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基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

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农业机械学报 2024年第3期55卷 401-411页

作者：李贤哲张明柱刘孟楠徐立友闫祥海雷生辉河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003 智能农业动力装备全国重点实验室洛阳471039 黄河科技学院工学部郑州450006 中国一拖集团技术中心洛阳471039

针对分布式驱动电动拖拉机(Distributed drive electric tractor, DDET)牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm, MIGA)的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工... 详细信息

针对分布式驱动电动拖拉机(Distributed drive electric tractor, DDET)牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm, MIGA)的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型。提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件。搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性。结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升。犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10 610 N,最大牵引功率为31.25 kW;平均效率提升了0.38%,驱动电机能耗降低了7.53%。本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法。

关键词：电动拖拉机分布式驱动系统多岛遗传算法优化设计联合仿真

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温室电动拖拉机旋耕稳定性时序分析与前馈PID控制方法研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 412-420页

作者：杨杭旭周俊齐泽中孙晨阳赖国梁南京农业大学工学院南京210031 金华职业技术学院机电工程学院金华321017

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业... 详细信息

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。建立了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型,并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵,得到了旋耕系统实际耕深的转换值;采用时间序列分析预测机身俯仰角,并作为旋耕系统的扰动输入;结合耕深的转换值和预测得到的扰动,采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构,将旋耕机维持在目标耕深;在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明:俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.983 2;APF-PID控制的控制性能优于PID控制,在目标耕深6 cm的测试路面中,APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm,均方根误差为0.80 cm和0.72 cm,绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm,耕深稳定性系数为89.95%和91.30%,消耗的总能量较PID控制分别降低4.18%和19.13%,较好地实现了温室电动拖拉机旋耕稳定性控制,满足温室作业需求。

关键词：电动拖拉机温室旋耕作业稳定性控制前馈PID 角度预测

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电动拖拉机混合电源负载自适应能量管理策略研究

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农业机械学报 2024年第9期 459-469页

作者：李利桥高宗余聂晶石河子大学机械电气工程学院现代农业机械兵团重点实验室

针对纯电动拖拉机工况随机性大、动态负荷变化频繁导致能量利用率低等问题，提出了基于负载自适应的蓄电池/超级电容混合电源的纯电动拖拉机动力电源供能系统。通过分析纯电动拖拉机的作业工况特点以及功率需求，采用动态规划分析方法... 详细信息

针对纯电动拖拉机工况随机性大、动态负荷变化频繁导致能量利用率低等问题，提出了基于负载自适应的蓄电池/超级电容混合电源的纯电动拖拉机动力电源供能系统。通过分析纯电动拖拉机的作业工况特点以及功率需求，采用动态规划分析方法找出动力系统最优控制模式，并且从动态规划分析结果中提出分段式控制规则，建立了功率划分参数模型与负载统计量之间的函数关系。在此基础上提出了一种基于负载自适应规则的电动拖拉机能量管理策略，并对平稳路况组合负载周期和非平稳路况随机负载周期模式进行了验证实验。实验结果表明，与普通控制规则的能量管理策略相比，本文所提出的电动拖拉机负载自适应能量管理策略具有更强的电池保护和节能能力，能实现负载自适应模式下的最优能量管理，其中在不同工况下电池安培小时吞吐量及电源系统总能量损失分别降低10.5%～15.7%和8.7%～15.1%,表明所提出的电动拖拉机负载自适应能量管理策略能够以较低的计算成本实时在线实现最优的能量管理。

关键词：电动拖拉机动力电源系统能量管理策略负载自适应控制规则

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电动拖拉机底盘轻量化设计

农机化研究 2025年第2期 222-227页

作者：赵南南楚晓杏河南机电职业学院汽车工程学院

探讨了电动拖拉机底盘轻量化设计的方法和技术，并基于底盘轻量化的重要性论述了底盘轻量化的具体方法，包括选材、结构优化、工艺改进等方面。针对电动拖拉机的工作特点，提出了适合其底盘轻量化的具体措施，包括采用高强度轻质材料、... 详细信息

探讨了电动拖拉机底盘轻量化设计的方法和技术，并基于底盘轻量化的重要性论述了底盘轻量化的具体方法，包括选材、结构优化、工艺改进等方面。针对电动拖拉机的工作特点，提出了适合其底盘轻量化的具体措施，包括采用高强度轻质材料、减少焊接点及优化桥座结构等。最后，通过数值模拟和试验验证了轻量化设计的效果，证明了方法的可行性和有效性。研究成果对于提高电动拖拉机的性能和节能减排具有重要意义。

关键词：电动拖拉机底盘轻量化结构优化

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电动拖拉机驱动电机系统故障诊断模型研究

农机化研究 2025年第2期 234-238页

作者：蒋延莲刘艳南京交通技师学院南京理工大学泰州科技学院

驱动电机系统的故障可能导致电动拖拉机失控或发生意外情况，从而危及驾驶员和周围环境的安全，准确诊断故障可以帮助驾驶员及时采取措施，避免潜在的危险。为了进一步提高电动拖拉机驱动电机系统的故障诊断准确率，基于驱动电机系统的... 详细信息

驱动电机系统的故障可能导致电动拖拉机失控或发生意外情况，从而危及驾驶员和周围环境的安全，准确诊断故障可以帮助驾驶员及时采取措施，避免潜在的危险。为了进一步提高电动拖拉机驱动电机系统的故障诊断准确率，基于驱动电机系统的数据特征及故障类型，以BP人工神经网络模型为基础，通过PSO-BP优化后的人工神经网络模型构建电动拖拉机电机驱动电机系统故障诊断模型，并对传统BP神经网络模型的阈值和权重进行优化，以更快地收敛到全局最优解。通过采集驱动电机系统的数据，对基于PSO-BP故障诊断模型进行试验验证，结果表明：模型对5种故障状态诊断准确率较高，特别是退磁故障和IGBT故障这两种复杂的故障类型。研究内容能够为电动拖拉机驱动电机系统的故障诊断提供一种有效的方法和技术支持，可提高诊断准确率、保障驾驶员和周围环境的安全，提高了工作效率，降低了维修成本。

关键词：电动拖拉机驱动电机系统故障诊断准确率 PSO-BP优化算法

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电动拖拉机双电源并联控制研究

农机化研究 2025年第1期 234-238页

作者：初香港王宝超陈叶青岛农业大学机电工程学院

电动拖拉机具有结构简单和节能减排等优点，但现有电动拖拉机作业时采用单一动力电池能源，存在续航时间短的问题。为了提高电动拖拉机长续航供电能力，提出了一种基于下垂控制的直流双电源并联均流联合供电方案，利用MatLab/Simulink... 详细信息

电动拖拉机具有结构简单和节能减排等优点，但现有电动拖拉机作业时采用单一动力电池能源，存在续航时间短的问题。为了提高电动拖拉机长续航供电能力，提出了一种基于下垂控制的直流双电源并联均流联合供电方案，利用MatLab/Simulink搭建了系统模型。仿真试验表明：单电源可以实现升压稳压控制；基于下垂控制的双电源并联均流能够实现双电源的电流均流；当切换不同功率负载时，系统电压随功率增加按比例下调，验证了该方案的可行性。

关键词：电动拖拉机双电源并联下垂控制动态仿真

无人驾驶电动拖拉机犁耕机组路径跟踪与耕深模糊控制策略

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农业机械学报 2024年

作者：陈仲举谢斌罗振豪刘楷东张胜利温昌凯中国农业大学工学院智能农业动力装备全国重点实验室比亚迪股份有限公司产品规划及汽车新技术研究院北京市农林科学院智能装备技术研究中心

田间土壤比阻多变、地块凹凸不平造成拖拉机在犁耕工况下行驶速度和牵引阻力大幅波动，传统拖拉机无人作业系统难以满足路径跟踪精度和耕深均匀性的农艺要求。本文系统分析了无人驾驶电动拖拉机犁耕机组作业特性，提出了拖拉机犁耕机组... 详细信息

田间土壤比阻多变、地块凹凸不平造成拖拉机在犁耕工况下行驶速度和牵引阻力大幅波动，传统拖拉机无人作业系统难以满足路径跟踪精度和耕深均匀性的农艺要求。本文系统分析了无人驾驶电动拖拉机犁耕机组作业特性，提出了拖拉机犁耕机组路径跟踪与耕深模糊控制策略，包括模糊Stanley路径跟踪控制方法和预估补偿变论域模糊PID耕深控制方法，兼顾了拖拉机重负载犁耕工况下的犁耕深度与行驶速度，提高了电液悬挂系统的耕深均匀性和无人驾驶系统的直线性。为验证所提控制策略的有效性，搭建无人驾驶电动拖拉机犁耕机组试验平台，开展田间路径跟踪和犁耕试验。试验结果表明：本文提出的控制策略能适应复杂多变的田间环境，路径跟踪作业最大横向偏差不大于0.042m，犁耕作业的横向偏差标准差不大于0.086m；行驶速度均值保持稳定，平均绝对误差为0.16km/h，平均相对误差为4.38%；耕深变异系数均值为9.29%，相较于模糊PID算法降低14.57%。本文提出的控制策略可根据不同土壤比阻、地块凹凸程度和牵引阻力提高拖拉机犁耕作业的耕深均匀性和导航直线性，具有良好的适应性和鲁棒性，满足拖拉机犁耕作业农艺需求，为实现无人驾驶电动拖拉机多参数控制提供了参考。

关键词：电动拖拉机路径跟踪电液悬挂犁耕作业模糊控制

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无人驾驶电动拖拉机平台的设计及试验

农机化研究 2024年

作者：滕峻林四川工程职业技术学院

无人驾驶电动拖拉机是一种新型的农业机械装备,能够实现自主行驶、作业执行和实时数据传输等功能,可以提高农业生产效率、降低能耗和环境污染,成为农业智能化的重要发展方向。为此,进行了一种无人驾驶电动拖拉机平台的设计和试验研究。... 详细信息

无人驾驶电动拖拉机是一种新型的农业机械装备,能够实现自主行驶、作业执行和实时数据传输等功能,可以提高农业生产效率、降低能耗和环境污染,成为农业智能化的重要发展方向。为此,进行了一种无人驾驶电动拖拉机平台的设计和试验研究。平台采用基于GPS和惯性导航系统的自动导航技术,配备了多种传感器和执行器,能够实现自主行驶、作业执行和实时数据传输等功能。在设计过程中,考虑了平台的结构、动力系统、导航控制系统、通信系统等方面的因素,并对各个模块进行了集成测试和优化。在试验研究中,通过模拟和实际场地测试,验证了平台的性能和稳定性,并进行了数据分析和评估。研究结果表明:平台具有良好的自主控制能力和作业执行效率,可为农业机械化生产提供一种高效、安全、环保的解决方案。

关键词：电动拖拉机无人驾驶自动导航传感器动力系统性能评估

基于时序分析与前馈PID的温室电动拖拉机旋耕稳定性研究

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农业机械学报 2024年

作者：杨杭旭周俊齐泽中孙晨阳赖国梁南京农业大学工学院金华职业技术学院机电工程学院

针对温室小型农机对地面平整度敏感，微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况，基于课题组已开发的温室电动拖拉机，将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制（Angle prediction and feedforward PID，APF-PID），解决了温室旋... 详细信息

针对温室小型农机对地面平整度敏感，微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况，基于课题组已开发的温室电动拖拉机，将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制（Angle prediction and feedforward PID，APF-PID），解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。首先，搭建了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型，并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵，得到了旋耕系统实际耕深的转换值；其次，采用时间序列分析预测机身俯仰角，并作为旋耕系统的扰动输入；然后，结合耕深的转换值和预测得到的扰动，采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构，将旋耕机维持在目标耕深；最后，在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明：俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.9832；APF-PID控制的控制性能优于PID控制，在目标耕深6 cm的测试路面中，APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm，均方根误差为0.80 cm和0.72 cm，绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm，耕深稳定性系数为89.95%和91.30%，消耗的总能量较PID控制分别降低4.18%和19.13%，较好地实现了温室电动拖拉机旋耕稳定性控制，满足温室作业需求。

关键词：电动拖拉机温室旋耕作业前馈PID 角度预测