联合收割机负荷控制半实物仿真平台的设计.pdf

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1、第27卷第1期1422011年1月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．1Jan．20儿联合收割机负荷控制半实物仿真平台的设计秦云，赵德安，张超，张军(江苏大学电气信息工程学院，镇江212013)摘要：联合收割机负荷模型存在严重的非线性和参数不确定性，在负荷控制器及其控制算法的研究中需要进行大量的试验，而负荷控制器的田间实车试验存在很多制约因素，难以实现全面试验。针对上述问题，建立了由负荷反馈控制器和虚拟联合收割机对象组成的半实物仿真试验平台。基于4LZ．2．0型全喂入收割机，设计了虚拟收割机模型和相应的

2、各种工况，为研究开发联合收割机负荷反馈控制器及其控制算法提供有效的验证环境。最后，利用此平台模拟联合收割机实际作业过程，对负荷反馈控制器进行各种上况条件下的测试，试验结果表明了仿真平台的有效性。关键词：联合收割机，负荷，数学模型，半实物仿真，控制器试验doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．01．022中图分类号：$225文献标识码：A文章编号：1002-6819(201I)一Ol一0142-06秦云，赵德安，张超，等．联合收割机负荷控制半实物仿真平台的设计【J]．农业工程学报，2011，27(1)：142—14

3、7．QinYun，ZhaoDean，ZhangChao，etai．Designofahardware-in—loopsimulationplatformforcombinesloadcontrol[J]．TransactionsoftheCSAE，201l，27(1)：142—147．(inChinesewitllEnglishabstract)0引言要保证联合收割机的作业效率和质量，其脱粒滚筒须保持与作物品种、含水率相匹配的最佳转速，为此需引入负荷反馈自动控制，通过控制收割机行驶速度调节脱粒滚筒的喂入量，保持滚筒负荷力矩恒定【ll。联合收

4、割机结构复杂，影响滚筒负荷的因素非常多，系统数学模型存在严重的非线性和参数不确定性，负荷反馈控制器的研究过程需进行大量的试验。由于收获季节、试验田块等条件的限制，进行人量的各种T况的田间试验非常困难，所以需经过试验平台的反复试验研究之后再投入实车试验，以获得最佳的试验效果。为此，很多研究机构设计制造了各种试验台架f2卅，但这些试验台架成本高，试验过程需要喂入大量作物，仍受到很大的制约，难以满足控制器研究的需要。针对上述问题，本文提出了由联合收割机负荷控制器和虚拟联合收割机对象组成的联合收割机半实物仿真平台。在计算机硬件系统的基础上，利用软件

5、建立收割机各环节的数学模型，设计收割机行走系统、田间作物密度、含水率等因素的多种扰动工况。利用半实物仿真平台进行控制器应用于各种收割机并受不同外部扰动作用条件下的模拟试验，在田间实车试验之前对控制器进行全面预测试，检验控制器的控制效果。1半实物仿真平台的结构仿真平台结构见图1，由收割机负荷控制器和虚拟收收稿口期：2010-06-19修订日期：2010-09—15基金项目：国家科技支撑计翅I项目(2006BADIlA03)作者简介：秦云(1972--)，男。天津人，副教授，博士生．主要从事计算机控制技术在农业工程中的应用方面的研究。镇江江苏大

6、学电气信息工程学院，212013．Email：Qinyun543212163．oom割机对象组成。收割机负荷控制装置是由嵌入式系统构成的软硬件实体系统，可检测收割机行驶速度、滚筒转速等工作参数，并发出控制信号。虚拟收割机对象由仿真适配器、模型计算机及试验辅助系统构成。试验辅助系统数据记录上况设计'}U模型汁算机U舒仿真适配器虚拟传感器虚拟执行器U1r收割机负荷控制器图I半实物仿真平台结构Fig．1Structureofthehardware-in—loopsimulationplatform仿真适配器通过ADC、DAC、计数器等硬件输入输出

7、各种形式的物理信号，包括模拟收割机各种传感器向控制器输出工作参数，模拟收割机执行装置接收来自控制器的控制信号。模型计算机利用软件构建联合收割机各部件的动力学模型。以仿真适配器获得的控制信号为输入模型，根据预先设计的工况加入各种扰动，利用动力学模型进行实时仿真，并通过仿真适配器输出各部件的工作参数。试验辅助系统主要包括工况设计和数据记录2部分。利用测试工况设计软件在试验前根据要求设计试验工况，包括系统各参数的初始值、试验过程中的各种扰动等。试验过程中辅助系统监测收割机模型的各种输入、输出和内部状态数据，以表格和曲线等形式实时显示，并按一定采样

8、间隔将数据存入数据文件，供试验后第1期秦云等：联合收割机负荷控制半实物仿真平台的设计143进行数据处理。2系统模型设计研究中以4LZ一2．0型全喂入收割机为对象建立了完整的联合收