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基于QBP-PID的履带式作业机全向调平控制研究

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农业机械学报 2023年第12期54卷 397-406页

作者：孙泽宇夏长高蒋俞郭逸凡汪若尘江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏林海动力机械集团有限公司泰州225300 江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013

针对丘陵山区农业机械作业时的机身倾角变化大、工作品质和作业安全性差等问题,以履带式作业机为研究对象,设计了一种基于“3层车架”的液压全向调平系统,并提出了复合Q学习-BP神经网络-PID(QBP-PID)的全向调平控制策略。首先,给出了全... 详细信息

针对丘陵山区农业机械作业时的机身倾角变化大、工作品质和作业安全性差等问题,以履带式作业机为研究对象,设计了一种基于“3层车架”的液压全向调平系统,并提出了复合Q学习-BP神经网络-PID(QBP-PID)的全向调平控制策略。首先,给出了全向调平整机结构方案和工作原理,在此基础上,建立了包含全向调平系统的履带式作业机整机动力学模型。然后,针对PID控制参数难以整定的问题,通过BP神经网络对PID控制参数进行实时更新,并引入Q学习算法对神经网络连接权值进行在线更新,建立了全向调平复合QBP-PID控制器。仿真结果表明,QBP-PID控制下,20°横向调平时间为2.8 s, 25°纵向调平时间为3.2 s,相较于PID与BP-PID控制,减小了调平时间,并且未出现超调量。最后,进行横坡路面和纵坡路面的整机试验,与仿真结果相比,横向和纵向调平时间误差为0.6 s和0.4 s,且平地路面机身倾角小于1.5°,满足丘陵山区农业机械调平性能需求。

关键词：履带式作业机全向调平丘陵山区 QBP-PID 整机试验

丘陵山区履带式作业机全向调平系统设计与性能试验

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农业工程学报 2023年第18期39卷 64-73页

作者：蒋俞孙泽宇汪若尘夏长高叶青郭逸凡江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013 江苏大学农业工程学院镇江212013 江苏大学汽车工程研究院镇江212013

针对丘陵山区农业机械作业时机身倾角变化大,工作品质和安全性较差的问题,该研究设计了一种履带式作业机全向调平系统。首先,提出了基于“三层车架”的铰接式全向调平系统结构方案,给出了调平系统液压回路与工作原理。其次,进行了全向... 详细信息

针对丘陵山区农业机械作业时机身倾角变化大,工作品质和安全性较差的问题,该研究设计了一种履带式作业机全向调平系统。首先,提出了基于“三层车架”的铰接式全向调平系统结构方案,给出了调平系统液压回路与工作原理。其次,进行了全向调平性能关于关键结构参数的敏感度分析。并在此基础上,以调平系统关键结构参数为优化变量,液压油缸平均推力和调平时间为优化目标,设计了多目标遗传算法优化关键结构参数。然后,建立了全向调平整机倾翻模型,通过分析履带式作业机静态极限横向倾翻角、静态纵向极限倾翻角以及动态极限行驶速度验证整机倾翻稳定性。与未调平履带式作业机相比,调平后的作业机静态横/纵向极限倾翻角分别提高了7.1%和13.5%,动态极限行驶速度提高了3.4%。最后,进行了履带式作业机全向调平性能试验。结果表明,静态试验下,履带式作业机横向和纵向调平时间为分别3.4和3.6 s;动态试验下,全向调平履带式作业机能够明显减小最大机身倾角,并迅速调平,在平地路面以及完成调平后的机身倾角能够保持在±1.5°以内,满足丘陵山区性能需求,验证了全向调平系统的工作有效性。

关键词：设计试验丘陵山区履带式作业机全向调平

履带式联合收割机全向调平底盘设计与试验研究

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履带式联合收割机全向调平底盘设计与试验研究

作者：杨腾祥中国农业科学院

学位级别：硕士

针对传统人字梁结构的履带式联合收割机底盘在丘陵山地路面、起伏不定路面、松软泥泞路面环境下作业时,存在车身倾斜角度大、收获效率低、驾驶舒适性差、容易发生侧翻事故等问题,研究设计了一种履带式联合收割机全向调平底盘,包括可升... 详细信息

针对传统人字梁结构的履带式联合收割机底盘在丘陵山地路面、起伏不定路面、松软泥泞路面环境下作业时,存在车身倾斜角度大、收获效率低、驾驶舒适性差、容易发生侧翻事故等问题,研究设计了一种履带式联合收割机全向调平底盘,包括可升降底盘与电液控制系统两部分,基于四点调平原理,设计了底盘手动调节与自动调平方案,可实现底盘离地间隙与倾斜角度的手动或自动调节。本文主要研究内容如下:1、基于四点调平原理,研究设计了全向调平底盘的总体结构与调节方案。全向调平底盘总体结构基于四点支撑平台设计,主要由底盘上架、底盘下架、升降机构、液压驱动系统、电子控制系统等组成。根据四点调平原理,建立了底盘机体坐标系,分析了底盘四个控制点到水平面的距离与底盘横向和纵向倾角之间的关系。根据联合收割机常见作业工况,设计了包含整体上升、整体下降、前升后降、前降后升、左升右降、左降右升6组基本组合动作的手动调节方案。根据中心点不动的四点调平算法,基于倾角传感器、位移传感器、电液控制系统设计了底盘自动调平方案。2、研究分析了底盘升降机构与液压控制系统的工作原理,对关键部件进行了设计与选型。基于铰链五杆机构设计了底盘升降机构,包括机架、前拐臂、后拐臂、辅助连杆、行走梁五部分,各部分有效长度分别为880 mm、230 mm、230 mm、166 mm、947.63 mm,理论运动角度分别为0°、96°、18012°、27090°、-7°。根据升降机构的结构参数,设计相应的履带行走机构,选取了驱动轮、支重轮、托带轮、张紧轮、橡胶履带的参数。设计液压控制原理图,确定液压泵、液压缸、电磁换向阀、单向节流阀、液控单向阀的具体型号。3、研究设计了全向调平底盘电子控制系统,可以实现底盘姿态调节与人机交互功能。电子控制系统硬件电路主要由电源管理模块、单片机最小系统、数模转化电路、电磁阀驱动电路、通讯电路、存储电路、输入输出电路组成。软件部分主要包括倾角传感器数据收发程序、位移传感器数模转换程序、底盘手动调节与自动调平程序。为便于数据传输与功能扩展,基于ISO11783通信协议设计了控制器相关报文。4、基于ADAMS与AMESim搭建了联合仿真平台,对全向调平底盘升降机构、液压控制系统、手动调节与自动调平算法进行了升降仿真和调平仿真。升降仿真表明,底盘纵向调节范围为-6.1.3°,横向调节范围为-6.9.9°,离地间隙调节范围为029.9 mm。调平仿真表明,与传统底盘相比,在纵向坡度为10°的条件下,调平底盘最大纵向倾角降低约68%,在横向落差为130mm的条件下,底盘最大横向倾角降低约77.5%。5、为检验全向调平底盘的工作性能,制造了底盘样机,设计了试验评价指标,进行了静态升降试验、静态调平试验、田间试验。静态升降试验表明,底盘纵向调节范围为-5.9.7°,横向调节范围为-6.1.9°。静态调平试验表明,在8个主方向上,底盘自动调节平均耗时4.2 s,最大稳态误差为0.67°。田间试验表明,相对不调平模式,自动调平模式下底盘倾斜度均值降低了83.1%、57.1%、82.9%,标准差降低了71.9%、33.3%、33.3%;与不调平模式相比,手动调平模式下底盘倾斜度均值降低了61.9%、38.1%、42.3%,标准差没有明显改观。

关键词：联合收割机全向调平电液控制履带底盘联合仿真

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果园作业车自动调平系统研究与设计

果园作业车自动调平系统研究与设计

作者：徐文鑫山东交通学院

学位级别：硕士

受地形地貌等诸多因素的影响,我国果园机械化进程缓慢,特别是在丘陵山区地带,果园机械化水平严重滞后,导致果园内采摘、剪枝和疏花疏果等工作主要依赖人工架梯完成。果园作业车是果园生产管理中不可或缺的重要作业装备,其设计与应用对... 详细信息

受地形地貌等诸多因素的影响,我国果园机械化进程缓慢,特别是在丘陵山区地带,果园机械化水平严重滞后,导致果园内采摘、剪枝和疏花疏果等工作主要依赖人工架梯完成。果园作业车是果园生产管理中不可或缺的重要作业装备,其设计与应用对于提升果园作业效率和降低劳动强度具有显著意义。针对果园作业车在坡度较大的丘陵山区侧倾稳定性差和易发生侧翻等安全问题,设计了适用于丘陵山区的果园作业车及全向调平系统,能够有效提高果园作业车纵向和横向陡坡适应性,减少人工高空作业风险,有效提升果园作业安全性。本文具体内容如下:(1)通过调研果园作业环境,提出果园作业车设计要求和方案。设计果园作业车底盘机械结构和载人操作平台等部件,完成了整机装配。深入分析果园作业车在坡地作业过程中的稳定性,获取影响果园作业车纵向、横向极限下滑角和极限倾翻角大小的关键因素,调整果园作业车关键参数,确定最终设计尺寸及装配。所设计的果园作业车可用于辅助采摘、剪枝和疏花疏果等丘陵山区果园作业管理,减轻了果农劳动强度,提高了作业效率。(2)基于“双层车架”结构设计全向调平机械结构,通过运动学分析确定机械结构参数,完成了调平结构与果园作业车整机装配。对全向调平系统主要受力部件进行静力学分析,通过得到的应力和位移情况判断强度是否达到要求并调整完善设计参数。根据确定的机械结构设计全向调平液压系统,对液压元件进行计算和选型,最后搭建全向调平液压系统并仿真分析,验证所设计的调平系统是否达到设计要求。(3)通过ADAMS软件建立果园作业车多体动力学仿真平台,添加约束和驱动后对搭载全向调平机构的果园作业车进行调平性能仿真验证,设置纵坡、横坡、单侧波形和双侧波形等丘陵山区路况,液压缸极限位置情况下验证果园作业车在不同障碍路面调平效果,结果表明所设计的全向调平系统能够有效抑制车身纵向和横向侧倾。(4)基于两点逐低调平准则,设计全向调平控制策略,包括纵向两点逐低调平控制策略和横向两点逐低调平控制策略。建立全向调平系统的数学模型,包括调平液压缸和电磁阀传递函数,获得纵向和横向调平系统传递函数,并对液压缸进行稳定性分析。采用机电液联合仿真方法,搭建联合仿真平台,验证果园作业车在两点逐低调平控制方法下的调平效果。在纵向坡度为25°,仿真时间为15s时,通过两点逐低调平控制下的车身纵向调平时间显著减少至3.5s。在横向坡度为20°,仿真时间为15s时,通过两点逐低调平控制,车身横向调平时间显著减少至3.3s。结果表明所设计的两点逐低调平控制策略,具有良好的灵活性、可靠性和鲁棒性,可以保证果园作业车自动调平系统的稳定性和良好的控制效果,更适合当下丘陵山区果园作业需求。

关键词：果园作业车全向调平结构设计调平控制策略仿真分析

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一种三自由度车载无人机升降调平装置研究

机械制造与自动化 2021年第5期50卷 219-221页

作者：张延芝江苏无线电厂有限公司江苏南京210022

针对车载无人机起降平台,研究车辆在静态和动态时车载无人机的托举升降和全向调平,设计三自由度的车载无人机升降调平装置,利用单动双丝杆滑块作为大行程升降执行机构,运用三自由度平台的俯仰和横滚动作,使底座在任意方位、一定角度倾斜... 详细信息

针对车载无人机起降平台,研究车辆在静态和动态时车载无人机的托举升降和全向调平,设计三自由度的车载无人机升降调平装置,利用单动双丝杆滑块作为大行程升降执行机构,运用三自由度平台的俯仰和横滚动作,使底座在任意方位、一定角度倾斜时,3个伺服电动缸控制平台至恒定水平姿态,为车辆在全地形驻车和行驶中起降无人机提供可靠平台。

关键词：车载无人机三自由度升降调平装置全向调平