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石河子大学学报（自然科学版） 2022年第6期40卷 684-690页

作者：杨松林冯静安宋宝石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

针对高地隙自走式车辆动力系统非线性以及多耦合的问题,本文提出基于BP神经网络的自抗扰主动前轮转向控制策略,建立了高地隙车辆非线性七自由度操纵稳定性动力学模型及其参考模型;设计了质心侧偏角自抗扰控制器以及横摆角速度自抗扰控制... 详细信息

针对高地隙自走式车辆动力系统非线性以及多耦合的问题,本文提出基于BP神经网络的自抗扰主动前轮转向控制策略,建立了高地隙车辆非线性七自由度操纵稳定性动力学模型及其参考模型;设计了质心侧偏角自抗扰控制器以及横摆角速度自抗扰控制器,对整车行驶过程中质心侧偏角和横摆角速度之间的耦合特性以及非线性因素进行在线估计和抑制;添加BP神经网络模块对控制器参数进行在线寻优,提高控制器精度和鲁棒性;最后,基于MATLAB/Simulink仿真了高地隙车辆在不同路面环境转向工况下的响应。研究结果表明:基于BP神经网络的自抗扰主动前轮转向控制器BPADRC对比无控制,质心侧偏角峰值降低约6%,横摆角速度峰值降低约7%;对比普通的自抗扰控制器ADRC,控制精度更高,鲁棒性更好。

关键词：高地隙喷雾机主动前轮转向自抗扰控制 BP神经网络鲁棒性 BP神经网络自抗扰控制

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面向药液晃动的喷杆喷雾机底盘悬架参数优化设计

面向药液晃动的喷杆喷雾机底盘悬架参数优化设计

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作者：路力权西北农林科技大学

学位级别：硕士

高地隙喷杆喷雾机药罐内液体晃动是降低其行驶平顺性与喷药质量的重要因素。本文将对喷雾机整机行驶性能具有重要影响的底盘悬架作为研究对象,综合运用振动理论、液体晃动及非线性系统动力学的前沿理论和技术成果,分析药罐液体晃动运动... 详细信息

高地隙喷杆喷雾机药罐内液体晃动是降低其行驶平顺性与喷药质量的重要因素。本文将对喷雾机整机行驶性能具有重要影响的底盘悬架作为研究对象,综合运用振动理论、液体晃动及非线性系统动力学的前沿理论和技术成果,分析药罐液体晃动运动特性及其与质量时变因素对整车稳定性产生的影响,在此基础上对底盘悬架系统刚度、阻尼参数进行优化设计,以提高喷雾机行驶平顺性,进而提升喷药质量。本文研究主要内容与结论如下:(1)运用等效力学模型法分析喷雾机药罐内液体晃动动力学特性。建立弹簧—质量—阻尼等效力学模型,采用数值解析与Fluent仿真联合求解模型关键参数,通过模拟液体晃动台架实验,证明了所建等效模型的有效性。(2)建立综合液体晃动因素的喷雾机横向及纵向半车四自由度垂向动力学模型,应用Matlab/Simulink仿真分析考虑和不考虑液体晃动的整机平顺性响应特性。仿真结果表明,罐内液体受迫晃动冲击作用显著降低了车辆行驶时的整机垂向加速度、侧倾角速度以及俯仰角速度且当充液比为0.8时,整车俯仰角速度最大,而当充液比为0.6时,整车的侧倾角速度达到最大值。(3)基于遗传算法与Simulink动力学仿真进行喷雾机底盘悬架参数多目标优化,得到喷雾机转场运输与喷药作业时不同充液条件下的悬架最优参数矩阵。在最优参数条件下进行喷雾机整机Matlab/Simulink平顺性仿真分析。分析结果表明,车身垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度及车轮动载荷的最大优化效果分别可达27.5%、16.4%、25.8%以及17.6%。(4)搭建小型高地隙喷杆喷雾机试验平台,开展喷雾机实车试验。根据喷雾机转场运输与喷药作业的行驶路面不同(田间路面与非田间路面)以及悬架参数优化前后的不同(初始参数与优化参数)进行4组重复试验。试验结果表明:在悬架系统减振作用下,喷雾机簧载质量垂向加速度值远小于非簧载质量加速度,两种路面下,悬架参数的调整分别使其车身垂向加速度降低了10.23%与15.97%,车身侧倾/俯仰角速度均降低10%以上。通过本文研究,为我国高地隙喷杆喷雾机底盘悬架的设计、分析与优化提供数据基础与理论支撑。

关键词：高地隙喷雾机液体晃动悬架参数优化动力学仿真田间试验

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随机激励下防波板数量及组合形式对药箱液体晃动的影响

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石河子大学学报（自然科学版） 2021年第6期39卷 680-687页

作者：王伟军冯静安宋宝喻俊志石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室北京100190

针对高地隙喷雾机自身惯量大、质心高、药箱液体晃动等特点使其在工作中易发生侧倾失稳问题,本文提出设置防波板来抑制药液晃动以提高作业车辆的侧倾稳定性方法。首先基于Fluent仿真软件,建立了不同数量、布置形式的防波板多相流模型,... 详细信息

针对高地隙喷雾机自身惯量大、质心高、药箱液体晃动等特点使其在工作中易发生侧倾失稳问题,本文提出设置防波板来抑制药液晃动以提高作业车辆的侧倾稳定性方法。首先基于Fluent仿真软件,建立了不同数量、布置形式的防波板多相流模型,并建立谐波叠加法纵向三维随机路面模型;然后采用VOF法对药箱内液体晃动进行数值模拟,分析药箱防波板数量、布置形式、充液比和三向加速度因素对液体晃动动力学特性的影响。仿真结果表明:药箱防波板不同数量和不同布置形式相比于无防波板时,液体晃动对侧向冲击力平均分别降低了11%、8%,说明防波板能有效的减缓液体对药箱侧壁的冲击,使液体晃动变得平缓,进而提高了高地隙喷雾机的侧倾稳定性。

关键词：高地隙喷雾机侧倾稳定性防波板防波效果

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喷雾机变量施药控制系统研究

喷雾机变量施药控制系统研究

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作者：齐闯西北农林科技大学

学位级别：硕士

近年来农业机械逐步向智能化作业模式转变,精准变量施药是田间喷雾作业模式的关键技术和研究热点。本研究针对于大田旱田环境的农药喷洒作业模式,为提高田间农药的利用率、实现节水节药和智能化作业,研究基于处方图数据信息的变量喷雾... 详细信息

近年来农业机械逐步向智能化作业模式转变,精准变量施药是田间喷雾作业模式的关键技术和研究热点。本研究针对于大田旱田环境的农药喷洒作业模式,为提高田间农药的利用率、实现节水节药和智能化作业,研究基于处方图数据信息的变量喷雾施药控制系统,并以自主导航高地隙自走式喷雾机为基础平台,实现变量喷雾施药作业。本文的主要研究内容和结论如下:(1)提出了一种基于PWM的变量控制方案,设计了变量施药控制系统。设计了单个喷嘴独立控制的液压施药系统,对喷嘴及电磁阀组件进行了选型,利用高摄设备标定喷嘴喷雾角β=110°,喷体布置间距d为50cm,完成了以Arduino为控制器的变量喷雾控制系统的程序设计,搭建了试验平台并进行了变量有效性的验证,试验结果表明:在30s内以1s为变量周期时100%级别的施药量为246.46ml、60%级别的施药量为215.94ml、40%级别的施药量为160.94ml,施药量呈梯度分布。(2)基于喷雾机运动学模型,进行了喷雾机的作业路径规划及作业控制模型研究。针对高地隙喷杆式喷雾机的作业条件,以简化的二轮运动模型为基础,喷雾机导航采用了PID控制;匹配了单元格更小的处方图信息通讯模式,建立了作业控制判定模型,比较处方图单元格坐标与车身实时位置判定是否到达作业位置,车身在栅格内行驶时间修整为变量信号保持时间。(3)以TX2为控制器设计了作业控制系统。将喷雾机导航作业控制器TX2作为上位机,完成了作业控制程序的编写。作业控制系统主要获取北斗卫星定位信息、车身位姿信息以及车速,基于处方图变量矩阵信息输出变量信号,并匹配车速在单个栅格范围保持变量信号,通过串口与变量控制器进行通讯,从而实现变量施药。(4)在田间环境条件下进行了测试试验。根据系统设计分别对喷雾机导航定位和变量喷雾施药进行了功能性试验,为匹配车速作业修正了变量周期参数为100ms,试验结果表明:30s内100%、80%、60%、40%、20%各级别施药量平均值依次为227.8ml、138.0ml、101.0ml、63.6ml、43.2ml,变量级别划分的线性显著性为0.93,同一变量级别的最大喷雾施药误差为0.41ml/s;喷雾机导航作业最大横向误差为27.14cm,平均横向误差为4.48cm,去除重喷和漏喷后的作业有效喷洒面积占比约为91.04%,验证了喷雾机无人驾驶条件下变量喷雾作业的可行性。

关键词：高地隙喷雾机变量施药农机导航施药控制

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