基于变论域模糊控制的现代农用拖拉机耕深调节技术研究

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农用拖拉机是现代农业生产中必不可少的动力平台,其田间耕深调节技术是田间管理的重要分支。目前国内在耕深调节技术的研究上仍以单目标为主,关于多参量综合调节的研究尚不深入,更未形成产业化的成果。基于此,本文在综合分析多种耕深调节技术的基础上,提出一种兼顾耕作深度和牵引力的综合调节方法,同时结合作业机组特点,对比不同控制策略的调控特性。首先,论文以传统液压悬挂系统为基础,引入电子部件组建出现代新型的电液悬挂系统,并对其电液比例换向阀、传感器等核心元件进行分析;同时,通过比较多种常用耕深调节方法的优缺点、适用地块等,明确了力位综合调节的优势;进而深入研究了该综合调节方法的调控原理和耦合过程。然后,根据拖拉机耕深调节系统工作特性,结合现有控制理论,对比分析了多种不同控制策略的控制原理及优缺点;同时在现有模糊控制的基础上,将控制精度高、适应性强变论域控制理论引入到系统的闭环控制中,构建出变论域模糊控制策略,并对其控制器进行了设计。接着,结合拖拉机耕作环境和调节系统自身特点,对悬挂机组各部件进行了建模分析。同时借助Matlab/Simulink仿真软件建立了系统的仿真模型,并分别在位调节、力调节和力位综合调节模型下对比了PID控制、模糊控制及变论域模糊控制在阶跃、随机两类信号下的响应曲线,证明了变论域模糊控制响应迅速、无超调且在突变信号下能迅速达到新稳态,具备良好的抗干扰能力。进而为探究权重系数与土壤比阻的关系,分别在土壤比阻为3N/cm~2,4N/cm~2,5N/cm~2的三种典型耕作环境下将权重系数取0,0.25,0.5,0.75,1五组进行仿真比较,获得了不同土壤条件下,权重系数的合理取值范围,也体现了力位综合调节的优越性。最后,为验证变论域模糊控制策略及力位综合调节在实际工作中的优越性,根据耕深调节系统特点选择了合适的控制芯片,并对系统主程序及关键模块子程序进行了设计。进而根据现有试验条件搭建出拖拉机田间试验平台,并在选定的试验地块对文章提出的控制策略和调节方法分别进行了田间对比试验,证明了基于变论域模糊控制的力位综合调节方法更能适应复杂多变的耕作环境,也在保证耕作质量的同时获得了更好的负荷稳定性,有很大的实用和推广价值。
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