針對工程領域載荷樣本長度確定方法對農(nóng)業(yè)機械載荷適用性較差的問題,提出了一種基于動態(tài)時間扭曲（DTW,Dynamic Time Warping）距離計算載荷樣本長度的方法。首先,運用無線扭矩傳感器獲取犁耕作業(yè)下拖拉機傳動軸的動態(tài)載荷,結合傳動軸犁耕作業(yè)下的載荷特點,劃分作業(yè)工況;再將作業(yè)循環(huán)疊加并經(jīng)過歸一化處理后進行DTW距離計算,確定傳動軸載荷樣本長度;最后,計算參數(shù)外推中均值混合正態(tài)分布函數(shù)的擬合參數(shù)相對誤差。結果表明,運用DTW距離方法確定的載荷樣本長度,能夠使均值雙正態(tài)分布函數(shù)擬合得到的參數(shù)相對誤差保證在10%以內(nèi)。近似均值精度估計法和均值曲線擬合法的擬合參數(shù)相對誤差最大值分別為126.06%和80.62%,而基于DTW距離計算方法的擬合參數(shù)相對誤差最大值為5.43%,驗證了基于DTW距離的載荷樣本長度計算方法的適用性。研究結果可為拖拉機傳動軸田間試驗載荷樣本長度確定提供參考。 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學報. 2020,36(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

基于DTW?注：x為子樣本個數(shù)；n為N個子樣本中樣本點數(shù)；y為載荷總體；m為載荷總體y中樣本點數(shù)；d為x個子樣本與載荷總體y之間DTW距離；εr為給定的誤差

拖拉機田間犁耕作業(yè)Fig.3Tractorploughinginthefield

農(nóng)業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2020年56荷時間序列進行預處理。測取犁耕作業(yè)過程中拖拉機傳動軸扭矩的變化如圖4所示。圖3拖拉機田間犁耕作業(yè)Fig.3Tractorploughinginthefield圖4拖拉機傳動軸犁耕作業(yè)扭矩信號Fig.4Torquesignaloftractordriveshaftduringploughingoperation2.2扭矩信號分析無線扭矩采集系統(tǒng)測取的載荷信號為扭矩信號，為方便后續(xù)分析處理，將扭矩載荷轉化為切應力載荷τ(MPa)。/PMW（3）式中3/16PaWd為抗扭截面系數(shù)；da為傳動軸直徑，取30mm；M為傳動軸所受扭矩，Nm。為使試驗田犁耕完整，拖拉機在地塊邊界需進行姿態(tài)調整，由于此時變速箱向轉向驅動橋傳遞動力較小，且前進方向、擋位發(fā)生多次變化，所以此時傳動軸所受的切應力較小且有較大波動；在犁耕作業(yè)過程中，變速箱向轉向驅動橋傳遞動力較大，但拖拉機狀態(tài)相對平穩(wěn)，所以傳動軸承受的切應力較大且較平穩(wěn)。由于拖拉機在犁耕作業(yè)時和土地邊界調整時傳動軸扭矩載荷特征差異明顯，為使犁耕作業(yè)滿足各態(tài)歷經(jīng)性，使測量的載荷能夠代表田間作業(yè)情況下載荷總體特征[25]，將犁耕工況與調整工況兩種工況劃分為一個作業(yè)循環(huán)。拖拉機進行一個作業(yè)循環(huán)傳動軸受到的切應力如圖5所示。為分析傳動軸扭矩頻率變化范圍，應用Matlab軟件進行頻譜分析，結果如圖6所示。分析可知，拖拉機傳動軸受到的載荷主要是低頻信號，而由于農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的地面環(huán)境較為惡劣，傳動軸受到地面和變速箱的激勵，使得載荷的幅值在0.01和2Hz附近有2個峰值。圖5作業(yè)工況劃分Fig.5Divisionofoperationconditions圖6載荷頻域分析Fig.6Analysisofloadfrequencydomain

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3212264