Многопараметрическая мехатронная система адаптивного управления движением зерноуборочного комбайна

• Автор: Шевчук, Денис Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 183 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ УБОРОЧНЫХ РАБОТ
1.1. Анализ задач автоматического управления зерноуборочным комбайном
и особенностей выполнения технологического процесса
1.2. Анализ методов и средств автоматизации управления траекторией движения комбайна
1.3. Анализ методов и средств автоматизации управления загрузкой рабочих органов комбайна
1.4. Анализ принципов построения мехатронных систем с нечеткой
логикой
1.5. Постановка задач исследования
Выводы по главе
2. ДИНАМИКА МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ КАК ОББЕКТА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
2.1. Многопараметрический принцип построения мехатронной системы зерноуборочного комбайна как объекта автоматического управления.
2.2. Математическая модель динамики комбайна как объекта трехмассовой системы
2.3. Математическая модель динамики ходовой части
2.4. Вариативно-декомпозиционная модель динамики материальных
потоков зерноуборочного комбайна
Выводы по главе
3. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ ЗЕРНОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА
3.1. Структурная организация ММСЗК и формализация задачи адаптивного управления комбайном
3.2. Бортовой микроконтроллер ММСЗК на базе нечёткого управления.

3.3. Влияние способа управления траекторией движения на качество и быстродействие ММСЗК
3.4. Влияние ограничения скорости на качество и устойчивость ММСЗК
Выводы по главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ И ТЕХНИЧЕСКАЯ
РЕАЛИЗАЦИЯ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ
4.1. Структурная и практическая реализация ММСЗК
4.2. Оценка адекватности имитационной модели ММСЗК
4.3. Корреляционный и регрессионный анализ имитационной
модели ММСЗК
4.4. Оптимизация ММСЗК
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Имитационная модель ММСЗК в МабаЬ Зітиііпк
Приложение 2. Схема ММСЗК с классической схемой обмолота
Приложение 3. Результаты моделирования ММСЗК
Приложение 4. Акты внедрения
Приложение 5. Патент РФ на полезную модель
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Одним из перспективных направлений автоматизации управления движения мобильных технологических объектов (МТО) является использование мехатронных модулей и систем. Среди множества МТО наиболее сложными при решении задач управления движением являются зерноуборочные комбайны. Это обусловлено тем, что комбайн работает в недетерминированных условиях, вызывающих изменение параметров технологического процесса (ТП), реагировать на которые своевременно оператор не в состоянии, поэтому неизбежным направлением повышения производительности зерноуборочного комбайна является создание мехатронной системы управления траекторией движения и загрузкой рабочих органов молотильно-сепарирующего устройства (МСУ) при минимальном участии оператора.
Зерноуборочный комбайн представляет собой единый комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, поэтому задача автоматизации управления движением комбайна сводится к построению многопараметрической мехатронной системы.
В тоже время, при создании мехатронной системы управления движением зерноуборочного комбайна встречаются серьёзные трудности, которые вызваны тем, что свойства комбайна как объекта автоматического управления, динамика его рабочих органов и их влияние на процессы обмолота и сепарации недостаточно изучены, что, наряду с отсутствием надёжных технических средств измерения параметров управления, в полной мере отражающих показатели загрузки двигателя и МСУ, сдерживает развитие работ по разработке мехатронных систем и затрудняет их практическое использование.
Решение проблемы создания эффективной мехатронной системы для автоматизации управления скоростью и траекторией движения зерноуборочного

Толщина слоя хлебной массы на соломотрясе пропорциональна подаче, однако большое время (около 4 с) запаздывания датчика относительно начала поступления хлебной массы на жатку существенно ухудшает динамические качества системы регулирования и делает нецелесообразным использование толщины слоя массы на соломотрясе в качестве параметра регулирования. Аналогичный недостаток, даже при технически совершенной конструкции датчика потерь зерна, будет свойствен регулированию по потерям зерна.
Крутящий момент на валу барабана молотилки, ротора МСУ или приёмного битера наклонной камеры и толщина слоя хлебной массы на плавающем транспортере, изменения которых в достаточно широких пределах пропорциональны подаче хлебной массы, могут быть использованы в качестве параметров регулирования. При этом крутящий момент на валу барабана молотилки или ротора МСУ имеет большее запаздывание (т « 1,2 с), но позволяет учитывать не только значение подачи, но и качественное состояние хлебной массы (серийно выпускаемыми мехатронными системами такого типа являются MASSEY FERGUSON Constant Flow и JOFTN DEERE HarvestSmart). Толщина слоя хлебной массы — имеет меньшее запаздывание (г « 0,7 с), но отражает только значение подачи хлебной массы (серийно выпускаемой мехатронной системой такого типа является CLAAS Cruise Pilot).
В результате экспериментов [57] было установлено, что даже в значительно изменяющихся условиях уборки толщина слоя растительной массы сильно коррелирована с подачей (коэффициент корреляции 0.73). Однако, толщина слоя слабо коррелирована с показателями физико-механических свойств растительной массы и потерями зерна МСУ (коэффициент корреляции 0
0.5). Поэтому в условиях уборки регулирование загрузки МСУ только по толщине слоя не может быть эффективным. Крутящий момент на валу МСУ зависит не только от количества, но и состояния растительной массы, подаваемой в МСУ. Коэффициенты корреляции между крутящим моментом на валу барабана (ротора) и потерями продукта составляют 0.76—0.81. Классификация САУ за-