【摘要】：水田平整機械化是實現(xiàn)水稻生產(chǎn)全程機械化的重要環(huán)節(jié),經(jīng)過精準平整的水田能夠滿足插秧機插秧、水稻直播機播種對水田高平整度的作業(yè)要求,有利于秧苗和稻種受水受肥均勻,還能夠節(jié)省灌溉用水。目前,激光平地機技術(shù)是國內(nèi)外最先進的土地平整技術(shù),有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品,但是該技術(shù)主要用在旱地平地,沒有應(yīng)用于水田平地,課題組致力于水田激光平地機的研發(fā)設(shè)計,由于水田和旱田的差異較大,引入水田平地后會產(chǎn)生新的問題,主要包括原有的牽引式連接方式不再適用和車身側(cè)傾運動明顯,使得平地鏟產(chǎn)生傾斜。課題組引入了懸掛式連接方案代替牽引式連接,新增了平地鏟自動調(diào)平功能,比較成功的將激光平地機技術(shù)應(yīng)用到了水田平地。課題組已經(jīng)先后研發(fā)出多代樣機,在水田激光平地機的研發(fā)設(shè)計和推廣中積累了經(jīng)驗,針對當(dāng)前水田平地機存在作業(yè)效率較低,提高水田平地機作業(yè)速度平地鏟位置控制精度降低的現(xiàn)狀,分析了產(chǎn)生作業(yè)效果不理想的影響因素包括:機械結(jié)構(gòu)中的變形和間隙、液壓系統(tǒng)的諸多參數(shù)和控制算法。為掌握輸入、干擾及系統(tǒng)本身諸多物理參數(shù)之間的關(guān)系,本文嘗試建立一個包含諸多物理因素的動力學(xué)模型,來分析各個因素對平地機的運動輸出的關(guān)系。從而基于理論模型指導(dǎo)水田平地機機械液壓系統(tǒng)改進和控制算法設(shè)計。本文研究的主要內(nèi)容是水田平地機動力學(xué)建模仿真,微分代數(shù)方程組(Differential-Algebraic Equations,簡稱DAE)的數(shù)值解求解和水田平地機動力學(xué)模型的驗證試驗三部分,具體如下:1.建立了水田平地機的動力學(xué)模型。水田平地機的動力學(xué)模型本文以兩種形式實現(xiàn),一是基于運動學(xué)和動力學(xué)分析得到的DAE形式的模型和二是基于多體動力學(xué)仿真軟件建立的模型。水田平地機的平地鏟控制包括水平傾角位置控制(后文簡稱調(diào)平控制)和高度位置控制(后文簡稱高程控制)。本文在課題組已經(jīng)建立調(diào)平系統(tǒng)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,繼續(xù)推導(dǎo)了高程控制部分的動力學(xué)模型,得到了水田平地機的完整動力學(xué)模型。基于多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了包含高程運動和調(diào)平運動水田平地機動力學(xué)模型,并進行運動仿真,指出了桿件變形的影響。2.對建立的水田平地機DAE形式的動力學(xué)模型進行了數(shù)值解求解研究。本文對DAE求解方法進行了探索,基于Matlab提供的數(shù)學(xué)函數(shù)ode45,daeFunction實現(xiàn)了DAE模型的求解,得到了輸入電流與平地鏟水平傾角等輸出狀態(tài)變量的關(guān)系,同時對數(shù)值解輸出結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比分析。3.對DAE形式的平地機調(diào)平系統(tǒng)動力學(xué)模型的準確性進行初步試驗驗證。首先,為滿足車身固定這一假設(shè)條件,設(shè)計了固定于地面的平地機機械安裝支架,改進了平地鏟調(diào)平控制的液壓系統(tǒng),增大系統(tǒng)流量;其次,通過模擬平地機正常工作過程中輸入信號,對平地機調(diào)平系統(tǒng)的比例流量換向閥輸入正弦電流,對比了平地鏟的水平傾角、角速度和DAE模型的輸出和試驗結(jié)果,初步驗證了DAE模型的準確性。本文的研究存在以下幾點不足:第一,基于簡化模型建立的動力學(xué)模型的準確性基于多體動力學(xué)仿真軟件的驗證,初步展開研究,但未能深入和實現(xiàn);第二,基于固定機械支架的平地鏟姿態(tài)測量結(jié)果和動力學(xué)模型輸出之間的對應(yīng)關(guān)系分析不夠深入,在下一步的研究中將完善以上兩個問題。本文為模型的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ),應(yīng)用包括:基于模型的敏感參數(shù)分析和優(yōu)化,改進現(xiàn)有平地機機械液壓系統(tǒng)的設(shè)計不足。最后由DAE模型到控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的獲取,或高階擬合DAE模型的輸入輸出關(guān)系,展開基于的立場模型的平地鏟位置控制算法的設(shè)計。
【圖文】：

圖 1.1 天寶旱地激光水田平地機（天寶偉業(yè)，2015）地機不同于旱地平地機而且技術(shù)難度更大。傳統(tǒng)的水田平整都要靠人工視覺確定，難以達到精細平整的要求。常見有拖拉機

圖 1.4 國產(chǎn)的某水田整平機圖 1. 5 具有球鉸接式的水田平地機注：1 拖拉機 2 懸掛連桿、連接板 3、機架 4、擺架 5、刮刀右提升液壓缸 6、刮刀左提升液缸 7、Y 型座 8、角位器 9、刮刀 10、刮刀角變液壓缸 11、刮刀擺動液壓缸 12、牽引架 13 、鉸機構(gòu) 14狀態(tài)的ODE，這種方法常常也不易實現(xiàn)，且易導(dǎo)致物理意義不明確的狀態(tài)變量出Kunkel. P,2006）。DAE在動態(tài)系統(tǒng)建模方面應(yīng)用廣泛，，鑒于DAE求解的上述困難，三十年來，可直接用于DAE數(shù)值求解的方法一直是研究熱點，關(guān)于DAE原理分析、D值及邊界問題的數(shù)值求解方法有大量文獻（Yin et al., 2013；Wilson, 2000），至今不少可用于DAE數(shù)值求解的軟件工具，如Matlab的數(shù)學(xué)函數(shù)工具箱、Simulink、Maplathematica等，均有DAE的求解方法，求解精度完全滿足工程建模仿真需要。國內(nèi)對機械系統(tǒng)DAE建模、DAE模型分析與應(yīng)用實例也很多。何斌對微分代數(shù)方廣義 Hamilton 系統(tǒng)進行研究，并將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定控制 (何斌，2007)。華將微分代數(shù)方程線性化應(yīng)用于單機無窮大電力系統(tǒng)非線性勵磁控制器設(shè)計(張秀
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S222.51

【參考文獻】

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本文編號：2613428