【摘要】：重型拖拉機是北方大田作物田間生產作業(yè)中最重要的動力機械。由于田間作業(yè)環(huán)境相對比較復雜,且作業(yè)負載波動較大,重型拖拉機在作業(yè)過程中極易產生過大的驅動輪滑轉,既降低了作業(yè)效率也破壞了土壤環(huán)境。重型拖拉機犁耕作業(yè)時的驅動輪滑轉是拖拉機、懸掛機構和土壤的復雜耦合作用形成的,目前國內針對滑轉率自動控制的研究相對較少。為此,本文面向大田作物的犁耕作業(yè)工況,以重型拖拉機電液懸掛作業(yè)機組為研究對象,在充分了解國內外研究現(xiàn)狀的基礎上,對重型拖拉機犁耕作業(yè)滑轉率控制方法展開了系統(tǒng)的研究。本文的主要研究工作如下:(1)在查閱了大量文獻與調研了國內外產品應用的基礎上,對比分析了國內外重型拖拉機電液懸掛控制系統(tǒng)和滑轉率控制方法的發(fā)展動態(tài)、關鍵技術和研究方法,分別從滑轉率測量與識別方法、系統(tǒng)建模、控制策略與控制方法等方面,總結了目前基于電液懸掛系統(tǒng)的重型拖拉機滑轉率控制中需要解決的主要問題,確定了本文的研究內容,制定了研究方案技術路線。(2)以重型拖拉機電液懸掛作業(yè)機組為研究對象,分析了拖拉機作業(yè)機組各組成部分之間的運動學關系,完成了懸掛機構、車輪和拖拉機機體的受力分析,建立了力平衡和力矩平衡方程;在對液壓系統(tǒng)進行數(shù)學建模的基礎上,基于電液懸掛系統(tǒng)定值消擾控制的特點,面向田間犁耕作業(yè)工況,建立了適用于滑轉率控制的重型拖拉機電液懸掛作業(yè)機組非線性動力學模型,并對其運動特性進行了仿真分析,為后續(xù)精準的滑轉率控制提供了理論基礎。(3)從保證重型拖拉機作業(yè)機組牽引效率和考慮農藝要求的角度出發(fā),基于重型拖拉機驅動輪牽引特性,分析了面向全工況下不同犁耕作業(yè)模式的滑轉率控制需求,提出了以滑轉率為主要控制目標、兼顧耕深均勻性的滑轉率綜合控制策略。針對基于電液懸掛的重型拖拉機犁耕作業(yè)滑轉率控制系統(tǒng)的強非線性特征,采用指數(shù)趨近律設計了基于滑模變結構的滑轉率非線性控制算法,并基于Matlab/Simulink進行了離線仿真分析。(4)針對重型拖拉機電液懸掛自動控制系統(tǒng)的功能需求,完成了控制器硬件開發(fā)和軟件系統(tǒng)設計,搭建了基于dSPACE的硬件在環(huán)仿真試驗平臺,測試了所開發(fā)控制器的性能;在不同的輸入擾動和不同控制目標下,通過滑模變結構控制和模糊PID控制的對比試驗,驗證了滑模變結構非線性控制方法的優(yōu)越性和魯棒性。(5)針對田間實際作業(yè)工況和拖拉機作業(yè)機組的運動特性,根據(jù)基于滑模變結構控制的重型拖拉機滑轉率控制系統(tǒng)的功能需求,搭建了田間試驗平臺,建立了重型拖拉機犁耕作業(yè)滑轉率自動控制系統(tǒng),開展了田間試驗研究,驗證了所提出的滑轉率綜合控制策略和滑模變結構控制算法的有效性。通過本文研究,考慮了重型拖拉機作業(yè)機組田間犁耕作業(yè)的強非線性特征,在實現(xiàn)精準滑轉控制的同時,兼顧了耕深均勻性的農藝要求,研究成果對重型拖拉機犁耕作業(yè)質量提升和節(jié)能降耗具有重要意義。
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S219
【圖文】：

Ｍｆｔ邋ａ邋ａ邋／Ｍ邋Ｍ邋１邋ｆｔ邋ＳＩ逡逑ｃ！逡逑［３邋ｄｉ邋ａ邋ｍ邋ｍｓ逡逑１－液壓泵；２、３－控制閥；４－雷達測速傳感器；５？車速傳感器；６？牽引力傳感器；７－壓力傳感器；逡逑８－提升液壓缸；９－位置傳感器；１０、１１－控制面板：１２－電控單元；１３－后懸掛；１４？位置傳感器逡逑圖】－１拖拉機電液懸掛控制系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．１－１邋Ｔｒａｃｔｏｒ邋ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ邋ｈｉｔｃｈ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑目前，國外許多新型中高馬力段的拖拉機產品都采用電液懸掛控制系統(tǒng)，例如Ｊｏｈｎ邋Ｄｅｅｒｅ、逡逑ＣＡＳＥ、Ｍａｓｓａｙ邋Ｆｅｒｇｕｓｏｎ和ＤＥＵＴＺ等公司的重型拖拉機都裝備了電液懸掛控制系統(tǒng)，部分典型逡逑機型如圖１－２所示。逡逑

山東五征集團的李瑞川博士在拖拉機耕深自動控制的研宄中，引入土壤比阻來模擬土壤環(huán)境，研逡逑宄了基于土壤比阻的變權重系數(shù)自動控制方法，增加了拖拉機在土壤比阻變化差異較大的區(qū)域的逡逑適應性，為進一步的精準化控制奠定了基礎如圖１－３所示，中國一拖集團生產的ＹＴＯ－ＬＸ２２０４逡逑系列拖拉機，可選配大功率電液懸掛控制系統(tǒng)，配備壓入土功能、位調節(jié)和浮動控制等耕深調節(jié)逡逑方式；ＬＷ４００４無級變速重型拖拉機配備智能控制系統(tǒng)，彌補了我國大馬力智能化拖拉機領域的逡逑４逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2725504