基于PID控制的電液耕深調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究.pdf

1、耕作過程中保持耕深穩(wěn)定是提高耕作質(zhì)量的重要措施之一。目前耕作機械作業(yè)過程中耕深調(diào)節(jié)大多為力調(diào)節(jié)或位調(diào)節(jié)方式，其對耕深的控制效果較差，而且耕深測量也只能通過在耕后測量溝底到未耕地表的距離來實現(xiàn)，這種測量方式誤差較大，且無法實時反饋耕深信息給機手，使機手無法根據(jù)耕作效果來實時調(diào)節(jié)耕深。隨著耕作機械朝著自動化、智能化方向的發(fā)展，以及電控、液壓等技術(shù)的逐漸成熟，實現(xiàn)耕深的自動調(diào)節(jié)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。
　　為提高耕作機械作業(yè)過程中的耕作穩(wěn)

2、定性，本文研制了一種耕深自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容如下：
　　以某款耕耘機的后懸掛旋耕部件為研究對象，設(shè)計了機電液一體化耕深控制系統(tǒng)，利用電控和液壓技術(shù)實現(xiàn)對耕深的自動控制，同時加入 PID控制算法優(yōu)化控制效果。與傳統(tǒng)的耕深調(diào)節(jié)方式相比，本系統(tǒng)采用雙傾角傳感器檢測耕深，通過耕深設(shè)定電位器設(shè)定耕深，控制芯片采集目標耕深信號和傳感器實時反饋信號，通過比較產(chǎn)生誤差信號，誤差信號經(jīng)控制器計算處理后變?yōu)榭刂菩盘枺刂齐姶疟壤龘Q向閥換向和開口

3、大小，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，從而達到控制耕深的目的。
　　其中，電控系統(tǒng)采用AT89S52作為處理芯片，在硬件結(jié)構(gòu)上設(shè)計了相應(yīng)的模塊電路，同時結(jié)合傾角傳感器和執(zhí)行閥進行接口電路設(shè)計，實現(xiàn)了信號采集和閥控PWM信號的輸出。軟件系統(tǒng)基于C語言開發(fā)，主要編寫了主程序、采集程序、IIC通信程序、PWM輸出程序等，其功能為接收耕深設(shè)定電位器和傾角傳感器的實時信號，通過轉(zhuǎn)換運算之后有選擇的輸出PWM波，其經(jīng)過RC濾波處理后轉(zhuǎn)換成模擬信號以控制

4、電液比例換向閥的動作。
　　在液壓系統(tǒng)設(shè)計部分，根據(jù)耕耘機耕深調(diào)節(jié)的工作要求，設(shè)計了耕深調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)及液壓驅(qū)動旋耕回路；計算了旋耕部件作業(yè)的功率，根據(jù)功率匹配對液壓系統(tǒng)進行了設(shè)計，確定工作壓力為16MPa，油泵型號為 PFE-31036，液壓馬達型號為1JMD-40，在此基礎(chǔ)上完成了液壓系統(tǒng)各個元器件和液壓管道的設(shè)計和選用。
　　耕深調(diào)節(jié)過程中控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)對耕深調(diào)節(jié)的即時性有重要影響，為研究電液控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)特性，本

5、文利用Simulink中的SimHydraulic模塊對耕深控制系統(tǒng)進行動態(tài)仿真研究，搭建了閉環(huán)電液控制系統(tǒng)模型，根據(jù)各個元器件和模塊的參數(shù)對仿真系統(tǒng)模型進行參數(shù)設(shè)定，對系統(tǒng)進行分工況仿真。仿真工況分為調(diào)節(jié)耕耘機耕深從0增加到100mm，和從175mm減小到100mm兩個工況，用輸入階躍信號的方式表示設(shè)定耕深的動作，用SIMHydraulic中傳感器模型來代替實際傳感器檢測相關(guān)數(shù)據(jù)，用阻尼模塊代替懸臂給液壓桿的反作用力，用摩擦力模塊表示

6、液壓缸動作時活塞與缸體以及活塞桿與缸蓋的摩擦力，液阻、機械慣性等其他影響因素在仿真模型中用相應(yīng)的適當(dāng)?shù)哪K表示。仿真結(jié)果顯示，耕深控制系統(tǒng)存在約13%的耕深超調(diào)量，同時系統(tǒng)需要5.0s左右的振蕩時間才能控制耕深達到穩(wěn)態(tài)。
　　為消除耕深超調(diào)現(xiàn)象，縮短調(diào)節(jié)耕深達到穩(wěn)態(tài)所需的時間，本文采用在誤差信號處理中使用積分分離 PID控制算法的方法對耕深控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性進行優(yōu)化。設(shè)定積分閾值為0.08，當(dāng)誤差值較大時取消積分作用，加快調(diào)整

7、速度，在耕深值迫近目標值時再加上積分作用，提高控制精度。采用經(jīng)驗試湊法整定PID參數(shù)，當(dāng) Kp 0.08，Ki 1.2，Kd 0.001時，系統(tǒng)具有較好的動態(tài)響應(yīng)，與未加入 PID控制算法的仿真結(jié)果比較，幾乎消除了系統(tǒng)的耕深超調(diào)現(xiàn)象，同時，將響應(yīng)時間縮短到1.4s左右，使耕深控制系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)達到較好的效果。
　　在此基礎(chǔ)上，對耕耘機進行了耕深穩(wěn)定性驗證試驗，耕耘機在10cm和16cm的預(yù)設(shè)耕深條件下作業(yè)時，耕深穩(wěn)定性變異系數(shù)分別