基于灰色预测模糊控制的联合收割机负荷反馈装置的研制

论文摘要

联合收割机在农业生产中的应用日益广泛,它极大地减轻了农民的劳动强度,提高了农业生产效率。随着微电子和计算机技术的迅猛发展,联合收割机的自动化水平日益提高。但与国外发达国家相比,我国的联合收割机自动化水平较低,主要依靠机手经验进行手动操作。这样往往由于操作不当导致机器负荷过大,引起堵塞等故障的发生,影响作业质量。均匀稳定的负荷是联合收割机获得最佳脱粒性能和高效工作的前提,而收割机负荷的大小与作物密度、湿度、田间土壤状况、割幅以及前进速度等因素相关。相比其它影响因素,通过对前进速度的控制来稳定负荷显得方便易行,因此研究负荷反馈控制装置对联合收割机的前进速度进行自动控制显得很有意义。本文以碧浪4LZ-2.0型全喂入联合收割机为试验样机,研制了基于灰色预测模糊控制的负荷反馈装置。该装置通过对联合收割机的前进速度进行控制,使联合收割机在收割过程中保持高效稳定的状态。论文的主要工作如下:（1）分析了联合收割机的工作过程,针对其工作过程中的非线性、时变和大滞后特性,提出采用灰色预测模糊控制的方法对联合收割机的前进速度进行控制,使收割机的负荷保持稳定。设计了以脱粒滚筒和输粮搅龙转速的偏差及偏差变化量作为输入量,以步进电机控制脉冲为输出量的二维预测模糊控制器。（2）在该试验机原有液压无级变速器的基础上,设计了具有手动/自动一体化功能的液压无级调速机构,实现了控制装置对前进速度的调整。控制系统以增强型的51系列单片机C8051F020单片机为控制器,选用霍尔接近开关传感器测量脱粒滚筒、输粮搅龙和前进速度等信号,通过控制步进电机带动液压无级变速器操纵杆的转动进而调整收割机前进速度,使得收割机的负荷保持稳定。（3）利用C语言进行软件编程,在单片机中实现了预测模糊控制算法及显示报警等功能。通过Matlab的Simulink软件仿真和田间试验,表明该控制装置在联合收割机工作过程中能有效对其前进速度进行控制,使联合收割机工作在高效稳定的状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的意义
• 1.2 研究现状与发展趋势
• 1.3 本课题主要研究内容
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 预期效果
• 第二章 联合收割机负荷反馈控制装置总体设计
• 2.1 联合收割机系统分析
• 2.1.1 联合收割机工作过程分析
• 2.1.2 联合收割机动力特性
• 2.1.3 监测对象的选择
• 2.2 控制系统总体方案设计
• 2.2.1 控制方案的选择
• 2.2.2 控制系统的组成
• 2.3 本章小结
• 第三章 联合收割机负荷反馈控制装置硬件设计
• 3.1 手自一体化调速机构设计
• 3.1.1 原有液压调速机构分析
• 3.1.2 参数测定
• 3.1.3 手自一体化负荷反馈调速装置的设计
• 3.2 控制系统硬件电路设计
• 3.2.1 单片机控制系统电路设计
• 3.2.2 转速信号测量模块设计
• 3.2.3 参数设定模块设计
• 3.2.4 前进速度控制模块设计
• 3.2.5 液晶显示模块设计
• 3.2.6 声光报警模块设计
• 3.2.7 通信模块设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 灰色预测模糊控制策略设计
• 4.1 灰色预测控制与模糊控制基本原理
• 4.1.1 灰色预测理论简介
• 4.1.2 GM预测模型建模
• 4.1.3 模糊控制理论简介
• 4.1.4 灰色预测控制和模糊控制的结合
• 4.2 灰色预测模糊控制器设计
• 4.3 灰色预测模糊控制在负荷反馈控制系统中的应用
• 4.3.1 可行性分析
• 4.3.2 控制策略
• 4.3.3 负荷反馈控制系统中灰色预测模型的建立
• 4.3.4 负荷反馈控制系统中模糊控制器的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 联合收割机负荷反馈控制装置软件设计
• 5.1 C8051F系列单片机开发环境
• 5.2 控制系统主程序
• 5.3 初始化程序
• 5.3.1 单片机片上资源初始化
• 5.3.2 功能模块初始化
• 5.4 功能模块驱动子程序
• 5.4.1 液晶显示屏驱动子程序
• 5.4.2 转速测量子程序
• 5.4.3 步进电机控制和声光报警子程序
• 5.4.4 参数设定子程序
• 5.5 预测模糊控制算法子程序
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统仿真与试验
• 6.1 系统仿真
• 6.2 田间试验
• 6.2.1 试验过程
• 6.2.2 试验结果分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间取得的研究成果