【摘要】：高地隙自走式噴霧機(jī)屬于一種大型、高端農(nóng)業(yè)裝備,它能用于幾乎所有農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)作物,尤其是高稈作物的大面積、高效率和精準(zhǔn)植保作業(yè),從而大大減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度,最大程度地保護(hù)勞動(dòng)者和明顯提高經(jīng)濟(jì)效益。目前,國(guó)內(nèi)的高地隙自走式噴霧機(jī)主要依賴高價(jià)進(jìn)口,而國(guó)產(chǎn)噴霧機(jī)整機(jī)性能難以滿足使用要求。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為車輛底盤的主要組成部分之一,對(duì)噴霧機(jī)整機(jī)性能有重要影響。作為保證整機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能發(fā)揮的重要手段,車輪滑轉(zhuǎn)率控制系統(tǒng)直接影響到噴霧機(jī)的作業(yè)效率、行駛的穩(wěn)定性和安全性等。因此,本文針對(duì)高地隙自走式噴霧機(jī)車輪滑轉(zhuǎn)率控制相關(guān)技術(shù)和方法進(jìn)行了深入研究,具體內(nèi)容包括:(1)通過對(duì)比分析現(xiàn)有高地隙自走式噴霧機(jī)常用的6種防滑驅(qū)動(dòng)方案的結(jié)構(gòu)組成、適用范圍及防滑控制優(yōu)缺點(diǎn),提出了2種分別適用于中小功率、大功率高地隙自走式噴霧機(jī)的全工況滑轉(zhuǎn)率驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)方案。同時(shí),根據(jù)功能需求設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)電比例防滑控制閥(ASC閥)及噴霧機(jī)底盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓原理圖�；诹黧w力學(xué)相關(guān)理論,建立了基于邊界條件的分流集流閥(即HIC閥)、電比例ASC閥的數(shù)學(xué)模型,并建立了基于HIC閥、ASC閥的4種噴霧機(jī)滑轉(zhuǎn)率控制液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型�；趪婌F機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的Matlab/Simulink仿真模型,對(duì)HIC閥、ASC閥特性進(jìn)行了仿真分析,并對(duì)上述4種方案防滑控制效果及防滑閥的能量損耗進(jìn)行了仿真對(duì)比分析。(2)根據(jù)高地隙自走式噴霧機(jī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn),建立了十五自由度整車動(dòng)力學(xué)模型,包括車身的6個(gè)自由度、4個(gè)非簧載質(zhì)量的垂向跳動(dòng)自由度、4個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、1個(gè)車輪轉(zhuǎn)向角自由度。該整車動(dòng)力學(xué)模型主要由車身模型、車輪模塊、轉(zhuǎn)角計(jì)算模塊、懸架系統(tǒng)模型、輪胎模型及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型等組成,能充分反映車輛在各方向的動(dòng)力學(xué)特性。同時(shí),分別建立了大功率、中小功率噴霧機(jī)整車的Matlab/Simulink仿真模型,并進(jìn)行了幾種典型工況下的仿真分析及實(shí)車試驗(yàn)研究。(3)分析了噴霧機(jī)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)的原因、滑轉(zhuǎn)基本原理及防滑控制方法。針對(duì)實(shí)際中噴霧機(jī)車輪輪心速度不易直接獲取的問題,制定了車輪打滑判斷標(biāo)準(zhǔn):直線行駛時(shí)采用相對(duì)滑轉(zhuǎn)率來判斷、轉(zhuǎn)向行駛時(shí)采用相對(duì)轉(zhuǎn)速比差來判斷。針對(duì)噴霧機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)車輪偏轉(zhuǎn)角的獲取問題,設(shè)計(jì)了噴霧機(jī)兩輪及四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案,并建立了全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。基于ASC閥電比例控制原理,建立了包含外部輸入模塊、整車動(dòng)力學(xué)模塊、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模塊及控制系統(tǒng)模塊的噴霧機(jī)滑轉(zhuǎn)率控制系統(tǒng)。分別制定了 PID控制、模糊控制策略,并利用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行了防滑控制的仿真對(duì)比分析。針對(duì)ASC閥控制時(shí)存在節(jié)流損失的問題,本文提出了一種基于全工況的滑轉(zhuǎn)率控制策略,可根據(jù)具體運(yùn)行工況、能耗對(duì)比分析來決定ASC閥的啟閉。(4)開發(fā)了防滑控制器,并基于硬件在環(huán)仿真技術(shù),搭建了高地隙自走式噴霧機(jī)滑轉(zhuǎn)率控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了防滑控制相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。
[Abstract]:The high gap self-propelled sprayer belongs to a large, high end agricultural equipment, which can be used for almost all crops and economic crops, especially high straw crops, high efficiency and precision planting, thus greatly reducing the labor intensity of farmers, protecting workers and improving economic benefits to the greatest extent. At present, the high land in China The self-propelled sprayer mainly depends on the high price import, and the performance of the domestic sprayer is difficult to meet the requirements. As one of the main components of the vehicle chassis, the driving system has an important influence on the performance of the whole machine. As an important means to ensure the performance of the whole drive system, the wheel slip rate control system has a direct impact on the system. The efficiency of the sprayer, stability and safety of the driving, and so on. Therefore, this paper studies the technology and methods of the rotation rate control of the high clearance self walking spray locomotive. The specific contents include: (1) through the comparison and analysis of the structure of the 6 kinds of anti-skid driving schemes commonly used in the existing high clearance self walking sprayer, the application model is applied. For the advantages and disadvantages of the control and anti skid control, 2 schemes are proposed for the sliding rate driving control system, which are suitable for small and medium power and high power high gap self walking sprayers. At the same time, a hydraulic principle diagram of the active proportional anti slip control valve (ASC valve) and the bottom disk drive system of the sprayer is designed according to the functional requirements. In theory, a mathematical model of the 4 type of ASC valve based on HIC valve and ASC valve is set up, based on the boundary condition, and the mathematical model of the 4 kinds of spray rate control hydraulic drive system based on the HIC valve and the ASC valve. The simulation analysis of the HIC valve and the ASC valve characteristics is carried out based on the Matlab/Simulink simulation model of the spray machine driving system, and the performance of the ASC valve is simulated and analyzed. The anti slip control effect of the 4 schemes and the energy loss of the antiskid valve are compared and analyzed. (2) based on the unique structure and function characteristics of the high clearance self walking sprayer, a fifteen degree of freedom vehicle dynamic model is set up, including 6 degrees of freedom of the body, the vertical runout freedom of 4 non spring loads, and the free rotation of the 4 wheels. The dynamic model of the vehicle is composed of the body model, the wheel module, the angle calculation module, the suspension system model, the tire model and the driving system model, which can fully reflect the dynamic characteristics of the vehicle in all directions. At the same time, the Matlab/Simul of the high power, small and medium power sprayer is built, respectively, Matlab/Simul. Ink simulation model, and the simulation analysis and real car test research under several typical working conditions. (3) analysis of the cause of the skidding of the sprayer, the basic principle and the anti slip control method. In view of the problem that the wheel wheel center speed of the spray locomotive is not easy to obtain directly, the judging standard of the wheel skidding is formulated. To judge the slip rate, the relative speed ratio difference is used to judge the steering. In view of the problem of getting the wheel deflection angle when the sprayer steering, the scheme of the two wheel and four wheel steering system of the sprayer is designed, and the mathematical model of the full hydraulic steering system is set up. Based on the principle of the ASC valve electric proportion control system, the external input module and the whole vehicle are set up. The dynamics module, the steering system module, the driving system module and the control system module of the sprayer slip rate control system. The PID control, the fuzzy control strategy are formulated respectively, and the anti skid control simulation of the control is carried out with the Matlab/Simulink software. In view of the problem of the throttle loss in the control of the ASC valve, a base is put forward in this paper. The sliding rate control strategy in all working conditions can determine the opening and closing of the ASC valve according to the specific operating conditions and energy consumption comparison and analysis. (4) the anti skid controller is developed. Based on the hardware in the loop simulation technology, the hardware in the skid rate control system of the high clearance self walking spray machine is set up in the loop simulation test platform, and the test of anti skid control is carried out. Certificate.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S491

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本文編號(hào)：2141264