农机具自动调平控制系统设计与试验.pdf

第31卷第8期
农业工程学报
Vol31 No 8
2015年4月
I'ransactions of the Chincse Socicty of Agricultural Engincering
Apr.201515
农机具自动调平控制系统设计与试验
胡炼,林潮兴,罗锡文,杨伟伟,许奕,周浩,张智刚
(华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验,州510642
摘要:为了使农机具在田间作业时保持水平,该文设计了一种农机具自动调平控制系统。采用拖拉机横向倾角尔曼
滤波算法融合加速度计和陀螺仪2个传感器数据获得拖拉机实时倾斜角度,直线位移传感器测量调平液压油缸伸长量并
建立农机具和拖拉机的相对倾斜角度转换函数,通过控制电磁换向阀实现衣机具水平控制。在三轴多功能转台上对拖拉
机倾角实时测量算法进行了测试,并在田间对农机具自动调平系统进行了试验,结果表明,拖拉机横滚角传感系统能在
动态条件下准确地测量拖拉机实时倾角,在转台上测量角度平均绝对误差≤0.15°,均方根误差≤0.18,在水田激光平地
机作业时测量角度平均绝对误差0.40°;白动调平控制系统能较好地实现平地铲调平控制,平地铲倾斜角度平均绝对误差
0.52°,均方根误差0.24°,最大误差1.15,相对于原水田激光平地机水平控制系统控制精度提高了0.5。该研究为农机
具水平自动调平提供了方法,能够提升农机具作业质量。
关键词:农业杋械;控制系统;设计;农机具;自动调平;倾角测量;水平控制
doi:10.3969jisn.1002-6819.2015.08.003
中图分类号:F323.3:S222.5
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2015)-08-015-06
胡炼,林潮兴,罗锡文,等.农机具自动调平控制系统设计与试验[].农业工程学报,2015,31(8):15-20
Iu Lian, Lin Chaoxin, Luo Xiwen, et al. Design and experiment on auto leveling control system of agricultural implements I
Iransaclions ofthe Chinese Socicly o! Agricullural Enginccring(Transactions o! the CSAE ), 2015, 31(8): 15-20.(in Chincse
ith English abstract)
引言
保持铲水平,可提高土地平檠度。为适用南方水田土
採的平整,李庆等设计了基于重力摆与阻尼汕结构的倾
目前市场上.的大多数农业机械仍为传统的仿形作业角传感器的水田激光平地机,赵祚喜等设计了基于
方式,部分农业机械可实现农机具高度方向的控制",MIMS惯性传感器融合的水田激光平地机水平控制系
但并不能做到左石水平平衡控制。实际作业中,由于田统,融合算法测量误差一般不超过1,可控制平地铲在
块的不平整、间的倾斜等因素,容易导致左右轮不在水平位置±1?以内82,该平地铲水平控制系统在1PJ
同一水平位置,升降仿形装置只能控制农机具的高低,系列水田激光平地机上应用,取得了良好的效。但同
不能控制撃机在左右水平方向的平衡,导致作业达不到时也存在一些不足,融合算法对加速度计和陀螺仪的切
预定要求?。如水田精准平整时,受水犁底层高低不平,换算法还不很准确阿且易受水平液压油缸调节影响和高
在水田平整作业时,激光控制系统仅能控制平地铲高低程控制系统的影响?,由于传感器系统必需安装在平地
可调,而不能保证平地铲水平可控,导致田面平整度难铲上,安装较困难
以满足种植要求7?。
因此,为了提高农机具作业质量,实现农机具自动
为了保证秧苗栽植深度一致,文献[1]报道了一种插调平控制,本文采用传感器技术和控制技术设计一种适
秧机自动平衡装置,以实现手扶插秧机水平控制,应用用于农机具的自动调平控制系统,并通过三轴多功能转
万有引ノ及天平杠村原理,传感器重锤自动找平衡,控台试验和田间试验对系统进行分析
制液压系统带动相关部件实现插秧机体左右水平。在早
地激光平地机作业过程中,地面局部起伏较大时,平地
自动调平控制原理
铲不能保持水平,容易铲出斜面,不利于土地精准平整
农机具自动调平控制系统控制原理如图1所示,拖
作业,采用倾角传感器采集铲体的倾角信号并控制油缸拉机上的农机具转动机构与农机具连接,农机具可由液
压油缸驱动绕转动机构调节与拖拉机的相对角度,除了
收稿日期:2014-02-26修订日期:2015-04-10
农机具转动方向上,农机具转动机构和拖拉机的连接视
基金项日:公益性行业(农业)科研专项(201208059):…+-n”国家科为刚性连接。拖拉机横滚角传感系统安装在拖拉机上实
技支撑计划资助项日(2014BAD07)。
时测量拖拉机的横滚角,拖拉机田间作业时,农机具与
作者简介:胡炼,男,湖南长沙人,助理研究员,从事智能化检測与控制
拖拉机一同产生倾斜,自动调平控制系统根据滚角作
精细农业研究。州华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重
点实验室,510642。 Email: lianhu ( scar. edu. cn
出控制决策,驱动调平液压汕缸调节机具与拖拉机的相对
※通信作者:罗锡文,男,潮南株洲人,教授,主要从事衣业机械化工程
角度,使农机具实时保持预期的作业角度。自动调平液压
精细农业研究。广州华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部軍油缸上的位移传感器测量液压油缸伸缩量,结合农机具与
点实验室,510642。 Nail: xwluoa.. edu. cn