CN102150504A - 切纵流联合收割机前进速度智能控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切纵流联合收割机前进速度智能控制方法及控制装置，属于农业机械的切纵流联合收割机技术领域。控制装置包括手动-自动切换***、传感***、控制器、执行***，手动-自动切换***由双刀双掷开关（3）和状态指示灯组成；传感器***是由检测前进速度、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、喂入量、损失量等传感器及其调理电路组成；通过传感***对切纵流联合收割机各工作参数进行监测，通过控制器和比例阀放大器（2）调节速度控制阀（4）来实现切纵流联合收割机前进速度的自动调整，同时通过液晶屏显示机组的工作状态。

Description

切纵流联合收割机前进速度智能控制方法及控制装置

技术领域    

本发明涉及农业机械的切纵流联合收割机技术领域，特别涉及一种切纵流联合收割机前进速度智能控制方法及控制装置。

背景技术   

切纵流联合收割机的前进速度由作物密度、湿度、田间土壤状况、割幅等因素决定，不同的田间环境对应着不同的最佳前进速度。前进速度过快会使收割机的喂入量过大而过载，甚至造成割台搅龙，切、纵流滚筒，输粮搅龙堵塞，从而产生故障；行驶速度过慢，喂入量偏低，收割效率低下。目前，切纵流联合收割机作业时，主要依靠机手的个人经验，通过调整行驶速度尽量避免故障保证作业效率。这种作业方式对机手驾驶水平要求高，劳动强度大，故障率较高，作业速度和作业效率低。随着现代农业技术的发展，对切纵流联合收割机的控制和收割效率提出了更高的要求，简单、单一变量的控制很难满足切纵流联合收割机实际控制要求，现有切纵流联合收割机上缺乏对故障点的全面监测与有效的保证低故障高效作业的智能控制装置。

发明内容

本发明通过对切纵流联合收割机前进速度的自动控制，提高切纵流联合收割机的工作效率，降低故障率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，切纵流联合收割机前进速度智能控制方法的具体步骤如下：

1、设定控制器中的模块参数，并启动控制器；模块参数包括喂入量、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、损失量等监测点的预警阈值、报警阈值与权重，以及正常行驶速度值、减速值、加速值。

2、控制器通过传感***采集喂入量、行驶速度、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、损失量的信息；对信息进行处理，得到各监测点的状态值，通过液晶显示器显示各监测点状态。

3、控制器通过多信息融合灰色预测模糊控制模块对各监测点的状态值进行处理与融合；各监测点状态值先经灰色预测处理后通过模糊控制模块进行融合。

4、控制器通过***总输出                                                

选择相应的控制方法；当切纵流联合收割机喂入量过大，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速中任意一急剧变化超过设定界限时做停机报警处理，此时蜂鸣器报警，液晶显示器显示故障点，执行控制器的DAC输出降为0使切纵流联合收割机停止工作；当切纵流联合收割机喂入量增大，损失量增加，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速中任意一个下降到最佳转速的90%时，做减速观察调整操作，采用降低前进速度来减少喂入量，降低工作负荷，达到减少故障发生率，液晶显示器显示出低于预警值的监测点，执行控制器的DAC输出电压按设定值降低，使切纵流联合收割机行驶速度降低；当喂入量、损失量稳定不超界，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速均正常时，及时增加前进速度，提高工作效率，液晶显示器显示各监测点工作状态，执行控制器的DAC输出电压按设定值升高，使切纵流联合收割机行驶速度提升；当喂入量、脱粒滚筒、输粮搅龙都工作在最佳工作状态，损失量未超标时控制***保持当前速度，使机组工作在最佳状态，液晶显示器显示各监测点工作状态，执行控制器的DAC输出电压保持。

5、判断是否进行手动控制，若进入手动控制，则切纵流联合收割机前进速度智能控制结束，显示器依旧显示其工作状态。若不进入手动控制，则返回步骤2，继续进行智能控制。

切纵流联合收割机前进速度智能控制装置由硬件***和软件***组成。硬件***由手动-自动切换***、传感***、控制器、执行***、液晶显示***组成。手动-自动切换***由双刀双掷开关进行控制；传感器***是由测量行驶速度、滚筒转速、输粮搅龙转速、喂入量、损失量等传感器及其调理电路组成；控制器是由单片机及其***电路组成；执行***是由运算放大电路和比例阀放大器组成；液晶显示***实时显示切纵流联合收割机的工作状态，同时完成声光报警功能。通过传感***对切纵流联合收割机各工作参数进行监测，通过控制器和比例阀放大器调节速度控制阀实现切纵流联合收割机前进速度的自动调整，同时通过液晶屏显示机组的工作状态；软件***主要是由信号检测模块、多信号融合灰色预测模糊控制模块及前进速度控制模块等组成。

本发明的有益效果是，在切纵流联合收割机现有的液压无极变速器手动调速机构的基础上，附加了前进速度智能控制装置，由传感器***采集切纵流联合收割机工作状态信号进入单片机控制器进行多信号融合灰色预测模糊控制模块处理，选择相应的控制方法，驱动执行***工作，从而实现切纵流联合收割机前进速度智能控制，同时实时显示机组工作状态，遇到故障时及时进行声光报警。

附图说明   

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为切纵流联合收割机前进速度智能控制装置的工作原理框图。

图2为切纵流联合收割机前进速度智能控制器灰色预测模糊控制模块原理图。

图3为切纵流联合收割机前进速度智能控制器手动-自动一体化电路示意图。

图4为切纵流联合收割机前进速度智能控制方法流程图。

图5为灰色预测模块流程图。

图6为切纵流联合收割机前进速度智能控制器硬件电路框图。

图中，1、电控手柄，2、比例阀放大器，3、双刀双掷开关，4、速度控制阀。

具体实施方式   

如图1所示，切纵流联合收割机前进速度智能控制装置的硬件***由手动-自动切换***、传感***、控制器、执行***、液晶显示和自动报警***组成。

传感***是由安装于切纵流联合收割机上的各个监测部位的传感器组成，包括安装于切流滚筒、纵流滚筒、输粮搅龙和主动轮转轴上的霍尔转速传感器，安装于割台搅龙转轴上的喂入量传感器和安装于输送槽的损失量传感器。传感***的输出端接控制器的输入端。控制器内部包含着执行控制器与显示控制器，显示控制器的输出端接液晶显示***，液晶显示***有状态显示与声光报警功能，执行控制器的输出端接比例阀放大器2的输入端，执行控制器与显示控制器之间能进行数据通讯。比例阀放大器2的输出端接入双刀双掷开关3的自由端，双刀双掷开关3的公共端与切纵流联合收割机的速度控制阀4相连，双刀双掷开关3的另一个自由端接电控手柄1，通过双刀双掷开关3实现自动-手动的切换。如图3所示手动控制由电控手柄1直接控制速度控制阀4，自动控制由执行控制器输出电压驱动比例阀放大器2控制速度控制阀4。速度控制阀4为比例双向阀，根据电流的方向与大小控制阀的流通方向与流量大小。手动控制时，双刀双掷开关3将速度控制阀4与电控手柄1连通。电控手柄1为电比例输出，手柄置于中位时无电压输出，当手柄前推按比例输出正向电压，当手柄后拉按比例输出反向电压，通过手柄的输出电压控制速度控制阀4。自动控制时，双刀双掷开关3将速度控制线圈两端与比例阀放大器2连通。此时手柄失效，切纵流联合收割机的速度完全由控制器控制。比例阀放大器2的功能是将控制器输出的电压线性的转化为电流驱动速度控制阀4，在使用前必须对其进行标定。通过MIN旋钮调节输出电流，使控制器对比例阀放大器2输入最小电压值时，比例阀放大器2输出电流为0；通过MAX旋钮调节输出电流，使控制器对比例阀放大器2输入最大电压值时，比例阀放大器2输出电流正好能使切纵流联合收割机的前进速度最大。比例阀放大器2调整完成后，只需改变输入端VI的电压值即可控制切纵流联合收割机的前进速度。输入端VI的电压值由执行控制器内的DAC模块产生。

如图4所示，本发明的切纵流联合收割机智能控制方法，其具体步骤为：

步骤1、设定控制器中的模块参数，并启动控制器。模块参数包括喂入量、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、损失量等监测点的预警阈值、报警阈值与权重，以及正常行驶速度值、减速值、加速值等。

步骤2、控制器通过传感***采集喂入量、行驶速度、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、损失量的信息。对信息进行处理，得到各监测点的状态值，通过液晶显示器显示各监测点状态。

步骤3、控制器通过多信息融合灰色预测模糊控制模块对各监测点的状态值进行处理与融合。如图2所示，各监测点状态值先经灰色预测处理后通过模糊控制模块进行融合。以切流滚筒转速灰色预测模糊控制模块的设计为例说明多个控制器的设计过程。

灰色预测模块流程如图5所示，切流滚筒转速原始数列由控制***采样得到，其长度一般≥4，为了简化计算又不失准确性，本设计中

=4。控制***每次采样得到切流滚筒转速

，可得原始数列为：

***的采样周期为0.5秒，谷物经过倾斜输送器到达切流滚筒的时间约为1.5秒，液压无级变速器的响应时间约为1秒，所以选定预测的步数

=5。

因为滚筒转速都为正值，不需要正则化处理。对原始数列进行累加处理，进而得到累加生成数列：

背景值

：

得到矩阵

和数据向量

：

求得矩阵

的转秩矩阵

为：

定义四个计算参数：

则求得：

进而可以求得：

所以发展系数

为：

灰色输入

为：

求出以上参数后，就可以求得切流滚筒2.5秒后的预测值

最后由预测值与设定值比较，得出偏差值作为输出。

其他灰色预测控制器根据实际情况选择采样长度与步长，分别得到输出

，根据以上设计的各个灰色预测控制器的输出为

，其对***的匹配程度加以不同的权重为

，***的总输出为

，建立融合模型：

                     (1)

式1中，

、

为切流滚筒模糊控制模块的输出值和匹配权重；

、为喂入量模糊控制模块的输出值和匹配权重；

、

为纵流滚筒模糊控制模块的输出值和匹配权重；

、

为输粮搅龙模糊控制模块的输出值和匹配权重；

、为损失量模糊控制模块的输出值和匹配权重。

步骤4、控制器通过***总输出

选择相应的控制方法。当切纵流联合收割机喂入量过大，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速中任意一急剧变化超过设定界限时做停机报警处理，此时蜂鸣器报警，液晶显示器显示故障点，执行控制器的DAC输出降为0使切纵流联合收割机停止工作；当切纵流联合收割机喂入量增大，损失量增加，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速中任意一个下降到最佳转速的90%时，做减速观察调整操作，采用降低前进速度来减少喂入量，降低工作负荷，达到减少故障发生率，液晶显示器显示出低于预警值的监测点，执行控制器的DAC输出电压按设定值降低，使切纵流联合收割机行驶速度降低；当喂入量、损失量稳定不超界，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速均正常时，及时增加前进速度，提高工作效率，液晶显示器显示各监测点工作状态，执行控制器的DAC输出电压按设定值升高，使切纵流联合收割机行驶速度提升；当喂入量、脱粒滚筒、输粮搅龙都工作在最佳工作状态，损失量未超标时控制***保持当前速度，使机组工作在最佳状态，液晶显示器显示各监测点工作状态，执行控制器的DAC输出电压保持。

步骤5、判断是否进行手动控制，若进入手动控制，则切纵流联合收割机前进速度智能控制结束，显示器依旧显示其工作状态。若不进入手动控制，则返回步骤2，继续进行智能控制。

Claims (2)

1.一种切纵流联合收割机前进速度智能控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、设定控制器中的模块参数，并启动控制器；模块参数包括喂入量、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、损失量等监测点的预警阈值、报警阈值与权重，以及正常行驶速度值、减速值、加速值；

步骤2、控制器通过传感***采集喂入量、行驶速度、切流滚筒转速、纵流滚筒转速、输粮搅龙转速、损失量的信息；对信息进行处理，得到各监测点的状态值，通过液晶显示器显示各监测点状态；

步骤3、控制器通过多信息融合灰色预测模糊控制模块对各监测点的状态值进行处理与融合；各监测点状态值先经灰色预测处理后通过模糊控制模块进行融合；

    步骤4、控制器通过***总输出                                               

选择相应的控制方法；当切纵流联合收割机喂入量过大，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速中任意一急剧变化超过设定界限时做停机报警处理，此时蜂鸣器报警，液晶显示器显示故障点，执行控制器的DAC输出降为0使切纵流联合收割机停止工作；当切纵流联合收割机喂入量增大，损失量增加，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速中任意一个下降到最佳转速的90%时，做减速观察调整操作，采用降低前进速度来减少喂入量，降低工作负荷，达到减少故障发生率，液晶显示器显示出低于预警值的监测点，执行控制器的DAC输出电压按设定值降低，使切纵流联合收割机行驶速度降低；当喂入量、损失量稳定不超界，切流滚筒转速、纵流滚筒转速或输粮搅龙转速均正常时，及时增加前进速度，提高工作效率，液晶显示器显示各监测点工作状态，执行控制器的DAC输出电压按设定值升高，使切纵流联合收割机行驶速度提升；当喂入量、脱粒滚筒、输粮搅龙都工作在最佳工作状态，损失量未超标时控制***保持当前速度，使机组工作在最佳状态，液晶显示器显示各监测点工作状态，执行控制器的DAC输出电压保持；

    步骤5、判断是否进行手动控制，若进入手动控制，则切纵流联合收割机前进速度智能控制结束，显示器依旧显示其工作状态；若不进入手动控制，则返回步骤2，继续进行智能控制。

2.实施权利要求1所述的切纵流联合收割机前进速度智能控制方法的控制装置，其特征在于，包括手动-自动切换***、传感***、控制器、执行***；传感***包括安装于切流滚筒、纵流滚筒、输粮搅龙和主动轮转轴上的霍尔转速传感器，安装于割台搅龙转轴上的喂入量传感器和安装于输送槽的损失量传感器；传感***的输出端接控制器的输入端；控制器包括执行控制器与显示控制器，显示控制器的输出端接液晶显示***，液晶显示***有状态显示与声光报警显示；执行控制器的输出端接比例阀放大器（2）的输入端，执行控制器与显示控制器之间进行数据通讯；比例阀放大器（2）的输出端接入双刀双掷开关（3）的自由端，双刀双掷开关（3）的公共端与切纵流联合收割机的速度控制阀（4）相连，双刀双掷开关（3）的另一个自由端接电控手柄（1），通过双刀双掷开关（3）自动或手动的切换；手动控制由电控手柄（1）直接控制速度控制阀（4），自动控制由执行控制器输出电压驱动比例阀放大器（2）控制速度控制阀（4）；速度控制阀（4）为比例双向阀，根据电流的方向与大小控制阀的流通方向与流量大小；手动控制时，双刀双掷开关（3）将速度控制阀（4）与电控手柄（1）连通；电控手柄（1）为电比例输出，手柄置于中位时无电压输出，当手柄前推按比例输出正向电压，当手柄后拉按比例输出反向电压，通过手柄的输出电压控制速度控制阀（4）；自动控制时，双刀双掷开关（3）将速度控制线圈两端与比例阀放大器（2）连通，切纵流联合收割机的速度完全由控制器控制。

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