水溶性农药与水在长直混合管内进行在线混合的试验条件下构建对应的... 详细信息

针对混合试验图像所得均匀性指数计算结果难以直接匹配于被广泛认可的数值仿真参考值的问题,本文基于线性模型方法,将混合试验图像处理与数值仿真结果进行映射,在黏性水溶性农药与水在长直混合管内进行在线混合的试验条件下构建对应的线性预测模型,并采用射流混药器在线混合图像及仿真结果对上述模型进行检验。研究结果表明:不同图像方法(灰度直方图二阶矩(HSM)、改进面积加权法(OAU)、主成分分析法(PCA))对应最优线性拟合阶数不同,采用单独图像方法构建模型时最优阶次为4,决定系数R^(2)高于0.95,采用2种图像方法组合和3种图像方法组合时最优阶次可分别降至3阶和2阶,R^(2)则接近或高于0.98;载流流量Q为800~2 000 mL/min、混合比P为0.01~0.10条件下,基于HSM、OAU、PCA和线性模型,可实现实际混药器均匀性预测,所有模型预测误差均小于0.05,且采用一元和二元线性模型使得平均预测误差分别降低84.1%和79.8%,不同算法间预测结果极差分别降低31.6%和78.0%;采用基于PCA或OAU算法的一元模型进行预测时误差可控制在0.03以内,其精度高于不同算法组合预测的结果;采用基于HSM-PCA等算法组合的二元模型误差虽稍高于0.03,但也可避免单一图像指标计算不准确带来的预测风险。通过构建图像处理-数值仿真之间的映射关系,可为基于图像处理进行农药在线混合均匀性评估提供更加可行和合理的方法。

关键词：农药在线混合图像处理数值仿真线性模型混合均匀性评价

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功率控制下的D2D辅助蜂窝网络性能研究

功率控制下的D2D辅助蜂窝网络性能研究

作者：郑加强华中科技大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的迅猛发展,人们对通信系统的数据传输速率、频谱利用率及能量效率提出了更高的要求。D2D(Device-to-Device,设备直连通信)由于其近距离直连通信的特性,可以有效提高数据传输速率和能量效率、降低通信时延,引起了业界... 详细信息

随着无线通信技术的迅猛发展,人们对通信系统的数据传输速率、频谱利用率及能量效率提出了更高的要求。D2D(Device-to-Device,设备直连通信)由于其近距离直连通信的特性,可以有效提高数据传输速率和能量效率、降低通信时延,引起了业界和学术界的广泛关注。但是,D2D通信的引入会使得蜂窝网络中的干扰更为复杂。因此,采用合理的功率控制来协调系统中的干扰,成为D2D辅助蜂窝网络中的主要研究问题。论文首先分析了HCN(Heterogeneous Cellular Network,异构蜂窝网络)上行链路的性能。利用泊松点过程对系统进行建模,提出了小区覆盖面积符合PVT(Poisson-Voronoi Tessellation)的随机分割网络模型,考虑基于距离的部分功率控制方案,进而推导出链路的中断概率、平均传输速率和能量效率等性能的解析表达式。分析表明,系统的平均传输速率随功率控制因子的增大而降低。论文进而讨论蜂窝与D2D混合网络。当D2D用户以Overlay模式与蜂窝网络共存时,D2D通信的引入不会对蜂窝链路产生干扰。考虑基于距离的D2D模式选择和部分功率控制方案,并分析模式选择阈值和功率控制因子对网络性能的影响。本文研究发现,模式选择阈值越大时,D2D链路的中断概率越高,平均传输速率越低。最后,论文讨论了D2D用户以Underlay模式与蜂窝网络共存的场景。在这种通信模式下,D2D通信与蜂窝通信之间会产生同频干扰。在原有的模式选择的基础上,对移动蜂窝设备采用信道反转功率控制,对D2D用户设备采用固定功率控制。分析结果表明,信道反转功率控制系数增大时,上行蜂窝链路的平均传输速率和用户的能量效率均随之减小。本文的分析结论对D2D辅助蜂窝网络的系统设计和干扰管理具备一定的指导意义。

关键词： D2D 通信泊松点过程模式选择功率控制中断概率能量效率

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柔性喷雾机底盘电液作动器的模糊PID控制

南京林业大学学报（自然科学版） 2017年第1期41卷 163-169页

作者：张华郑加强南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100

【目的】为了满足复杂农林环境下植保喷雾作业需求,需要解决喷雾机底盘电液作动器采用传统PID(propor-tional integral differential)控制器控制参数难以自适应调整,以及模糊PID混合控制器难以制定切换策略的难题。【方法】建立了电液... 详细信息

【目的】为了满足复杂农林环境下植保喷雾作业需求,需要解决喷雾机底盘电液作动器采用传统PID(propor-tional integral differential)控制器控制参数难以自适应调整,以及模糊PID混合控制器难以制定切换策略的难题。【方法】建立了电液作动器系统的几何模型、数学模型和物理模型,采用有限单元法对其进行了结构静力学分析和优化设计;采用正开口三位四通电磁比例换向阀作为控制元件,设计了模糊PID控制器,并采用MATLAB/SIMULINK进行了控制器建模和仿真,比较了3种控制器的控制效果。【结果】将底盘两横轴直径分别增大10 mm,电液作动器液压缸和活塞杆直径分别增大5 mm,横轴和电液作动器的最大变形量分别减小到4.6 mm和1.1 mm,可满足底盘支撑强度要求;采用模糊PID控制器控制电液作动器比其他两种控制器有更好的综合特性,其上升时间、调整时间、绝对累积误差和绝对时间累积误差在电液作动器上升运动和下降运动中的取值分别为0.099、0251、0013、0005 s和0088、0267、0009、0013 s,模糊PID控制器的多项控制指标值均有较明显降低。【结论】模糊PID控制器用于喷雾机底盘电液作动器的位置跟踪控制有更高的控制精度和更快的响应速度。

关键词：柔性底盘电液作动器模糊PID 位置跟踪植保喷雾作业

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固液两相混合方法及其均匀性检测技术

化工进展 2022年第7期41卷 3413-3430页

作者：郭长皓鸦明胜徐幼林郑加强南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037

固液混合技术是广泛应用于工农业生产中固体分散、溶解和浸出、结晶和沉淀、固体催化反应以及粉剂农药混合等领域的一种重要操作技术。固液两相混合的均匀性对产品的生产或应用有着重要的影响。因此本文综述了固液两相混合技术的研究现... 详细信息

固液混合技术是广泛应用于工农业生产中固体分散、溶解和浸出、结晶和沉淀、固体催化反应以及粉剂农药混合等领域的一种重要操作技术。固液两相混合的均匀性对产品的生产或应用有着重要的影响。因此本文综述了固液两相混合技术的研究现状。首先介绍了固体颗粒在液相中的分散机理,讨论了常见的两大类固液两相混合方法,即化学分散法与物理分散法。其中化学分散法包括添加表面活性剂与偶联剂以及进行电化学改性;物理分散法包括使用搅拌釜、撞击流混合器、射流混合器、静态混合器、动态混合器进行的机械混合以及超声分散和通过静电分散进行的预分散。同时介绍了部分具有代表性的固液两相分散混合均匀性的检测方法,如探针、图像分析处理、超声衰减、动态光散射、电阻层析成像等。最后在分析现有问题的基础上对固液两相混合技术未来在多元化、智能化方向上的发展进行了展望。

关键词：二元混合物混合化学分散物理分散混合均匀性检测

截齿工作角度布置及水射流辅助截割头破岩研究

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截齿工作角度布置及水射流辅助截割头破岩研究

作者：郑加强中国矿业大学

学位级别：硕士

掘进机作为煤矿井下巷道掘进的关键装备,其截割头性能的好坏直接决定了掘进机性能的优劣,为安全高效地开采煤炭资源,应当对掘进机截割头的截齿破岩进行研究和改进,使其钻进性能和截割性能提高。基于此,本文对截齿工作角度和高压水射流... 详细信息

掘进机作为煤矿井下巷道掘进的关键装备,其截割头性能的好坏直接决定了掘进机性能的优劣,为安全高效地开采煤炭资源,应当对掘进机截割头的截齿破岩进行研究和改进,使其钻进性能和截割性能提高。基于此,本文对截齿工作角度和高压水射流辅助破岩进行了研究,并根据研究结果,研发了截齿工作角度优化的高压水射流辅助破岩截割头,利用煤岩截割试验台对其进行试验研究。以岩石的结构特性和物理机械性质为基础,对截齿截割破岩机理进行了分析。基于实际制造中定位截齿轴线和齿座底面的角度安装工艺,建立了钻进工况条件下截割头截齿的空间力学模型,基于此,分析了截齿工作角度对截齿受力的影响,建立了截割头钻进工况条件下所受载荷模型。以单齿直线破岩数值试验为基础,验证ANSYS/LS-DYNA数值模拟截齿破岩的准确性。通过已验证的数值模拟方法研究单齿钻进破岩过程,根据仿真结果修正截齿空间力学模型,通过对不同仰角、倾斜角条件下单齿钻进工况研究得到:截齿所受截割阻力和斜率随着仰角、倾斜角的增大而增大;截齿所受进给阻力和斜率随着仰角的增大而增大,随着倾斜角的增大而减小;仰角的合理选取范围应大于齿尖锥角的0.5倍小于50°,倾斜角的合理选取范围是20°~50°。以高压水射流冲击破岩机理为基础,建立了水射流破岩的流固耦合作用方程。通过对水射流喷嘴的流场特性仿真分析指出:水射流由核心段、破裂段和水滴段组成,水射流轴线上的速度逐渐衰减;对水射流的两相混合分布规律进行了分析,在喷嘴内部,流体的介质为水,在喷嘴外部,流体的介质为两相混合,距喷嘴轴线越近,水射流的主要介质水的体积含量越高。对水射流冲击作用下岩石变形和水射流辅助截齿破岩进行了仿真分析,得到水射流作用的应力波具有明显的局部效应,截齿在水射流应力波作用范围内进行破岩,当水射流辅助截齿破岩时,水射流提前于截齿破坏岩石单元,并改变岩石单元所受应力。相比较于无水射流辅助截齿破岩,当水射流压力为20MPa时,截齿最大值受力减小率为15.77%,均值减小率为27.34%,说明水射流辅助截齿破岩具有较好的效果。基于截齿工作角度对单齿钻进工况条件下载荷研究和高压水射流辅助截齿破岩仿真研究,根据当前截割头截齿的布置参数,优化截割头截齿角度并设置高压水射流喷嘴,从而研发了截齿工作角度优化的高压水射流辅助破岩截割头。通过对优化前后截割头钻进破岩试验结果的对比分析,得到截割头截齿工作角度优化有效地降低截割头载荷;钻进工况条件下截割头的扭矩以及进给阻力都与水射流压力、转速、进给速度呈指数关系,随着水射流压力的增大而减小,随着转速的增大而减小,随着进给速度增大而增大。

关键词：截齿工作角度空间力学模型高压水射流截齿工作角度优化截割头

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一种自抗扰最优控制器设计方法研究

控制工程 2018年第12期25卷 2219-2223页

作者：张华郑加强南京林业大学机械电子工程学院南京210037 安徽科技学院农业机械与智能装备研究所安徽凤阳233100

为解决自抗扰控制器参数整定的难题,基于MATLAB免费遗传算法工具箱,对二阶系统自抗扰控制器的5个关键待整定参数进行了整定算法研究;综合考虑控制误差、动态特性和控制能量约束,建立了优化求解的目标函数,并在SIMULINK仿真模型中以离散... 详细信息

为解决自抗扰控制器参数整定的难题,基于MATLAB免费遗传算法工具箱,对二阶系统自抗扰控制器的5个关键待整定参数进行了整定算法研究;综合考虑控制误差、动态特性和控制能量约束,建立了优化求解的目标函数,并在SIMULINK仿真模型中以离散化形式表达了目标函数并进行了仿真求解:最后对比了基于人工试凑法和遗传算法的自抗扰控制器的控制效果,结果表明,基于遗传算法的自抗扰控制器控制精度更高,超调量更小,控制能量更低,对扰动的预测性能更好。该方法易于实现,可进一步拓宽自抗扰控制的应用范围。

关键词：自抗扰控制器参数整定遗传算法目标函数系统仿真

概念喷雾机底盘双侧液压马达自抗扰同步控制研究

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中国农业大学学报 2017年第6期22卷 135-143页

作者：张华郑加强徐幼林南京林业大学机械电子工程学院南京210037 安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100

针对复杂农林环境下植保喷雾作业对底盘智能化、柔性化等的需求问题,采用双侧液压马达同步回转系统数学模型分析法和外层自抗扰控制,内层PID协调控制的同步控制策略,提出一种液压直驱的概念喷雾机底盘,以离散化形式设计了3阶自抗扰控制... 详细信息

针对复杂农林环境下植保喷雾作业对底盘智能化、柔性化等的需求问题,采用双侧液压马达同步回转系统数学模型分析法和外层自抗扰控制,内层PID协调控制的同步控制策略,提出一种液压直驱的概念喷雾机底盘,以离散化形式设计了3阶自抗扰控制器,并对双侧液压马达同步控制问题进行研究。通过SIMULINK仿真和试验台试验,结果表明:1)所制定的自抗扰同步控制策略相比传统的PID控制,系统响应更快速,其上升时间为1.2s,稳定时间3s;2)扰动工况下的双马达同步控制误差更低,其中,在马达2内部参数摄动下,双马达的试验同步误差峰值仅为-0.016rad,同步控制精度高于0.060%,而采用PID控制,双马达同步误差峰值可达-0.850rad,同步控制精度低于2.000%;3)自抗扰同步控制器具有更高的控制精度和扰动误差补偿能力,能满足喷雾机底盘直线行驶需求。该研究可为复杂农林环境下作业的行走机械底盘设计和液压系统同步控制提供理论参考。

关键词：液压直驱喷雾机底盘双侧液压马达自抗扰同步控制同步误差

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农药喷雾机底盘阀控马达系统的稳定性分析

南京林业大学学报（自然科学版） 2015年第3期39卷 137-142页

作者：张华郑加强南京林业大学机械电子工程学院江苏南京210037 安徽科技学院机械工程学院安徽凤阳233100

为了满足复杂农林环境下植保作业需求,提出了一种纯液压驱动力的植保农药喷雾机柔性底盘系统;针对底盘四轮驱动所采用的阀控马达非线性控制系统,建立状态方程,采用李亚普诺夫理论进行了系统稳定性分析,采用蒙特卡洛模拟法进行了系统可... 详细信息

为了满足复杂农林环境下植保作业需求,提出了一种纯液压驱动力的植保农药喷雾机柔性底盘系统;针对底盘四轮驱动所采用的阀控马达非线性控制系统,建立状态方程,采用李亚普诺夫理论进行了系统稳定性分析,采用蒙特卡洛模拟法进行了系统可靠性预测及优化。结果表明:该液压控制系统是稳定的,其可靠性较高,优化后的系统可靠度均值为0.89,平均无故障工作时间预测值为8 526 h,远高于底盘1 a内实际工作时间2 160 h;采用AMESim软件对该液压控制系统进行了建模和仿真,并与样机实验结果进行了对比,当PID控制器参数KP=0.5、KI=4、KD=0时,系统稳定性较高,响应迅速,2.5 s后达到稳定状态。车轮加速度响应曲线有小幅波动,振荡次数在2次以内;负载干扰力矩从1 Nm增大到20 Nm时,马达转速输出曲线几乎重合。研究结果表明阀控液压马达动力系统鲁棒性好,其稳定性和可靠性可满足底盘需求。

关键词：柔性底盘阀控马达液压动力非线性系统稳定性可靠性