農機具自動調平控制系統(tǒng)設計與試驗

劉淵

自動調平控制系統(tǒng)設計與試驗在農機具應用過程中起著至關重要的作用，與農業(yè)工作的高效開展有著密不可分的關系。在近幾年的發(fā)展中，很多科研團隊都對農機具自動調平控制系統(tǒng)的設計原理和要點進行了深入研究。一方面是由于傳統(tǒng)的設計理念和方案已經不能滿足現階段農機具控制系統(tǒng)的運行，需要設計團隊引用新型理念和方式，以此來提高控制系統(tǒng)的運行效果。另一方面是由于控制系統(tǒng)設計過程中會受到某些因素的影響而出現問題，需要設計團隊能夠對其進行科學的處理。

一、農機具自動調平控制系統(tǒng)試驗的概述

以水田激光平地機田間試驗為例。農機具自動調平控制系統(tǒng)田間測試平臺采用與插秧機配套的1PJ-3.0型水田激光平地機，平地機的平地鏟針對南方水田設計，以激光發(fā)射器形成的旋轉激光平面為基準平面，通過高程控制系統(tǒng)檢測激光信號。

農機具自動調平控制系統(tǒng)安裝于與插秧機配套的1PJ-3.0型水田激光平地機上，通過拖拉機橫滾角傳感系統(tǒng)測量插秧機車身的橫滾角，直線位移傳感器測量平地鏟與車身的相對傾角，控制器采用PD控制算法計算電磁閥PWM驅動信號占空比，通過控制液壓系統(tǒng)使平地鏟保持水平，以減少因水田硬底層不平整對平整精度的影響。

根據田間試驗方法連續(xù)進行了4h的試驗測試，對試驗結果進行了分析。平地作業(yè)速度0.6m/s，數據記錄頻率為40Hz。以車身MTi-300姿態(tài)傳感器測量的橫滾角度數據為參考，拖拉機橫滾角傳感系統(tǒng)的融合算法輸出的車身橫滾角度數據能實時準確地測量車身橫滾傾斜角度。平均絕對誤差0.40°，最大誤差1.27°，說明拖拉機橫滾角傳感系統(tǒng)融合算法有效提高了橫滾角度的精度。

二、農機具自動調平控制系統(tǒng)設計要點

1、重視前期準備工作

要想提高農機具自動調平控制系統(tǒng)的設計水平，那么相關工作團隊就要做好充分的前期準備工作，這樣才能為后續(xù)設計工作的高效開展奠定可靠的基礎，主要體現在以下幾個方面：

第一，相關工作團隊需要對控制系統(tǒng)設計中涉及到的圖紙和方案進行嚴格的檢查，如果施工方案中存在不足之處，需要對其進行及時的改進。尤其是一些重要的數據和信息，一定要保證其準確性，這樣才能為后續(xù)設計工作的效率與質量提供保障。

第二，相關工作團隊需要對控制系統(tǒng)設計中使用的儀器設備進行全面的檢查。對于存在質量或故障問題的設備，還需要工作人員對其進行及時的更換或維修；對于傳統(tǒng)老套的設備儀器還需要對其進行更新升級，以免降低控制系統(tǒng)設計效果。另外，工作人員還需要做好設備儀器的存放與管理工作，以免設備出現零部件丟失或損壞情況，阻礙設計工作的開展，威脅工作人員的安全。

第三，設計團隊還需要對所使用的材料和構建質量進行嚴格的檢查，保證材料質量、型號以及材質等符合設計要求。另外，工作團隊還要做好材料的存放與管理工作，以免存在質量問題的材料混入到設計工作中，降低系統(tǒng)設計質量。

2、注重自動調平控制原理的認知

拖拉機上的農機具轉動機構與農機具連接，農機具可由液壓油缸驅動繞轉動機構調節(jié)與拖拉機的相對角度。除了農機具轉動方向上，農機具轉動機構和拖拉機的連接視為剛性連接。拖拉機橫滾角傳感系統(tǒng)安裝在拖拉機上實時測量拖拉機的橫滾角，拖拉機田間作業(yè)時，農機具與拖拉機一同產生傾斜。

自動調平控制系統(tǒng)根據橫滾角作出控制決策，驅動調平液壓油缸調節(jié)機具與拖拉機的相對角度，使農機具實時保持預期的作業(yè)角度。自動調平液壓油缸上的位移傳感器測量液壓油缸伸縮量，結合農機具與拖拉機的關系獲得相對角度以實現自動調平閉環(huán)控制。

3、注重農機具控制角度的解算

農機具的運動分為拖拉機的牽引運動和相對于拖拉機的轉動運動。不考慮拖拉機前進方向的牽引運動，可以認為農機具相對于拖拉機的轉動運動為平面轉動。拖拉機部分簡化為拖拉機橫滾角傳感平面和轉動機構，拖拉機橫滾角傳感平面平行于拖拉機四輪平面，橫滾角傳感系統(tǒng)安裝于與橫滾角傳感平面平行的平面上，拖拉機向右側傾斜時測量到的橫滾角為正，向左側傾斜時為負。農機具繞鉸接點相對拖拉機和轉動機構在液壓油缸驅動下轉動，形成農機具相對于拖拉機的傾角，農機具相對于拖拉機的順時針方向轉動的角度為正，逆時針方向轉動的角度為負。

總之，從文章上面論述的內容可以了解到，要想進一步提高農機具自動調平控制系統(tǒng)的運行效果，保障相關農業(yè)工作的順利開展，那么相關設計試驗團隊除了要對自動調平的控制原理進行全面的了解與掌握，同時還要對農機具控制角度的解算要點進行深入研究。對于農機具在實踐過程中的應用，相關設計團隊也要對其進行全方位的分析，從而為后續(xù)控制系統(tǒng)設計工作的開展提供可參考的依據。對于農機具自動調平控制系統(tǒng)設計中存在的難點問題，相關設計團隊也要做到對問題產生的原因進行細致的研究，同時還要結合實際情況，制定有效的解決方案，以此來提高控制系統(tǒng)的效率與質量。這樣才能為農業(yè)領域發(fā)展提供有利條件，提高農機具的應用價值。

（作者單位：150000 黑龍江農墾農業(yè)機械試驗鑒定站）