农业车辆田间土壤承载特性参数的在线估计与检测

论文摘要

国内外进行的车辆地面力学的研究主要集中在土壤参数的测试方法和由土壤条件决定的车辆行驶的动力性能以及车辆行走机构的开发上,为车辆—地面作用提供了理论和技术基础。本文主要根据车辆地面力学半经验的特征方程,结合刚性驱动轮—地面参数的动力学模型,得到求解土壤承载性能参数的数学求解模型,寻求求解土壤承载特性参数的计算方法。利用传感器测定刚性轮动力参数,对算法进行了试验的验证,以求实现农业车辆对土壤承载特性参数的在线检测和估计。本论文的主要工作有以下几个方面:查阅了大量的资料,了解了国内外车辆地面力学研究内容和主要成果,了解了农业车辆未来的发展方向及其配套的技术要求和技术支持,并对新出现的田间土壤参数的检测方法及其应用进行了了解,明确了论文的主要内容和方法。研究了与农业车辆动力学特性相关的土壤承载特性公式和影响车辆行驶性能的土壤承载特性参数。对土壤主要的承载性能参数实验测量方法和理论依据进行了论述。研究了农业车辆驱动轮田间行驶的的力学模型,基于其模型的非线性,研究了Simpson积分,运用Simpson积分对其进行的合理的简化,求解出基于刚性驱动轮的土壤承载特性参数的数学模型。分别采用牛顿迭代方法和遗传算法进行了土壤承载参数求解模型的求解,通过比较,遗传算法能很好解决其模型的求解,解决了牛顿迭代过程中初值选择、土壤压陷系数不收敛和结果精度和稳定性的问题。进行了土壤承载特性参数在线检测与估计的实验室验证方法设计,选择了两种代表性的实验土壤进行了土壤承载特征参数的检测和估计。说明了农业车辆在线检测与估计田间土壤承载特性参数的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 土壤承载特性参数的测量
• 2.1 土壤的承载特性
• 2.1.1 土壤的承压特性
• 2.1.2 土壤的剪切特性
• 2.2 土壤承载特性的特征参数
• 2.2.1 摩擦强度
• 2.2.2 粘聚强度
• 2.2.3 压陷参数
• 2.3 土壤承载特征参数的实验测定
• 2.3.1 压板沉陷试验
• 2.3.2 直剪试验
• 2.4 本章小结
• 第三章 地面驱动数学模型及土壤参数求解模型建立
• 3.1 刚性轮—松软地面作用
• 3.2 地面驱动数学模型
• 3.2.1 刚性轮作用下土壤下陷量
• 3.2.2 刚性轮作用下土壤剪切位移
• 3.2.3 刚性驱动轮界面法向应力
• 3.2.4 刚性驱动轮界面切向应力
• 3.3 刚性轮—土壤力学平衡
• 3.4 土壤承载性能参数求解模型
• 3.4.1 Simpson 积分
• 3.4.2 基于Simpson 积分的土壤承载参数求解模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 土壤承载参数求解及仿真
• 4.1 牛顿迭代法
• 4.1.1 基于 Matlab 的牛顿迭代的土壤承载特性参数的求解
• 4.1.2 基于牛顿迭代的土壤承载特性参数求解结果分析
• 4.2 基于遗传算法的土壤承载特性参数的求解
• 4.2.1 遗传算法的土壤承载特性参数的求解模型
• 4.2.2 遗传算法的土壤承载特性参数的求解模型及求解
• 4.3 仿真实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 土壤参数在线检测与估计实验验证
• 5.1 实验方法及设备
• 5.1.1 实验方法
• 5.1.2 试验设计与测试装置开发
• 5.2 实验土壤及其承载性能参数测量
• 5.2.1 土壤 1 试验及其结果
• 5.2.2 土壤二试验及其结果
• 5.3 结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文