農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

劉淵

自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)在農(nóng)機(jī)具應(yīng)用過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，與農(nóng)業(yè)工作的高效開(kāi)展有著密不可分的關(guān)系。在近幾年的發(fā)展中，很多科研團(tuán)隊(duì)都對(duì)農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和要點(diǎn)進(jìn)行了深入研究。一方面是由于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方案已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段農(nóng)機(jī)具控制系統(tǒng)的運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)引用新型理念和方式，以此來(lái)提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果。另一方面是由于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)受到某些因素的影響而出現(xiàn)問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行科學(xué)的處理。

一、農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)試驗(yàn)的概述

以水田激光平地機(jī)田間試驗(yàn)為例。農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)田間測(cè)試平臺(tái)采用與插秧機(jī)配套的1PJ-3.0型水田激光平地機(jī)，平地機(jī)的平地鏟針對(duì)南方水田設(shè)計(jì)，以激光發(fā)射器形成的旋轉(zhuǎn)激光平面為基準(zhǔn)平面，通過(guò)高程控制系統(tǒng)檢測(cè)激光信號(hào)。

農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)安裝于與插秧機(jī)配套的1PJ-3.0型水田激光平地機(jī)上，通過(guò)拖拉機(jī)橫滾角傳感系統(tǒng)測(cè)量插秧機(jī)車(chē)身的橫滾角，直線位移傳感器測(cè)量平地鏟與車(chē)身的相對(duì)傾角，控制器采用PD控制算法計(jì)算電磁閥PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比，通過(guò)控制液壓系統(tǒng)使平地鏟保持水平，以減少因水田硬底層不平整對(duì)平整精度的影響。

根據(jù)田間試驗(yàn)方法連續(xù)進(jìn)行了4h的試驗(yàn)測(cè)試，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。平地作業(yè)速度0.6m/s，數(shù)據(jù)記錄頻率為40Hz。以車(chē)身MTi-300姿態(tài)傳感器測(cè)量的橫滾角度數(shù)據(jù)為參考，拖拉機(jī)橫滾角傳感系統(tǒng)的融合算法輸出的車(chē)身橫滾角度數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量車(chē)身橫滾傾斜角度。平均絕對(duì)誤差0.40°，最大誤差1.27°，說(shuō)明拖拉機(jī)橫滾角傳感系統(tǒng)融合算法有效提高了橫滾角度的精度。

二、農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、重視前期準(zhǔn)備工作

要想提高農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，那么相關(guān)工作團(tuán)隊(duì)就要做好充分的前期準(zhǔn)備工作，這樣才能為后續(xù)設(shè)計(jì)工作的高效開(kāi)展奠定可靠的基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，相關(guān)工作團(tuán)隊(duì)需要對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及到的圖紙和方案進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，如果施工方案中存在不足之處，需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的改進(jìn)。尤其是一些重要的數(shù)據(jù)和信息，一定要保證其準(zhǔn)確性，這樣才能為后續(xù)設(shè)計(jì)工作的效率與質(zhì)量提供保障。

第二，相關(guān)工作團(tuán)隊(duì)需要對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的儀器設(shè)備進(jìn)行全面的檢查。對(duì)于存在質(zhì)量或故障問(wèn)題的設(shè)備，還需要工作人員對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的更換或維修；對(duì)于傳統(tǒng)老套的設(shè)備儀器還需要對(duì)其進(jìn)行更新升級(jí)，以免降低控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果。另外，工作人員還需要做好設(shè)備儀器的存放與管理工作，以免設(shè)備出現(xiàn)零部件丟失或損壞情況，阻礙設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展，威脅工作人員的安全。

第三，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還需要對(duì)所使用的材料和構(gòu)建質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，保證材料質(zhì)量、型號(hào)以及材質(zhì)等符合設(shè)計(jì)要求。另外，工作團(tuán)隊(duì)還要做好材料的存放與管理工作，以免存在質(zhì)量問(wèn)題的材料混入到設(shè)計(jì)工作中，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2、注重自動(dòng)調(diào)平控制原理的認(rèn)知

拖拉機(jī)上的農(nóng)機(jī)具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與農(nóng)機(jī)具連接，農(nóng)機(jī)具可由液壓油缸驅(qū)動(dòng)繞轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)與拖拉機(jī)的相對(duì)角度。除了農(nóng)機(jī)具轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，農(nóng)機(jī)具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和拖拉機(jī)的連接視為剛性連接。拖拉機(jī)橫滾角傳感系統(tǒng)安裝在拖拉機(jī)上實(shí)時(shí)測(cè)量拖拉機(jī)的橫滾角，拖拉機(jī)田間作業(yè)時(shí)，農(nóng)機(jī)具與拖拉機(jī)一同產(chǎn)生傾斜。

自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)根據(jù)橫滾角作出控制決策，驅(qū)動(dòng)調(diào)平液壓油缸調(diào)節(jié)機(jī)具與拖拉機(jī)的相對(duì)角度，使農(nóng)機(jī)具實(shí)時(shí)保持預(yù)期的作業(yè)角度。自動(dòng)調(diào)平液壓油缸上的位移傳感器測(cè)量液壓油缸伸縮量，結(jié)合農(nóng)機(jī)具與拖拉機(jī)的關(guān)系獲得相對(duì)角度以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平閉環(huán)控制。

3、注重農(nóng)機(jī)具控制角度的解算

農(nóng)機(jī)具的運(yùn)動(dòng)分為拖拉機(jī)的牽引運(yùn)動(dòng)和相對(duì)于拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。不考慮拖拉機(jī)前進(jìn)方向的牽引運(yùn)動(dòng)，可以認(rèn)為農(nóng)機(jī)具相對(duì)于拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)為平面轉(zhuǎn)動(dòng)。拖拉機(jī)部分簡(jiǎn)化為拖拉機(jī)橫滾角傳感平面和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，拖拉機(jī)橫滾角傳感平面平行于拖拉機(jī)四輪平面，橫滾角傳感系統(tǒng)安裝于與橫滾角傳感平面平行的平面上，拖拉機(jī)向右側(cè)傾斜時(shí)測(cè)量到的橫滾角為正，向左側(cè)傾斜時(shí)為負(fù)。農(nóng)機(jī)具繞鉸接點(diǎn)相對(duì)拖拉機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在液壓油缸驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，形成農(nóng)機(jī)具相對(duì)于拖拉機(jī)的傾角，農(nóng)機(jī)具相對(duì)于拖拉機(jī)的順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的角度為正，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的角度為負(fù)。

總之，從文章上面論述的內(nèi)容可以了解到，要想進(jìn)一步提高農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果，保障相關(guān)農(nóng)業(yè)工作的順利開(kāi)展，那么相關(guān)設(shè)計(jì)試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)除了要對(duì)自動(dòng)調(diào)平的控制原理進(jìn)行全面的了解與掌握，同時(shí)還要對(duì)農(nóng)機(jī)具控制角度的解算要點(diǎn)進(jìn)行深入研究。對(duì)于農(nóng)機(jī)具在實(shí)踐過(guò)程中的應(yīng)用，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也要對(duì)其進(jìn)行全方位的分析，從而為后續(xù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展提供可參考的依據(jù)。對(duì)于農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)問(wèn)題，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也要做到對(duì)問(wèn)題產(chǎn)生的原因進(jìn)行細(xì)致的研究，同時(shí)還要結(jié)合實(shí)際情況，制定有效的解決方案，以此來(lái)提高控制系統(tǒng)的效率與質(zhì)量。這樣才能為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展提供有利條件，提高農(nóng)機(jī)具的應(yīng)用價(jià)值。

（作者單位：150000 黑龍江農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站）