發(fā)布時(shí)間：2020-04-03 13:25

【摘要】：水田平整機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的重要環(huán)節(jié),經(jīng)過精準(zhǔn)平整的水田能夠滿足插秧機(jī)插秧、水稻直播機(jī)播種對(duì)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(jī)技術(shù)是國內(nèi)外最先進(jìn)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(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì),由于水田和旱田的差異較大,引入水田平地后會(huì)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(yùn)動(dòng)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(dòng)調(diào)平功能,比較成功的將激光平地機(jī)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(jī),在水田激光平地機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)和推廣中積累了經(jīng)驗(yàn),針對(duì)當(dāng)前水田平地機(jī)存在作業(yè)效率較低,提高水田平地機(jī)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(jī)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(gè)包含諸多物理因素的動(dòng)力學(xué)模型,來分析各個(gè)因素對(duì)平地機(jī)的運(yùn)動(dòng)輸出的關(guān)系。從而基于理論模型指導(dǎo)水田平地機(jī)機(jī)械液壓系統(tǒng)改進(jìn)和控制算法設(shè)計(jì)。本文研究的主要內(nèi)容是水田平地機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證試驗(yàn)三部分,具體如下:1.建立了水田平地機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型。水田平地機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型本文以兩種形式實(shí)現(xiàn),一是基于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析得到的DAE形式的模型和二是基于多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件建立的模型。水田平地機(jī)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(dòng)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(dòng)力學(xué)模型,得到了水田平地機(jī)的完整動(dòng)力學(xué)模型�；诙囿w動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS建立了包含高程運(yùn)動(dòng)和調(diào)平運(yùn)動(dòng)水田平地機(jī)動(dòng)力學(xué)模型,并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,指出了桿件變形的影響。2.對(duì)建立的水田平地機(jī)DAE形式的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了數(shù)值解求解研究。本文對(duì)DAE求解方法進(jìn)行了探索,基于Matlab提供的數(shù)學(xué)函數(shù)ode45,daeFunction實(shí)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(shí)對(duì)數(shù)值解輸出結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。3.對(duì)DAE形式的平地機(jī)調(diào)平系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行初步試驗(yàn)驗(yàn)證。首先,為滿足車身固定這一假設(shè)條件,設(shè)計(jì)了固定于地面的平地機(jī)機(jī)械安裝支架,改進(jìn)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(jī)正常工作過程中輸入信號(hào),對(duì)平地機(jī)調(diào)平系統(tǒng)的比例流量換向閥輸入正弦電流,對(duì)比了平地鏟的水平傾角、角速度和DAE模型的輸出和試驗(yàn)結(jié)果,初步驗(yàn)證了DAE模型的準(zhǔn)確性。本文的研究存在以下幾點(diǎn)不足:第一,基于簡化模型建立的動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性基于多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件的驗(yàn)證,初步展開研究,但未能深入和實(shí)現(xiàn);第二,基于固定機(jī)械支架的平地鏟姿態(tài)測量結(jié)果和動(dòng)力學(xué)模型輸出之間的對(duì)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(gè)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(jìn)現(xiàn)有平地機(jī)機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)。
【圖文】：

圖 1.1 天寶旱地激光水田平地機(jī)（天寶偉業(yè)，2015）地機(jī)不同于旱地平地機(jī)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(dá)到精細(xì)平整的要求。常見有拖拉機(jī)

圖 1.4 國產(chǎn)的某水田整平機(jī)圖 1. 5 具有球鉸接式的水田平地機(jī)注：1 拖拉機(jī) 2 懸掛連桿、連接板 3、機(jī)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(dòng)液壓缸 12、牽引架 13 、鉸機(jī)構(gòu) 14狀態(tài)的ODE，這種方法常常也不易實(shí)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(dòng)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(diǎn)，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(xiàn)（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(duì)機(jī)械系統(tǒng)DAE建模、DAE模型分析與應(yīng)用實(shí)例也很多。何斌對(duì)微分代數(shù)方廣義 Hamilton 系統(tǒng)進(jìn)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(jī)無窮大電力系統(tǒng)非線性勵(lì)磁控制器設(shè)計(jì)(張秀
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S222.51

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉芳;;水稻的機(jī)械化種植現(xiàn)狀與對(duì)策分析[J];農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備;2016年01期

2 趙祚喜;施壘;劉雄;可欣榮;趙毆婭;靳俊棟;;基于Matlab的水田平地機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型數(shù)值解求解[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2015年S1期

3 施壘;趙祚喜;涂海;可欣榮;劉雄;趙毆婭;曹文君;陳嘉琪;;水田激光平地機(jī)調(diào)平系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年S2期

4 劉木華;胡淑芬;肖麗萍;;南方雙季稻區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J];南方農(nóng)機(jī);2015年10期

5 胡煉;楊偉偉;許奕;周浩;羅錫文;可欣榮;資雙飛;;基于GPS技術(shù)的水田平地機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年05期

6 胡煉;林潮興;羅錫文;楊偉偉;許奕;周浩;張智剛;;農(nóng)機(jī)具自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2015年08期

7 林潮興;胡煉;楊偉偉;許奕;周浩;可欣榮;;1PJ-3.0型水田激光平地機(jī)高程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究[J];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年01期

8 可欣榮;羅錫文;;水田激光平地機(jī)激光接收放大電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2014年14期

9 殷勇華;卞新高;陸衛(wèi)麗;;液壓驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人步態(tài)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制[J];機(jī)電工程;2014年07期

10 趙大興;楊勇;許萬;丁國龍;彭玲;;基于ADAMS和MATLAB的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電聯(lián)合仿真[J];機(jī)床與液壓;2014年10期

本文編號(hào)：2613428