噴桿響應(yīng)建模及運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明,噴桿噴霧機(jī)作業(yè)時(shí),地面激勵(lì)引起的噴桿運(yùn)動(dòng)顯著影響施藥均勻性。因此,地面激勵(lì)條件下的噴桿響應(yīng)測(cè)試、建模及運(yùn)動(dòng)控制研究是提高噴桿噴霧機(jī)施藥品質(zhì)的基礎(chǔ)性和前提性工作。國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛采用仿真方法測(cè)試噴桿響應(yīng)并用于建立噴桿響應(yīng)模型,此類研究方法不需要考慮地面激勵(lì)作用于噴桿噴霧機(jī)的物理過程。事實(shí)上,噴桿噴霧機(jī)在真實(shí)地面上行駛作業(yè)時(shí),同一地面激勵(lì)先后作用于噴桿噴霧機(jī)的前輪和后輪,這種特殊激勵(lì)作用下的噴桿響應(yīng)模型難以采用現(xiàn)有的系統(tǒng)辨

2、識(shí)方法獲得。
　　 針對(duì)這一問題,本文在國(guó)家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目:蔬菜高效施藥技術(shù)研究與裝備創(chuàng)制(2008AA100905)的資助下,測(cè)試和分析了地面單側(cè)階躍激勵(lì)時(shí)的噴桿響應(yīng)；對(duì)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行了系統(tǒng)辨識(shí)、響應(yīng)預(yù)測(cè)和反卷積運(yùn)算等響應(yīng)建模研究；提出了從單側(cè)前后輪相繼階躍激勵(lì)中分離出噴桿理想響應(yīng)的方法,通過該分離方法可將地面激勵(lì)條件下的噴桿響應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)響應(yīng)的疊加,進(jìn)而使地面激勵(lì)條件下

3、的噴桿響應(yīng)可以辨識(shí)；根據(jù)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)的辨識(shí)結(jié)果,設(shè)計(jì)了補(bǔ)償噴桿運(yùn)動(dòng)的PID控制器,開展了噴桿運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。
　　 通過開展上述研究工作得到的主要結(jié)論如下:
　　 ①創(chuàng)制了高地隙噴桿噴霧機(jī)。目前國(guó)內(nèi)還沒有商品化的高地隙噴桿噴霧機(jī),針對(duì)這一現(xiàn)狀本文創(chuàng)制了集高地隙底盤、噴桿噴霧機(jī)、風(fēng)力輔助系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)和噴桿位姿測(cè)控系統(tǒng)于一體的高地隙噴桿噴霧機(jī),創(chuàng)制的高地隙噴桿噴霧機(jī)噴桿長(zhǎng)度為8m,地隙高度為0.8m,噴桿高度可調(diào)范

4、圍為0.76m～1.36m,噴桿角度條件范圍為-15°～15°。樣機(jī)性能測(cè)試結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)的高地隙噴桿噴霧機(jī)各項(xiàng)工作參數(shù)均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),整機(jī)性能滿足田間施藥作業(yè)要求。
　　 ②測(cè)試了地面單側(cè)階躍激勵(lì)時(shí)的噴桿響應(yīng)并分析了噴桿的響應(yīng)特性。通過對(duì)噴桿響應(yīng)性的分析,指出在單側(cè)階躍高度為0.13m的地面激勵(lì)下,我國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)推薦的各種機(jī)型的噴桿噴霧機(jī),噴桿末端觸地的可能性是存在的。
　　 ③提出了從單側(cè)前后輪相繼階躍激勵(lì)中分離

5、出噴理想響應(yīng)的方法。通過對(duì)地面激勵(lì)作用于噴桿噴霧機(jī)的物理過程的分析,采用系統(tǒng)辨識(shí)、響應(yīng)預(yù)測(cè)和反卷積運(yùn)算構(gòu)建了一種從實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)中分離出理想運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的方法。
　　 ④提出了一種噴桿響應(yīng)模型的定階方法。針對(duì)本文中AIC準(zhǔn)則在有限階內(nèi)難以獲得極小值這一問題,提出將可絕系數(shù)和AIC準(zhǔn)則并舉確定噴桿響應(yīng)預(yù)測(cè)模型階次的方法,并給出了該方法的實(shí)現(xiàn)步驟。
　　 ⑤分析了噴桿噴霧機(jī)前輪和后輪對(duì)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)的影響特性。通過對(duì)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)、前

6、輪激勵(lì)響應(yīng)和后輪激勵(lì)響應(yīng)的時(shí)域和頻域特性的分析認(rèn)為:a噴霧機(jī)前輪對(duì)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)的峰值和調(diào)整時(shí)間影響相對(duì)顯著；b噴霧機(jī)后輪對(duì)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)的影響比前輪顯著；c噴桿噴霧機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)不合理時(shí),系統(tǒng)發(fā)生共振的可能性是存在的,因此,設(shè)計(jì)噴霧機(jī)底盤結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)時(shí)需考慮系統(tǒng)的共振問題。
　　 ⑥構(gòu)建了一種噴桿響的應(yīng)試驗(yàn)建模方法。通過對(duì)實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)進(jìn)行信號(hào)分離和分別辨識(shí),得到前輪激勵(lì)響應(yīng)模型和后輪激勵(lì)響應(yīng)模型,進(jìn)而構(gòu)成實(shí)測(cè)噴桿響應(yīng)模型。驗(yàn)