CN112544134A - 一种宽幅平地机高程自平衡控制方法及装置 - Google Patents

一种宽幅平地机高程自平衡控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种宽幅平地机高程自平衡控制方法及装置，该方法包括设置卫星定位模块于高精度定位方式，并设置平地高程基准值H、***高程控制误差值σ和水平控制误差值τ；卫星天线将接收到的卫星信号发送卫星定位模块，卫星定位模块计算得到平地铲当前高程信息值h；高程控制器计算平地铲当前高程信息值h相对于平地高程基准值H的水平高程差Δh，并调控该平地铲的高度至***高程控制误差值σ的误差范围内；以及通过陀螺姿态传感器获取所述平地铲的水平姿态信息，并传送所述高程控制器，计算得到平地铲相对水平面的角度差θ，并调整所述平地铲的水平姿态至所述水平控制误差值τ的误差范围内。本发明还公开了采用上述方法的宽幅平地机高程自平衡控制装置。

Description

一种宽幅平地机高程自平衡控制方法及装置
技术领域
本发明涉及农业智能装备技术，特别是一种宽幅平地机高程自平衡控制方法及装置。
背景技术
田间地面的平整程度将影响地面灌溉条件下的水利用效率和分布均匀度，以至影响灌溉质量。土地平整能有效地提高水，劳力和能源的利用率，是改善地面灌溉方法的重要技术措施之一。随着农业机械装备的发展，平地机具得到了普及，尤其基于GNSS-RTK技术的宽幅水田平地机应用越来越广泛，基于卫星导航技术的平地机作业精准，操作简单，不受天气、距离等条件限制，宽幅平地机作业效率相对较高，但同时控制难度较大，尤其水田作业泥脚深度不同，普通平地机作业无法达到水稻种植要求。
在实际生产作业中，由于田块的不平整、田间的倾斜等因素，容易导致左右轮不在同一水平位置，升降仿形装置只能控制农机具的高低，不能控制整机在左右水平方向的平衡，导致作业达不到预定要求。尤其在水田精准平整时，受水田犁底层高低不平，在水田平整作业时，卫星高程控制***仅能控制平地铲高低可调，而不能保证平地铲水平可控，导致田面平整度难以满足种植要求。由于宽幅平地机作业效率较高，更能满足实际生产需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技是的上述缺陷，提供一种宽幅平地机高程自平衡控制方法及装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，分别从垂直高程与左右水平两个维度实现对平地机的平地铲的控制，包含如下步骤：
S100、***初始化，设置卫星定位模块处于RTK高精度定位方式，并通过高程控制器设置平地高程基准值H、***高程控制误差值σ和水平控制误差值τ；
S200、开始平地作业并获取高程信息，安装在平地机上的卫星天线将接收到的卫星信号发送给卫星定位模块，卫星定位模块计算得到所述平地机的平地铲当前高程信息值h；
S300、高程控制器计算所述平地铲当前高程信息值h相对于所述平地高程基准值H的水平高程差Δh，并调控所述平地铲的高度至所述***高程控制误差值σ的误差范围内，实现平地机高程精准控制；以及
S400、通过陀螺姿态传感器获取所述平地铲的水平姿态信息，并将所述水平姿态信息传送所述高程控制器，所述高程控制器计算得到平地铲相对水平面的角度差θ，并调整所述平地铲的水平姿态至所述水平控制误差值τ的误差范围内，实现平地铲自平衡自动控制。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，在步骤S300中，当|Δh|>σ时，所述高程控制器采用PID控制算法，并输出控制信号给电磁阀，控制主升降油缸和/或从升降油缸动作，以调整所述平地铲的高度。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，当Δh>0时，调低所述平地铲的高度；当Δh<0时，提升所述平地铲的高度。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，在步骤S400中，当|θ|>τ时，所述高程控制器采用PID控制算法，并输出控制信号给电磁阀，以控制从升降油缸动作，以调整所述平地铲的水平姿态。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，当θ>0时，所述从升降油缸执行缩回动作，调低靠近所述从升降油缸一侧的所述平地铲的高度；当θ<0时，所述从升降油缸执行伸出动作，调高靠近所述从升降油缸一侧的所述平地铲的高度。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，步骤S300中，所述高程控制器同步控制主升降油缸和从升降油缸动作调控所述平地铲的高度；或所述高程控制器分别独立控制主升降油缸或从升降油缸动作调控所述平地铲的高度；或所述高程控制器控制所述从升降油缸动态跟随所述主升降油缸动作实现平地铲高程自平衡控制。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其中，当所述平地铲产生水平角度差时，所述高程控制器根据所述平地铲相对水平面的角度差θ输出控制信号给电磁阀，采取从动跟随控制方式控制所述从升降油缸动作，调节所述平地铲的水平姿态。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种宽幅平地机高程自平衡控制装置，其中，采用上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法对平地机进行高程精准控制和自平衡自动控制，所述宽幅平地机高程自平衡控制装置包括安装在宽幅平地机上的卫星定位模块、卫星天线、陀螺姿态传感器、高程控制器和电磁阀，所述卫星定位模块分别与所述卫星天线和高程控制器连接，所述高程控制器分别与所述陀螺姿态传感器和电磁阀连接，所述电磁阀分别与所述宽幅平地机的油泵、主升降油缸和从升降油缸连接，所述陀螺姿态传感器安装在所述平地铲上方的平地机横梁上，所述平地铲与所述平地机横梁平行。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制装置，其中，所述高程控制器安装在拖拉机驾驶室内，所述高程控制器具有人机交互界面，以进行***参数设置和人机交互操作。
上述的宽幅平地机高程自平衡控制装置，其中，所述卫星天线安装在所述宽幅平地机的中轴线上并位于所述宽幅平地机的平地铲上方，所述卫星天线上方无遮挡物。
本发明的技术效果在于：
本发明通过主、从升降油缸同步控制与从动控制方法，从二维角度统筹考虑，解决了现有宽幅平地机高程精准控制的同时，实现平地铲水平自平衡自动控制，达到宽幅平地机水旱田精准平整，满足了种植要求。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的宽幅平地机高程自平衡控制方法流程图；
图2为本发明一实施例的装置安装示意图；
图3为本发明一实施例的装置结构框图。
其中，附图标记
1 宽幅平地机
2 平地铲
3 卫星天线
4 卫星定位模块
5 高程控制器
6 陀螺姿态传感器
7 电磁阀
8 油泵
9 主升降油缸
10 从升降油缸
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本发明一实施例的宽幅平地机高程自平衡控制方法流程图。本发明的宽幅平地机高程自平衡控制方法，分别从垂直高程与左右水平两个维度实现对平地机的平地铲2的控制，包含如下步骤：
步骤S100、***初始化。首先设置卫星定位模块4处于RTK高精度定位方式，然后通过高程控制器5的人机交互界面设置平地高程基准值H、***高程控制误差值σ和水平控制误差值τ；
步骤S200、获取高程信息。***参数设置完成后，开始平地作业并获取高程信息，安装在平地机上的卫星天线3将接收到的卫星信号发送给卫星定位模块4，卫星定位模块4计算得到所述平地机的平地铲当前高程信息值h；
步骤S300、高程控制器5根据卫星定位模块4解算得到的平地铲高程信息，通过公式：Δh＝h-H，计算所述平地铲当前高程信息值h相对于所述平地高程基准值H的水平高程差Δh，并调控所述平地铲2的高度至所述***高程控制误差值σ的误差范围内，实现平地机高程精准控制；以及
步骤S400、获取水平信息。通过陀螺姿态传感器6获取所述平地铲2的水平姿态信息，并将所述水平姿态信息传送所述高程控制器5，所述高程控制器5计算得到平地铲2相对水平面的角度差θ，并调整所述平地铲2的水平姿态至所述水平控制误差值τ的误差范围内，实现平地铲2自平衡自动控制。
其中，在步骤S300中，当|Δh|>σ时，所述高程控制器5采用PID控制算法，并输出控制信号给电磁阀7，控制主升降油缸9和/或从升降油缸10动作，以调整所述平地铲2的高度。即当Δh>0时，调低所述平地铲2的高度；当Δh<0时，提升所述平地铲2的高度，可重复步骤S200-S300，直至调控平地铲2达到预设的高程控制误差范围以内。所述高程控制器5同步控制主升降油缸9和从升降油缸10动作调控所述平地铲2的高度；或所述高程控制器5分别独立控制主升降油缸9或从升降油缸10动作调控所述平地铲2的高度；或所述高程控制器5控制所述从升降油缸10动态跟随所述主升降油缸9动作实现平地铲高程自平衡控制。
在步骤S400中，当|θ|>τ时，所述高程控制器5采用PID控制算法，并输出控制信号给电磁阀7，以控制从升降油缸10动作，以调整所述平地铲2的水平姿态。即当θ>0时，从升降油缸10一侧的平地铲2较高，所述从升降油缸10执行缩回动作，调低靠近所述从升降油缸10一侧的所述平地铲2的高度；相反，当θ<0时，从升降油缸10一侧的平地铲2较低，所述从升降油缸10执行伸出动作，调高靠近所述从升降油缸10一侧的所述平地铲2的高度，可重复步骤S400，直至调控平地铲2达到预设的水平控制误差范围以内。当所述平地铲2产生水平角度差时，所述高程控制器5根据所述平地铲2相对水平面的角度差θ输出控制信号给电磁阀7，采取从动跟随控制方式控制所述从升降油缸10动作，调节所述平地铲2的水平姿态。
参见图2及图3，图2为本发明一实施例的装置安装示意图，图3为本发明一实施例的装置结构框图。本发明的宽幅平地机高程自平衡控制装置，采用上述的宽幅平地机高程自平衡控制方法对平地机进行高程精准控制和自平衡自动控制，所述宽幅平地机高程自平衡控制装置包括安装在宽幅平地机1上的卫星定位模块4、卫星天线3、陀螺姿态传感器6、高程控制器5和电磁阀7，其中部分部件可安装在拖拉机驾驶室内，宽幅平地机1通过拖拉机驱动。所述卫星定位模块4分别与所述卫星天线3和高程控制器5连接，卫星定位模块4通过接收到的导航卫星信号及定位差分信号，计算得到平地铲高程信息，并将高程信息发送给高程控制器5，卫星定位模块4可安装于拖拉机驾驶室内；卫星天线3优选安装在所述宽幅平地机1的中轴线上并位于所述宽幅平地机1的平地铲2上方，所述卫星天线3上方无遮挡物；所述高程控制器5分别与所述陀螺姿态传感器6和电磁阀7连接，所述电磁阀7分别与所述宽幅平地机1的油泵8、主升降油缸9和从升降油缸10连接，油泵8连接电磁阀7，为主从升降油缸10提供升降动作的动力源；所述陀螺姿态传感器6安装在所述平地铲2上方的平地机横梁上，所述平地铲2与所述平地机横梁平行，安装位置要求平整，陀螺姿态传感器6用于获取平地铲2水平姿态信息，并将水平姿态信息发送给高程控制器5。其中，所述高程控制器5优选安装在拖拉机驾驶室内，所述高程控制器5具有人机交互界面，以进行***参数设置和人机交互操作。高程控制器5将采集到的平地铲高程信息、水平姿态信息与预设的基准值进行比较，通过智能控制算法进行计算输出控制信号给电磁阀7，电磁阀7连接主升降油缸9和从升降油缸10，从而控制主从升降油缸10升降动作。主升降油缸9和从升降油缸10可独立控制，也可实现同步控制，还可以实现从升降油缸10动态跟随主升降油缸9动作，实现平地铲2高程自平衡控制。
本发明从垂直高程与左右水平两个维度实现对平地铲高程控制，通过卫星定位模块4计算获得平地铲水平高程信息，并发送给高程控制器5。高程控制器5通过计算当前平地铲水平高程相对预设高程基准面的水平高程差，并根据高程差输出控制信号给电磁阀7，同步控制主升降油缸9和从升降油缸10动作，调整平地铲2的高度，缩小与预设基准面之间的高程差，并达到预设的高程控制误差范围以内；由陀螺姿态传感器6获取平地铲水平姿态信息，并发送给高程控制器5。高程控制器5根据平地铲水平姿态信息，输出控制信号给电磁阀7，控制从升降油缸10动作，调节平地铲2的水平姿态，并达到预设的水平控制误差范围以内；重复上述步骤通过同步控制与从动跟随控制方式，最终实现平地机高程精准控制，同时实现平地铲自平衡自动控制。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，分别从垂直高程与左右水平两个维度实现对平地机的平地铲的控制，包含如下步骤：
S100、***初始化，设置卫星定位模块处于RTK高精度定位方式，并通过高程控制器设置平地高程基准值H、***高程控制误差值σ和水平控制误差值τ；
S200、开始平地作业并获取高程信息，安装在平地机上的卫星天线将接收到的卫星信号发送给卫星定位模块，卫星定位模块计算得到所述平地机的平地铲当前高程信息值h；
S300、高程控制器计算所述平地铲当前高程信息值h相对于所述平地高程基准值H的水平高程差Δh，并调控所述平地铲的高度至所述***高程控制误差值σ的误差范围内，实现平地机高程精准控制；以及
S400、通过陀螺姿态传感器获取所述平地铲的水平姿态信息，并将所述水平姿态信息传送所述高程控制器，所述高程控制器计算得到平地铲相对水平面的角度差θ，并调整所述平地铲的水平姿态至所述水平控制误差值τ的误差范围内，实现平地铲自平衡自动控制。
2.如权利要求1所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，在步骤S300中，当|Δh|>σ时，所述高程控制器采用PID控制算法，并输出控制信号给电磁阀，控制主升降油缸和/或从升降油缸动作，以调整所述平地铲的高度。
3.如权利要求2所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，当Δh>0时，调低所述平地铲的高度；当Δh<0时，提升所述平地铲的高度。
4.如权利要求1、2或3所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，在步骤S400中，当|θ|>τ时，所述高程控制器采用PID控制算法，并输出控制信号给电磁阀，以控制从升降油缸动作，以调整所述平地铲的水平姿态。
5.如权利要求4所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，当θ>0时，所述从升降油缸执行缩回动作，调低靠近所述从升降油缸一侧的所述平地铲的高度；当θ<0时，所述从升降油缸执行伸出动作，调高靠近所述从升降油缸一侧的所述平地铲的高度。
6.如权利要求4所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，步骤S300中，所述高程控制器同步控制主升降油缸和从升降油缸动作调控所述平地铲的高度；或所述高程控制器分别独立控制主升降油缸或从升降油缸动作调控所述平地铲的高度；或所述高程控制器控制所述从升降油缸动态跟随所述主升降油缸动作实现平地铲高程自平衡控制。
7.如权利要求4所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法，其特征在于，当所述平地铲产生水平角度差时，所述高程控制器根据所述平地铲相对水平面的角度差θ输出控制信号给电磁阀，采取从动跟随控制方式控制所述从升降油缸动作，调节所述平地铲的水平姿态。
8.一种宽幅平地机高程自平衡控制装置，其特征在于，采用上述权利要求1-7中任意一项所述的宽幅平地机高程自平衡控制方法对平地机进行高程精准控制和自平衡自动控制，所述宽幅平地机高程自平衡控制装置包括安装在宽幅平地机上的卫星定位模块、卫星天线、陀螺姿态传感器、高程控制器和电磁阀，所述卫星定位模块分别与所述卫星天线和高程控制器连接，所述高程控制器分别与所述陀螺姿态传感器和电磁阀连接，所述电磁阀分别与所述宽幅平地机的油泵、主升降油缸和从升降油缸连接，所述陀螺姿态传感器安装在所述平地铲上方的平地机横梁上，所述平地铲与所述平地机横梁平行。
9.如权利要求8所述的宽幅平地机高程自平衡控制装置，其特征在于，所述高程控制器安装在拖拉机驾驶室内，所述高程控制器具有人机交互界面，以进行***参数设置和人机交互操作。
10.如权利要求8或9所述的宽幅平地机高程自平衡控制装置，其特征在于，所述卫星天线安装在所述宽幅平地机的中轴线上并位于所述宽幅平地机的平地铲上方，所述卫星天线上方无遮挡物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114415565A (zh) * 2022-01-18 2022-04-29 上海联适导航技术股份有限公司 一种耕地整平控制方法、装置、设备和存储介质

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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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