激光控制技术是涉及到激光、机械、微电子和液压等多学科的高新技术,将激光控制技术应用在平整机械进行土地平整是当今世界上平整精度最高的土地平整技术,这种技术可以提高地面灌溉质量,改善作物的种床条件,是实施“精细农业”和建立现代地面节水灌溉农业的重要工具。本研究课题是国家863重大科技专项“精细地面灌溉技术研究——激光控制平地系统研究与开发”项目的主要组成部分,旨在研究开发一套与我国常用的中等功率拖拉机匹配、面向旱田土地精细平整作业、具有自主知识产权、价格低廉、性能优良的激光平地机的液压系统。 本文在研究现有平地机的结构、类型和控制方法的基础上,根据我国农田作业环境,确定了激光控制平地系统总体方案。基于我国常用中等功率拖拉机液压系统的特性和激光平地机的工作性能要求,提出了液压控制系统的方案和构成,并确定以螺纹插装阀为主的液压集成块结构作为液压控制装置。 为了保证液压系统的工作性能,研制出具有新颖结构和良好工作性能的螺纹插装式液压控制阀,建立了以提高差动式溢流阀的抗突变能力为目的,以平方误差(ISE)为最小的动态性能优化目标函数,并通过优化获得阀的优化组合结构参数。采用状态空间法建立了液压控制阀的数学模型,基于数字仿真分析了元件参数设置及变化对阀的动态特性的影响,并获得阀的结构参数。 利用MATLAB中的模糊控制箱,建立了激光平地机控制系统的模糊推理系统,得到了采用模糊控制的激光平地机控制系统的仿真模型,并仿真分析了控制系统的动态特性,设计出合理的控制系统。 建立了激光平地机室内仿真试验台,并利用该试验台对所研制的平地机液压系统和元件进行了试验测试。试验结果表明:所设计的液压控制阀工作稳定、泄漏小、响应速度快,具有良好的动态特性;所设计的液压控制装置的卸荷压力为0.4MPa,平地铲提升时的滞后时间为80ms,下降时的滞后时间为44ms,并且无静沉降,试验结果与理论分析基本一致。 对所研制的激光控制平地机进行了多次田间试验,结果表明:所设计的液压控制系统能够与激光平地控制系统的相关单元很好地匹配,在高速、中速和低速时均具有良好的工作性能,测试参数基本与室内结果相吻合,满足田间地面子整的要求,农田表面平整后的标准偏差小于2.5cm,作业效率为0.81ha/h。