拖拉机电-液悬挂系统耕深自动控制的研究
悬挂式农机具电液智能控制系统设计
摘
２ ６ ２ ３ ０ ６）
要 ： 我 国农 业 机 械 工作 部 件 大 多 数 为 纯 机 械 式 驱 动 ， 无 法根据工况 及时变 化 、 独立 调整 ， 从 而 影 响 工 作 性
能 。 为此 ， 针 对 悬 挂农 机 具 的工 作部 件 ， 设 计 了 机 电 液 智 能 控 制 系 统 。 通 过 基 于 单 片机 控 制 比例 阀 的液 压 驱 动 调 速 技术 和 提 升 手柄 控 制 系 统 的设 计 ， 实 现 悬 挂 式农 机 具 工 作 部 件工 作 状 态 的 实 时 检 测 与 反 馈 式 智 能 控 制 。试 验表明 ： 该 悬 挂 农 机 具 电液 智 能 控 制 系统 能 够 实 现 悬 挂 农 机 具 工 作 部 件 工 作 状 态 与 自动 监 控 技 术 的有 机 融 合 ， 提 高 了 系统 的智 能 化水 平 。 关键词 ：悬挂农机具 ；智能 控制 ；提升手柄 ；比例 阀
本 系 统微 处 理 器模 块 以 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ １ ０ ３单 片 机 主控
收 稿 日期 ：２ ０ １ ６ — ０ １ — ２ ６ 基 金 项 目 ： 山 东 省 重 点 研 发 计 划 项 目（ ２ ０ １ ５ Ｇ Ｎ Ｃ １ １ ２ ０ １ ３ ）；山 东 省 自 主 创 新专项 （ ２ ０ １ ３ Ｃ ＸＣ ９ ０ ２ ０ ５）
独 立调 整 。本 文 采 用 机 电 液结 合 的方 法 ， 研 究 了针 对
拖拉机电-液悬挂系统PID控制仿真研究
电流和控制 电压 ｕ 的比例系数 ） 。 衔 铁组 件动 力学 方程 ：
ｍＸｓ Ｄ ｓ＋ ＫＪ ＝ ＦＩ ＋ Ｘ Ｘ （） ２ 式 中 ： 为衔 铁组 件 的质 量 ； 为 阻尼 系数 ； 为 ｍ Ｄ Ｋ
与传统 的机 一液 控 制液压 悬 挂系统 相 比 ， 于 基 电磁 阀和 电子控 制单 元 （ Ｃ 的 电 一液 控 制 悬 挂 Ｅ Ｕ）
的 电磁 铁断 电 ， 液压泵 输 出 的油液 经过 电磁 溢流 阀 流 回油箱 ， 液压 泵处 于卸 荷 状 态 ， 农 具 自重作 用 在
系统具有响应速度快 、 控制精度高和操作舒适灵便 等优 点 ， 是拖 拉 机悬 挂 系统 的发 展 方 向 ， 起 了国 引
内外相 关企 业 和研究 人 员的高 度 关注 ， 并进行 了大 量 的研 究 ， 取得 了有价 值 的研 究 成 果 ， 进 了 电 一 促 液 控制 在拖拉 机 悬 挂 系统 中 的应 用 １ 』 目前 围 。 绕 电 一液控 制悬 挂 系 统 的 研究 大 多集 中在 电子 控 制单 元 硬件 即 控 制 芯 片 的研 发 上 。例 如 ，９ ５年 １９
・
现代设计与先进制造技术 ・
朱思洪 张
超
拖拉机电 一 液悬挂 系统 ＰＤ控制仿真研究 ４ Ｉ ９
拖 拉 机 电 一液 悬 挂 系统 Ｐ Ｄ控 制 仿 真研 究 Ｉ
朱 思洪 ， 张 超
（ 京农业 大 学 工学 院 ， 南 江苏 南 京
２０３） １０ １
摘要 ： 介绍了拖拉机 电一液悬挂耕深调节 系统的结构及工作原理 ， 阐述 了建立 系统数学模型的方
制悬 挂 系 统 控 制 策 略 的 研 究 虽 然 也 有 报 道 但 ８， 研究 还很 不深 入 。本 文 以 典 型 的 电 一液 控 制 悬 挂 系统 为例 ， 将结 构简 单 、 棒性 好 的 ＰＤ 控制 用 于 鲁 Ｉ 电 一液悬挂 系统 中 ， 立 系 统 的控 制模 型 ， 利 用 建 并 Ｍａｌ ｔｂ仿 真工 具 进 行 仿 真 ， 获 得 最 佳 的控 制 参 ａ 以 数 和较 高 的控 制精度 。
拖拉机液压悬挂解读
第一章绪论1.1 引言拖拉机液压悬挂系统主要用来在使用过程中根据外界条件或者特定要求对农机具进行调节，对农机具调节的方式比较常用的有：位置调节，阻力调节，力位综合调节等，还有在非耕作情况下对农机具实现快速上升和下降的调节。
在前面的调节方式中，位置调节则由提升器的位调节手柄或油缸限位卡箍来控制农具与拖拉机之间的相对位置，以保证农具在选定的耕深下工作。
力调节的作用在于当土壤密度或地表面变化而使负荷增加时，提升器会自动将农具提升，当负荷减小时会自动将农具下降，通过自动升降农具保持工作负荷的稳定。
同时考虑到在土壤比阻变化比较大的情况下，力调节只能保证发动机的负荷的稳定性而不能保证耕深的均匀性，因此提出了力位综合调节，综合调节法的基础是阻力控制法，在土壤比阻均匀条件下，还是要尽量保持发动机负荷稳定的，只是在比阻变化较大时，它才靠牺牲发动机负荷的稳定来保持耕深的比较稳定。
传统的拖拉机液压悬挂机组的控制方式是机液控制系统，从70年代它逐渐被电液控制系统代替[1]。
进入21世纪后，拖拉机向低排放、低油耗、大功率、智能化、舒适性方向发展，机械式的控制系统在结构布置和性能方面已不适应现代农机发展的要求。
将农业机械装备技术融合现代液压技术、传感器技术、电子技术和单片机控制技术，可极大地提高液压悬挂系统操作的舒适性和简捷性，准确、快速地使用和调节液压悬挂系统，可提高生产率和作业质量。
因此，对传统式液压悬挂系统的技术改进势在必行。
1.2 研究背景和研究意义1.2.1 研究背景农业机械化是现代农业的重要技术基础，是农业现代化的重要标志和内容。
世界发达国家己在上世纪60年代至70年代就实现了农业现代化，各国农业现代化发展历程表明，农业机械化、智能化是农业现代化不可逾越的阶段。
农业机械化作为现代化农业生产的载体，把计算机、自然科学等引入农业生产过程，使现代工程技术在现代农业生产中得以广泛应用，极大地改善了农业生态环境，促进了农业的可持续发展，大大提高农业劳动资源利用率、生产率和农业产品商品化率。
农用轮式拖拉机液压悬挂提升试验浅析
挂点及框架质心处的离地高度 ； 然后再将 框架提升到最高位 置测量此时两个位 置的高度 ， 标准所 规定的提 升行程是指下 悬挂点最高位置与最低位置之差 。 架质心处的最 高位置与 框
在提 升行 程 试 验 的 同时 试 验 提 升 时 间 ， 验 反 复 操 作 测 试 量 三 次 ， 平 均值 。 取
三 、静 沉 降试 验
升器为分置式， 分配器 多为滑阀式和转 阀式； 油泵为齿轮泵
或 径 向柱 塞 泵 ， 几 年 径 向柱 塞 泵 已很 少应 用 。 油泵 转 速 一 近 般 为 １４ ～ １０ ｒｍ ｎ １０ ２０ ／ ｉ ，发 动 机 动 力 传 动 大 部 分 为 皮 带 传
３ 】
钟， 不断操作提升器提升手柄 使悬挂框架提升 与下降 ， 使液
压 油 温 升 至 ６ ±５ 。 ５ ℃ ２ 操 作提 升手 柄 使 悬 挂 框 架 下 降 到 最 低位 置 ， 量 下 悬 ． 测
即为 最 大提 升 值 。 Ｆ ＝ ．Ｐｉ（０Ｐ） ， ０ ９ Ｆ／ ０
悬挂装 置提升能力》 的标准规 定项 目和试验方法进行 。
一
、
轮 式 拖拉 机 液 压 悬 挂提 升 装 置 提 升 行 程 的试 验
１ ．试验前应首先检查油箱里面 的液压油液面是否符合 要求， 试验应是拖拉机制造厂推荐 的液压油 。压力表 应装 在 拖拉机 的液压功率输出外部接头处， 根据动力输出轴 功率分 类挂上相应的悬挂框架， 将不带配重的拖拉机固定在 水平位 置， 将半轴壳处或变速 箱的下面用千斤 顶顶起 ， 用钢丝绳或 铁链将拖拉机 前端配重或前桥固定。 调整提升杆使下拉杆下 悬挂点 的离地高度 达到标准规定 ， 调整上拉杆使 下拉杆处于
100-125马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究
尤其对轮式拖拉机及其配套机具有深入的研究。
７ ８
２ １ 年 ９月 中国制造业信息化 ０１
第４卷 ０
第 １ 期 ７
仿真 ， 研究结果表 明， 模糊控制策略 比传统 的 ＰＤ Ｉ 控制更 能 满足拖 拉机 悬挂 系统 的控制 性能要 求 。
率） 是一个具有本质非线性参数事变 的大惯性 系 统， 具有较大的随机干扰 ， 要取得好 的控制效果 ， 必
须采 用非线 性控 制策 略 。 液压 悬挂模 糊控 制工作 原理 如 图 ２所示 。
２ １ 液 压 悬 挂 模 糊 控 制 工 作 原 理 ［ ． ２ ］
电控 液压悬 挂 系统 （ 虑耕 作阻 力 、 深 、 转 考 耕 滑
图 ２ 液 压 悬 挂模 糊控 制 工作 原 理
２ ２ 电控 液压悬综合控制、 压力控制 、 牵引滑移率控制 ； 除了由 驾驶员在 驾驶室 内控制 以外 ， 具有外部控 制功 还
能 ； 有农 具运 输 减 振 阻尼 装 置 ； 有 前 后 悬 挂 系 具 具 统交 替控 制 功 能 。 系统 具 有 自我诊 断 功 能 。电 控
多年来 ， 者 走访 了 ６ 笔 ０个 国家 和 地 区 的拖 拉
机市场 ， 对世界市场 的拖拉机产品和市场需求进行 了认 真 的分 析研 究 ， 时对江 苏悦 达盐 城拖 拉机 有 同
限公 司 （ 以下简 称本 公 司 ） 以及 国 内大 马力 轮 式 拉 机产 品 的技 术进 行 了 比较 细 致 的分 析 。大 马 力 轮 式拖 拉机 将是 我 国及 世 界 主 要农 业大 国市 场 的 主导产 品和发 展 趋 势 。 只有 解 决 了 液 压悬 挂 的稳 定性 ， 实现 大 马力轮 式拖 拉机 对液 压悬 挂 的多功 能 要求 才 能实 现我 国大 马 力 轮 式拖 拉 机 替 代 进 口并 走 向世界 。为实 现 大 马 力 轮式 拖 拉 机 与 多 台农 田 作 业机 械挂 接 ， 实行 复式 作业 。
拖拉机电液悬挂控制器的研制-基于ARM7和μC／OS-Ⅱ
值（ 偏差信 号） ，通过相应 的控 制算法计算 出输 出信 号 ， 制 电磁 阀 通 断 实 现 农 具 的升 降 以减 小 偏 差 值 。 控
控 制 器 周 期 的进 行 过 程 ， 保 证 作 业 质 量 的前 提 下 ， 可 保 持农 具 耕 作 深 度 或拖 拉 机 牵 引 负 荷 的 稳 定 。悬 挂 系 统 电 控 部 分 根 据 功 能不 同分 为 ：控 制 芯 片 、信 号
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ １３ ： １ ． Ｐ ７ ｜ １ Ｓ２ １ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — １ ８ ２ ０ ） １ ０１ ９ ０ ３ Ｘ（０ ７ １ — ０ ８ ２— ４
０ 引 言
传 统 的 拖 拉 机 液 压 悬 挂 装 置 的 控 制 方 式 主 要 是 机 液 控 制 方 式 。但 是 随着 精 细 农 业 技 术 的发 展 ， 机 液 控 制 方 式 在 很 多 场 合 已经 不 能 满 足 现 代 拖 拉 机 的 使 用 要 求 ，而 电液 控 制 技 术 在 拖 拉 机 上 获 得 了越 来 越 广 泛 的 应 用 。对 于 悬 挂 系 统 ，电 液 控 制 具 有 信 号 传 递 准 确 、快 捷 、可 靠 ；信 号 的 比较 、叠 加 和加 权 处 理 简 单 ，易 于 实 现 多 调 节 参 数 的综 合 调 节 和智
多路 ３ ２位 定 时 器 、 ８路 １ ０位 Ａ Ｄ转 换 器 、 ／ ２路 高 级
Ｃ Ｎ通 道 、６路 Ｐ Ｍ通 道 以及 ９个 外 部 中断 引 脚 等 。 Ａ Ｗ 控 制 程 序 可 写 到 ２ ６ Ｂ片 内 Ｆ ａ ｈ存 储 器 中 。 ５ｋ １ｓ １３ 传 感 器 信 号 采 集 及 处 理模 块 ．
电子控制技术在拖拉机液压悬挂系统的研究
电子控制技术在拖拉机液压悬挂系统的研究摘要：电子控制技术的出现不仅带动了农业发展，同时也对农业发展提出了较高的要求，即：作业效率高、质量好、燃油消耗低。
电子控制技术在拖拉机上的应用，使得现代拖拉机走向机电液一体化的目标得以实现。
电气化、控制智能化的液压悬挂系统已经成为现代大马力拖拉机必备的配置。
本文就电子控制技术在拖拉机液压悬挂系统的研究进行简要分析。
关键词：电子控制技术；拖拉机液压悬挂系统；研究分析中图分类号：S219.032.4 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20180432075我国是农业大国，机械化已成为农业现代化发展的标志，而拖拉机作为农业机械化的重要组成部分，与各种农机具匹配使用，?M合成作业机组，完成田地耕种或实现园林修剪等功能。
而信息技术的出现，使机电液一体化得到了重视并广泛应用于拖拉机中，效果显著。
为了能够更好地实现农机具和拖拉机之间组合成作业机组，并且能够利用农机具升降以及翻转等运动实现不同功能的需求，必须有一套安全可靠的机电液一体化的系统作为桥梁。
在拖拉机系统中，用于升降农机具的设备叫做悬挂系统（其各个结构的功能和使用说明及注意事项在此不加详述，有研究需要的读者可以通过查阅《雷沃P5系列轮式拖拉机产品技术手册》获得），拖拉机通过后部的三点悬挂挂接不同农机具，不仅可以牵引农机具作业，实现农业和园林等各种需求，又推动了各种机具的发展。
1 悬挂系统运动学与力学分析1.1 悬挂机构力学研究下拉杆顺着杆的方向受力和提升臂转角关系。
拖拉机运行时农机具由于土壤阻力影响，力传至2个下拉杆与上拉杆。
拖拉机挂接的农机具以四铧犁为例：假设农机具质量为500kg，犁耕地宽为340mm。
因为具体土壤比阻为随机变化参数，现阶段选择土壤比阻平均参数6N/cm2。
具体阻力控制过程中，设置的参数可以按照土壤比阻平均参数选择。
模型内用力模块加载于农机具中，水平与垂直方向的力根据相关公式计算，设置阻力和水平面夹角为12°。
本科毕业设计论文电动拖拉机液压悬挂装置设计.doc
第一章绪论1.1 引言拖拉机液压悬挂系统主要用来在使用过程中根据外界条件或者特定要求对农机具进行调节，对农机具调节的方式比较常用的有：位置调节，阻力调节，力位综合调节等，还有在非耕作情况下对农机具实现快速上升和下降的调节。
在前面的调节方式中，位置调节则由提升器的位调节手柄或油缸限位卡箍来控制农具与拖拉机之间的相对位置，以保证农具在选定的耕深下工作。
力调节的作用在于当土壤密度或地表面变化而使负荷增加时，提升器会自动将农具提升，当负荷减小时会自动将农具下降，通过自动升降农具保持工作负荷的稳定。
同时考虑到在土壤比阻变化比较大的情况下，力调节只能保证发动机的负荷的稳定性而不能保证耕深的均匀性，因此提出了力位综合调节，综合调节法的基础是阻力控制法，在土壤比阻均匀条件下，还是要尽量保持发动机负荷稳定的，只是在比阻变化较大时，它才靠牺牲发动机负荷的稳定来保持耕深的比较稳定。
传统的拖拉机液压悬挂机组的控制方式是机液控制系统，从70年代它逐渐被电液控制系统代替[1]。
进入21世纪后，拖拉机向低排放、低油耗、大功率、智能化、舒适性方向发展，机械式的控制系统在结构布置和性能方面已不适应现代农机发展的要求。
将农业机械装备技术融合现代液压技术、传感器技术、电子技术和单片机控制技术，可极大地提高液压悬挂系统操作的舒适性和简捷性，准确、快速地使用和调节液压悬挂系统，可提高生产率和作业质量。
因此，对传统式液压悬挂系统的技术改进势在必行。
1.2 研究背景和研究意义1.2.1 研究背景农业机械化是现代农业的重要技术基础，是农业现代化的重要标志和内容。
世界发达国家己在上世纪60年代至70年代就实现了农业现代化，各国农业现代化发展历程表明，农业机械化、智能化是农业现代化不可逾越的阶段。
农业机械化作为现代化农业生产的载体，把计算机、自然科学等引入农业生产过程，使现代工程技术在现代农业生产中得以广泛应用，极大地改善了农业生态环境，促进了农业的可持续发展，大大提高农业劳动资源利用率、生产率和农业产品商品化率。
拖拉机新型电液悬挂控制系统操作平顺性
摘 要 ：为解 决新 型 电液 悬挂控 制 系统 的压 力 冲击 和俯 仰 冲 击较 为剧 烈 的 问题 ， 出了利 用动 压反 提 馈 装置 减 少液 压 系统的 压力 冲击 ， 高电液 悬挂作 业机组操 作平 顺性 的 系统 方案． 动压反 馈装 置 提 该
由蓄 能 器和 阻尼 小孔组 成 ， 安装 在 靠近拖 拉机 液压 悬挂 系统 的油缸 附近． 通过 对动 压反馈 装置进行 详 细的参数 匹配研 究 ， 高了拖拉 机在 新型 电液 悬挂控 制 系统 工作 状 态 下 电液 悬挂作 业机 组操 作 提 的平顺 性． 验 结果表 明 ： 试 通过合 理 的参数 匹配 ， 响作 业机 组 操作 平 顺性 主要 因素—— 拖 拉 机 的 影 俯仰 角速度 和液 压 系统 的压 力冲击峰值 均 大大 降低 ， 系统设计 方案是 可行 的 ， 该 能够进 一步拓展 该
ｒ
Ｉ ９ 卷 第２
Ｌ Ｖｏ． ９ １２
Ｊｏ ＵＲＮ ＡＬ Ｆ Ｊ Ａ ＮＧ ＳＵ Ｏ Ｉ ＵＮＩ ＶＥＲ ＳＩ ＴＹｆ ａ ｕ ａ Ｓ ｉｎ ｅＥ ｉ ｏ １ Ｎ ｔ ｌ ｃ ｅ ｃ ｄｌ ｎ ｒ ｉ
■
拖拉 机新 型 电液 悬 挂控 制 系统操 作 平顺 性
．
尹修 杰 ，宋正河 朱忠祥 毛恩荣 谢 ， ， ，
Ａｂｓｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｔｏ ｓ ］ ｅ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆｓｒ ｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ｒ ｓｕｒ ｍｐａ ｔａ ｄ ｐｉ ｈ ｏ ｃｌａｉｎ ｉ ｒ ｃｏ ｙ ｏｖ ｈ ｒ ｂ ｅ ｏ ｔｏ ｇ ｈ ｄ ａ ｌｃ ｐ ｅ ｓ ｅ ｉ ｃ ｎ ｔ ｓ ｉｌｔｏ ｎ ｔａ ｔ ｒＳ ｈ － ｃ ｄ ａ ｌｃ ｈ ｔｈ ｓ ｓｅ ，ａ ｄ ｎ ｍｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｆ ｅ ｂ ｃ ｏ ｐ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ．Ｔ ｏ ｐ ｉ ｄ ｐ ｏ ｎ ａ ｃ ｍｕ ｒ ｕ ｉ ｉｃ ｙ ｔ ｍ ｙ ａ ｃ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ ａ ｋ ｌｏ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｈｅ ｌｏ ｓｍａ ｅ ｕ ｆａ ｃ ｕ — ｌｔｒ ａ ｄ ａ ｄａ ｉ ｇ ｈｏｅ，ｗｈ ｃ ｒ ｕ ｔｄ ｎ ａ ｈ ｙ ｒｕｌ ｙｉ ｄ ｒｏ ｈｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｙ ｔｍ ｎ ｔ ｅ ａｏ ｎ ｍｐ ｎ ｌ ｉｈ ａ ｅ ｍｏ ｎ ｅ ｅ ｒｔ ｅ ｈ ｄ ａ ｉ ｃ ｌ ｅ ｆｔ ｙ ｒ ｕ ｉ ｓ ｓｅ ｉ ｈ ｃ ｎ ｃ ｔａ ｔｒ ｎ ｔ ｉ ｔ ｄ ｒ ｃｏ ．Ｉ ｈ ｓｓｕ ｙ，ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｔ ｈ ｎ ｆｔ ｅ ｌｏ ｓｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｅａｌ ｈ ａａ ｔｒｍａｃ ｉ ｇ ｏ ｈ ｏ ｐ ｉ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ．Ｔｈｅｍａ ｉ ｕ ａｉ ｇ ｓａ ｉ — ｎ ｐ ｌｔｎ ｔ ｂ ｌ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｎ ｗ ｌｃｒ － ｙ ｒｕｌ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｉ ｒ ｖ ｄ．Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｐ ｔｈ ａ ｙ ｏ ｈ ｅ ｅ ｅ ｔｏ ｈ ｄ ａ ｉ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｍｐ ｏ ｅ ｃ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｉｃ ｎ— ｇ ｅｖ ｌ ｃｔ ｆｔ ｅ ｔａ ｔｒａ ｄ ｔ ｒ ｓｕ ｅ ｉ ａ ｔｉ ｈ ｙ ｒ ｕｉ ｙ ｔ ｍ ｒ ｈｅ ｍａ ｎ ｆ ｃｏ ｓｔ ａ ｎ ｕ— ｌ ｅｏ ｉ ｏ ｈ ｒ ｃ ｏ ｎ ｈｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｍｐ ｃ ｎ ｔ ｅ ｈ ｄ ａ ｌ ｓ ｓｅ ａ ｅ ｔ ｉ ａ ｔｒ ｈ ｔｉ ｆ ｙ ｃ ｌ ｅ ｃ ｈ ｎｉｕ ａ ｉｇ ｓａ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｎｅ ｅｅ ｔｏ ｈ ｄ ａ ｌｃ ｓ ｓｅ ，ａ ｄ ｂ ｔ ｒ ｅ ｒ ａ ｅ ｉｎｉ ｃ ｎ ｌ ｎ ｅ ｔ ｅ ｍａ ｐ ｌ ｔ ｔ ｂｌ ｙ ｏ ｗ ｌ ｃｒ — ｙ ｒ ｕ ｉ ｙ ｔｍ ｎ ｉ ｈ ｎ ｏ ｈ ａ ｅ ｄ ｃｅ ｓ ｄ ｓｇ ｆ ａ ｔ ｉ ｙ． Ｉ ｏ ｃ ｕ ｉｎ，ｔ ｎ ｗ ｌ ｃｒ － ｙ ｒ ｕ ｉ ｙ ｔｍ ｔ ｈ ｙ ｍｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｆ ｅ ｂａ ｋ ｌ ｏ ｓ ｐ ａ ｔ ａ ， ｎ ｃ ｎ ｌ ｓｏ ｈｅ ｅ ｅｅ ｔｏ ｈ ｄ ａ ｌｃ ｓ ｓｅ ｗｉ ｔ ｅ ｄ ｎａ ｃ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ ｃ ｏ ｐ ｉ ｒ ｃ ｉ ｌ ｈ ｃ
拖拉机的液压悬挂系统及所悬挂农具耕深的调节方法
业时， 犁或旋耕机都需要 由拖拉机牵引才能进行工作 ， 何况机耕手在耕地时也是驾驶拖拉机完成作业的。如果机耕手对拖拉机使 用不
当。 不 能正 确发 挥拖 拉机 的 动 力性 能和 经济 性 能 ， 作 业 中故 障不 断 ， 不但 无 法保 证耕 地 质量 ， 还 必 然会 降低 耕 地 效率 ， 增加 作 业 成本 。 因
Ｎ 。Ｎ Ｇ Ｊ ． ｚ 。Ｎ Ｇ Ｈ Ｅ Ｎ Ｇ 农机纵横
拖 拉 机 的液 压 悬 挂 系统 及 所 悬 挂 农 具岭 市 刘房 子街 道农 机技 术推 广 站 ， 吉林 公主 岭 １ ３ ６ １ ０ ３ ）
摘要 ： 要 耕好 地 ， 除 了耕地 机 具本 身的 良好 技 术状 态和 正确 使 用 以 外 ， 拖 拉机 的正确 使 用 则是 不 可缺 少的重要 前 提 。 因为在 耕地 作
３ ． ３力 调 节 法 整 体 式 液 压 系 统 拖 拉 机 上 的 悬 挂 农 具 采 用 力 调 节 法 调 节
分 置 式 液 压 系统 拖 拉 机 上 的 悬 挂 农 具 采 用 高 度 调 节 法 的 必须 安装限深轮 。 农 具 工 作 部 件 的耕 作 深 度 ， 决 定 于 限 深 轮 的 位 置。 限 深 轮 的位 置 是 利 用 农 具 上 的 调 整 机 构 来进 行 调 整 的 。 这 时拖拉机 的液压悬挂 系统 只起提升 和 下降农具 的作 用 ， 不 起耕深 调节作 用。 分 置 式 液 压 悬 挂 系统 的 操 纵 手 柄 有 提 升 、中 立 和 浮 动 三 个 位置 。 手柄在提 升位置时 ， 农 具 一 直 提 升 到 运 输 位 置 。如 果 需要在 提升过程 中停留 ， 则 必 须 将 操 纵 手 柄 回 到 中 立位 置 。 手 柄在浮 动位置时 ， 农 具 下降 到 底 。 耕地 时 ， 液压操作手柄 应放在浮 动位置 ， 液 压 系 统 的 杆 件 可 以 自 由地 上下 运 动 。耕 到 地 头起 犁 时 ，把 手 柄 扳 到 升 起 位 置， 落 犁时把手柄放 到浮动位置 。 采 用高度调节法 ， 在耕 作中利 用限深轮 的仿形作 用 ， 使 农 具 随地 形 的高 低 不 同 相 应 地 升 高 和 降 低 ，即 在 地 面 起 伏 和 土 壤 阻 力 变 化 的情 况 下 ， 能 够 得 到 近 于 不 变 的耕 深 ， 因 此耕 作 质
拖拉机电控液压悬挂系统检测试验台电液压加载系统设计
机ꎬ 其额定功率为 ７ ５ｋＷꎬ 额定转速为 １４６０ｒｍｉｎ ꎮ
－１
２ ４ 阀的选择
２ ４ １ 电磁比例溢流阀
对加载系统油路的设计可知ꎬ ＥＣＵ 控制器通过对
电磁比例溢流阀输入连续变化的电压ꎬ 来实现加载油
缸加载力的连续ꎬ 线 性 的 变 化ꎮ 本 试 验 选 用 型 号 为
ＤＢＥＭ１０ － ３０Ｂ / ２００ＹＭ 的先导式电磁比例溢流阀ꎬ 其
性能的自动检测ꎬ 同时还可以模拟农机具在土壤作业
构简单ꎬ 成本低ꎬ 操作方便ꎬ 跟随性、 稳定性、 低超
中的各种阻力情况ꎬ 并进行长时间机具田间作业模拟
调及快速响应性能好的加载系统ꎮ 拖拉机电液悬挂系
试验ꎬ 验证拖拉机浮动控制、 力控制、 位控制及力位
统的研究是以耕深、 驱动轮滑转率和作业阻力控制参
悬挂系统的测试ꎬ 其液压系统原理见图 ２ꎮ
拖拉机牵引力为主要依据ꎬ 加载力可提供单侧小于等
于 ２０ｋＮ 的阻力ꎮ
根据活塞杆的推力计算公式ꎬ 计算加载系统的最
大系统压力:
Ｆ ＝ ( Ｐ１ － Ｐ２) × Ａ
(１)
测及拖拉机电控液压悬挂系统控制策略的验证ꎮ 本试
验台共包括 ３ 个控制阀台ꎬ 分别为提升力控制阀台ꎬ
响到田间作业效果
[１]
ꎮ 悬挂系统性能的检测可以为悬
脉冲形式加载ꎬ 模拟在实际作业过程中ꎬ 若农机具突
挂系统的故障诊断ꎬ 系统改进ꎬ 控制算法的优化提供
然遇到石子等障碍物后又恢复到初始作业条件时农机
依据ꎮ 传统的提升力检测方式工作量大、 耗时长、 自
具所受的土壤阻力ꎬ 农机具所受的土壤阻力会突然增
动化水平低ꎬ 不便于对数据的采集与处理ꎬ 且无法对
拖拉机电液悬挂控制技术
拖拉机电液悬挂控制技术发布时间： 2011-4-19 被阅览数： 543 次来源：黑龙江克山农场现代农机装备信息化管理系统在传统拖拉机的液压悬挂系统中，采用液压伺服传动原理采实现悬挂农具升降位置调节的。
这种调节悬挂农具升降的方法有三种：位调节、力调节和综合调节。
电控液压悬挂控制技术是二十世纪七十年代发展起来的比较先进的悬挂技术，正越来越受到广泛的重视，日益成为拖拉机悬挂系统的发展方向和主要配置。
我国的拖拉机工业经过几十年的发展，已经取得了很大的进展，但与国外高新技术拖拉机相比，仍存在较大差距，拖拉机悬挂系统更是如此。
国外拖拉机悬挂系统的发展现状随着新兴科学技术的不断创新，尤其是计算机技术、电子控制、人工智能、网络通讯等高新技术的迅速发展，对拖拉机工业的发展产生了很大的影响和渗透．电液悬挂系统电子控制装置通过对各传感器上送来的数据进行分析，驱动液压执行元件，实现阻力调节、位置调节、压力调节。
为了与拖拉机上的其他电子控制系统进行数据交换，BOSCH公司还专门开发了CAN总线结构，对悬挂系统的所有控制操作均可以通过安装于驾驶室内的控制面板来完成。
该系统可以调节耕深，控制驱动轮滑转率。
芬特、万国、福格森等多个拖拉机生产厂家均在其生产的几种大功率拖拉机上装备了此种电液控制装置，该装置对提高拖拉机的作业效率和质量、降低燃油消耗起到了很好的作用。
就我国当前拖拉机作业机组的生产和实际应用而言，对机电液一体化控制技术的研究工作还处于起步阶段，对一些关键性技术问题尚缺乏系统和深入的研究，没有形成可行的解决方案。
液压技术在拖拉机作业机组中的应用，仍然处于以液压悬挂的推广完善为代表的液压悬挂阶段，并且更多的研究都是针对传统机液控制系统的仿真和实验研究，还未进入实际应用阶段。
拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统设计与试验解读
2008年8月农业机械学报第39卷第8期拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统设计与试验杜巧连熊熙程魏建华摘要从拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统原理出发, 设计了一种以电液比例阀为主控制阀的耕深电液控制系统, 建立该系统数学模型, 分析其位控制和力控制特性, 并进行了试验验证。
试验结果表明:采用耕深电液控制系统, 其位控制过渡时间为0 65s, 静差为! 1 5cm; 力控制调节时间为7 5s; 力位综合控制耕深为20cm 时, 耕深的波动范围为! 1cm 。
能够满足农机具田间作业时耕深的控制精度和稳定性要求。
关键词:拖拉机耕深电液控制系统设计试验中图分类号:S219 032 4; T H137 5 文献标识码:ADesign and Experiment on the Control System of Electro hydraulicPlow Depth of Tractor Hydraulic Hitch MechanismDu Qiaolian 1Xiong Xicheng 2Wei Jianhua2(1 Zhej iang Norm al University , Jinhua 321019, China 2 Zhej iang University , H angz hou 310027, ChinaAbstractA tractor electro hydraulic control system w as designed and studied based on the plowing depth system ∀s principle of tractor hydraulic hitch mechanism. An electro hydraulic proportional valve was used as the m aster valve in this system. The mathem atic model of the tractor electro hydraulic control system w as set up and then the characteristic of load control and position control w as analyzed. Finally experimental research was performed. The experimental results showed that transient time of position regulation is 0 65s, and its static error is 1 5cm; the adjusting time of draft regulation is 7 5s; the fluctuating scope is ! 1cm , when the plowing depth is 20cm in draft and position regulation. T his system could meet the challenge of plowing depth control system in formidable natural conditions, and the object of uniform plow ing depth and work stability were achieved.Key words Tractor, Plow depth, Electro hydraulic control system, Design, Ex periment收稿日期:2008 03 10杜巧连浙江师范大学机电技术研究中心主任副教授, 321019 金华市熊熙程浙江大学流体传动及控制国家重点实验室博士生, 310027 杭州市魏建华浙江大学流体传动及控制国家重点实验室教授博士生导师引言拖拉机液压悬挂系统有多种耕深控制方法供操作者选择, 其中位置控制、力控制、高度控制是3种基本控制方法。
拖拉机耕深控制方法分析与试验研究
拖拉机耕深控制方法分析与试验研究杨俊茹１ａꎬ穆常苹１ａꎬ李瑞川１ａꎬ马㊀勇１ｂꎬ高㊀阳１ａꎬ２ꎬ刘长誉１ａꎬ３(１.山东科技大学ａ.机械电子工程学院ꎻｂ.交通学院ꎬ山东青岛㊀２６６５９０ꎻ２.山东海卓电液控制工程技术研究院ꎬ山东日照㊀２７６８００ꎻ３.日照海卓液压有限公司ꎬ山东日照㊀２７６８００)摘㊀要:针对拖拉机犁耕作业工况ꎬ基于现有的电液悬挂闭环控制系统ꎬ提出了以位置调节为主线㊁滑转率自动开关控制为辅的联合控制方法ꎮ结合拖拉机田间犁耕作业环境ꎬ阐明了电液悬挂闭环控制系统的工作机理ꎬ设计出控制精度较高的模糊ＰＩＤ控制器ꎮ同时ꎬ开展了典型试验地块的田间犁耕试验ꎬ将试验数据导入ＭａｔＬａｂ软件中形成不同调节方式下的对比曲线ꎬ并分析工作过程中耕深㊁滑转率和牵引力的变化ꎮ试验结果表明:提出的联合控制方法能满足实际工作的农艺要求ꎬ在保证犁耕耕作质量的同时ꎬ亦使发动机负荷稳定性良好ꎬ对进一步的精细控制研究提供了参考ꎮ关键词:拖拉机犁耕ꎻ电液悬挂ꎻ耕作ꎻ模糊ＰＩＤ控制中图分类号:Ｓ２１９.０３２.４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０２０)１１－０２３５－０５０㊀引言拖拉机在现代农业生产中发挥着重要作用ꎬ是田间犁耕作业的动力平台[１－３]ꎮ犁耕作业的实现是通过电液悬挂闭环控制系统操控悬挂机组运动完成的ꎬ可提高控制精度ꎬ实现闭环自动控制ꎬ从而简化了驾驶员的操作ꎬ节省人力ꎮ在耕作过程中ꎬ受复杂土壤环境的影响容易造成驱动轮过度滑转[１]ꎬ尤其是湿软地面致使车轮打滑而无法正常作业ꎬ使拖拉机牵引效率降低ꎬ耕作质量下降ꎬ达不到犁耕作业要求ꎮ国外对于拖拉机犁耕闭环控制系统的研究已相当成熟ꎬ实现了不同调节方式的智能判断与柔性切换ꎮ我国对于拖拉机犁耕作业的研究主要以单参数研究为主ꎬ多参数研究主要以力位综合调节为主ꎬ但此调节方式受加权系数的影响有很大的局限性ꎬ使耕深均匀性得不到良好的保证ꎻ而其他联合调节方式的研究较少ꎬ目前仍处于探索阶段[３－５]ꎮ在控制方法上ꎬ研究者大多采用单一控制方法ꎬ不能较好地解决犁耕作业存在的时变和大扰动等非确定性因素的问题ꎮ收稿日期:２０１９－０５－１４基金项目:泰山产业领军人才工程项目(２０１６ＴＳＣＹＣＸ－２１)ꎻ山东省重点研发计划项目(２０１７ＧＮＧ１２１０６ꎬ２０１８ＧＮＣ０２１３２)作者简介:杨俊茹(１９６９－)ꎬ女ꎬ河北乐亭人ꎬ教授ꎬ硕士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｊｒｙａｎｇｚｈａｎｇ＠１６３.ｃｏｍꎮ通讯作者:李瑞川(１９６４－)ꎬ男ꎬ山东潍坊人ꎬ研究员ꎬ博士生导师ꎬ泰山学者特聘专家ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｌｉｒｕｉｃｈｕａｎ８０８＠１２６.ｃｏｍꎮ１㊀电液悬挂闭环控制系统１.１㊀闭环控制系统工作机理根据拖拉机田间耕作特点ꎬ建立由悬挂作业机组㊁电控单元㊁传感器组成的闭环控制系统ꎬ如图１所示ꎮ图１㊀拖拉机电液悬挂系统结构示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｒａｃｔｏｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ拖拉机犁耕工作时ꎬ驾驶员基于农耕要求和地面状况ꎬ首先将设定的目标耕深值及滑转率门限值输入到操作面板中ꎻ然后ꎬ控制器实时接收传感器采集的信号ꎬ存储并计算出目前拖拉机的耕作深度㊁滑转率和牵引力的信号并与设定的目标值比较得到相应的偏差信号[１３]ꎻ接着ꎬ系统根据预先设定的控制算法ꎬ输出相应的控制指令ꎬ通过控制电液比例阀ꎬ驱动悬挂机组动作实现农机具的升降控制ꎻ在前进过程中ꎬ传感器实时检测当前状态并反馈给控制器ꎬ实现系统的闭环自动控制ꎮ１.２㊀位置－滑转率联合控制策略拖拉机耕深调节采用位置调节和滑转率调节的联合控制策略ꎬ为了得到良好的耕深效果ꎬ采用双目标调节(见图２)ꎬ即在以位置调节为主的状况下加入了滑转率调节ꎬ使其能在滑转率的门限范围内调节耕深ꎮ采用位置－滑转率联合控制的方法可以使耕深值和滑转率值都在设定的门限范围内ꎬ从而提高犁耕的工作质量ꎮ图２㊀位置－滑转率联合控制方案图Ｆｉｇ.２㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｓｌｉｐｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ为了保证犁耕作业时的耕深均匀性ꎬ拖拉机在某一特定区域内作业时ꎬ根据当时的土壤质量和作业条件ꎬ输入耕深值和滑转率值的门限范围ꎮ在系统执行中ꎬ若滑转率处于设定的门限范围内时ꎬ则执行位置调节控制ꎻ若滑转率不在设定的门限范围内时ꎬ则跳出位置调节控制ꎬ执行滑转率调节控制ꎮ滑转率调节控制执行操作仅为开关控制调节ꎬ当系统实时接收传感器信号并计算滑转率ꎬ判别其是否超出设定门限ꎮ若滑转率小于设定门限时ꎬ则控制下降阀使犁耕悬挂机构下降ꎬ调节滑转率升高至设定范围内ꎬ返回位置调节控制ꎻ若滑转率大于设定门限时ꎬ则控制提升阀使犁耕悬挂机构提升ꎬ调节滑转率下降至设定范围内ꎬ返回位置调节控制ꎮ耕深的大小由位置传感器反馈的信号计算得到ꎬ滑转率的大小由轮速传感器和雷达传感器反馈的信号计算得到ꎮ通过得到的反馈信号与设定值相比ꎬ其差值反馈给电控单元ꎬ进而根据其偏差值控制电液比例阀从而调节犁耕悬挂机构ꎬ改变了拖拉机的耕深ꎮ位置－滑转率联合控制框图如图３所示ꎮ图３㊀位置－滑转率联合控制框图Ｆｉｇ.３㊀Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎ－ｓｌｉｐｒａｔｉｏ２㊀模糊ＰＩＤ控制器设计根据所选用的犁耕控制方法和控制需求ꎬ经参考大量文献[２－７]ꎬ采用双输入三输出形式的模糊ＰＩＤ控制器ꎮ控制器的输入量为控制系统的偏差值ｅ(ｔ)和偏差变化率Δｅ(ｔ)ꎮ两输入值分别输送给模糊控制器和ＰＩＤ控制器并按照一定规则输出参数修正量ΔＫｐ㊁ΔＫｉ㊁ΔＫｄꎬ控制原理图如图４所示ꎮ图４㊀模糊ＰＩＤ的控制原理框图Ｆｉｇ.４㊀ＣｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｆｕｚｚｙＰＩＤ三参数修正量可根据以下算式取值ꎬ即Ｋｐ＝Ｋｐ０＋ΔＫｐＫｉ＝Ｋｉ０＋ΔＫｉＫｄ＝Ｋｄ０＋ΔＫｄ其中ꎬＫｐ㊁Ｋｉ㊁Ｋｄ为ＰＩＤ控制器的参数ꎻＫｐ０㊁Ｋｉ０和Ｋｄ０分别表示比例㊁积分和微分的初始值ꎬ根据经验确定ꎮ为了提高控制精度并根据模糊ＰＩＤ的控制原理ꎬ结合多种因素考虑ꎬ按照系统的偏差值ｅ(ｔ)和电信号的偏差变化率Δｅ(ｔ)的变化范围其基本论域分别取[－２０ꎬ２０]和[－８０ꎬ８０]ꎬ３个修正信号ΔＫｐ㊁ΔＫｉ㊁ΔＫｄ的基本论域分别取[－９ꎬ９]㊁[－１.２ꎬ１.２]㊁[－０.０５ꎬ０.０５]ꎬ则各变量的模糊论域区间取[－６ꎬ６]ꎮ经参考相关文献[７－１０]ꎬ采用优势明显的三角形表示ｅ(ｔ)㊁Δｅ(ｔ)㊁ΔＫｐ㊁ΔＫｉ和ΔＫｄ的隶属函数ꎬ如图５所示ꎮ制定模糊ＰＩＤ控制规则时ꎬ根据犁耕作业要求和拖拉机的工作特性等因素制定了输入量和输出量的模糊集合{ＮＢꎬＮＭꎬＮＳꎬＺＯꎬＰＳꎬＰＭꎬＰＢ}ꎬ集合分为７个模糊化等级:负大(ＮＢ)㊁负中(ＮＭ)㊁负小(ＮＳ)㊁零(ＺＯ)㊁正小(ＰＳ)㊁正中(ＰＭ)㊁正大(ＰＢ)ꎮ其控制规则如表１所示ꎮ(ａ)㊀输入变量(ｂ)㊀输出变量图５㊀输入/输出变量隶属函数Ｆｉｇ.５㊀Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｉｎｐｕｔ/ｏｕｔｐｕｔｖａｒｉａｂｌｅｓ表１㊀ΔＫｐ㊁ΔＫｉ㊁ΔＫｄ的控制规则Ｔａｂｌｅ１㊀ＦｕｚｚｙｒｕｌｅｏｆΔＫｐ㊁ΔＫｉ㊁ΔＫｄＥｅｅｃＮＢＫｐＫｉＫｄＮＭＫｐＫｉＫｄＮＳＫｐＫｉＫｄＺＯＫｐＫｉＫｄＰＳＫｐＫｉＫｄＰＭＫｐＫｉＫｄＰＢＫｐＫｉＫｄＮＢＰＭＰＢＰＳＰＭＰＢＰＳＰＳＰＭＺＯＰＳＺＯＺＯＮＳＰＳＺＯＮＳＺＯＰＢＮＳＺＯＰＢＮＭＰＭＰＢＮＳＰＭＰＢＮＳＰＳＰＭＮＳＰＳＺＯＰＳＺＯＰＳＺＯＺＯＰＳＮＳＮＳＺＯＰＭＮＳＰＳＰＭＮＢＯＳＰＭＮＢＰＳＰＭＮＭＰＳＺＯＰＳＺＯＰＳＺＯＺＯＰＳＰＳＮＳＰＳＰＭＺＯＺＯＰＳＮＢＺＯＰＳＮＭＺＯＰＳＮＭＺＯＰＳＰＳＺＯＰＳＺＯＺＯＰＳＰＳＺＯＰＳＰＭＰＳＮＳＰＳＮＭＮＳＰＳＮＭＮＳＰＳＮＳＮＳＺＯＰＳＰＭＰＢＺＯＰＭＰＭＰＳＰＭＰＢＰＳＰＭＮＳＺＯＮＭＺＯＰＳＮＳＺＯＰＭＮＳＮＳＺＯＰＳＰＭＰＭＺＯＰＳＰＳＰＳＰＳＰＳＰＳＰＢＺＯＰＳＰＳＺＯＰＳＺＯＺＯＰＭＺＯＮＳＺＯＺＯＰＭＰＭＺＯＰＳＰＳＰＢＰＳＰＳＰＢ㊀㊀为了获得较好的运算结果和控制效果ꎬ采用较为广泛的解模糊方法 重心法ꎬ对输出的结果进行清晰化处理并在线校正ＰＩＤ控制器参数ꎬ其表达式为Ｋｐꎬｉꎬｄ＝Ｋｐ０ꎬｄ０ꎬｉ０＋ΔＫｐꎬｉꎬｄ３㊀田间试验３.１㊀试验条件为了分析和验证本文设计的位置－滑转率联合调节控制系统的性能和控制方法的优越性ꎬ以五征雷诺曼ＰＨ１４５４型拖拉机为基础搭建田间实车犁耕试验平台ꎮ选择五征集团现有的典型试验田挂接保定双鹰１ＬＦ－４３５型液压翻转犁开展犁耕试验ꎮ试验场景如图６所示ꎮ３.２㊀试验方案试验开始前ꎬ为增大试验方案的可行性ꎬ查阅大量文献资料[３ꎬ１１－１３]ꎬ并结合五征集团现有试验田的土壤统计数据ꎬ选择某一地面较为平整㊁土质均匀且适中的地块进行拖拉机犁耕试验ꎬ对比３种调节方式的优越性ꎮ图６㊀拖拉机田间犁耕试验场景图Ｆｉｇ.６㊀Ｓｃｅｎｅｍａｐｏｆｔｒａｃｔｏｒｆｉｅｌｄｐｌｏｗｉｎｇｔｅｓｔ为减少试验投入ꎬ在田间试验前ꎬ首先进行犁架调平与传感器标定等相关准备工作ꎻ同时ꎬ考虑作物生长需要ꎬ设定理想耕深在２５ｃｍꎬ滑转率门限值为０.２０５ꎬ拖拉机档位为Ｂ２档ꎬ以７.５ｋｍ/ｈ的车速匀速直２０２０年１１月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１１期线行驶ꎮ试验过程中ꎬ待拖拉机处于稳定工作状态后记录试验数据ꎮ３.３㊀试验数据处理与结果分析试验完成后ꎬ首先需统计并分析３种调节方式下拖拉机犁耕试验数据ꎬ然后将其导入ＭａｔＬａｂ软件平台ꎬ绘制出典型地块下拖拉机犁耕过程中耕深㊁滑转率和牵引力的变化曲线如图７所示ꎮ(ａ.)㊀耕深对比曲线(ｂ)㊀滑转率对比曲线(ｃ)㊀牵引力对比曲线图７㊀３种调节方式下拖拉机犁耕深度和驱动控制效果对比图Ｆｉｇ.７㊀Ｃｏｎｔｒａｓｔｃｈａｒｔｏｆｐｌｏｗｉｎｇｄｅｐｔｈａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔｏｆｔｒａｃｔｏｒｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｏｄｅｓ由图７(ａ)可知:滑转率调节的耕深曲线波动起伏较大ꎬ耕深变化较为明显ꎬ耕作不均匀ꎬ达不到农耕要求ꎻ位置调节的耕深曲线值在２５ｃｍ附近波动ꎬ耕深均匀ꎬ使农耕的效果较好ꎻ位置－滑转率调节与之相比ꎬ其耕深曲线起伏稍大ꎬ使得农耕效果稍差一些ꎬ但也满足精耕细作的农耕要求ꎮ由图７(ｂ)可知:位置调节的滑转率曲线波动幅度较大ꎬ波差较大ꎬ波动峰值明显ꎬ其波动值远大于滑转率门限值０.２０５ꎬ牵引效率较差ꎻ滑转率调节的曲线在门限值附近波动ꎬ满足对滑转率的误差要求ꎻ位置－滑转率调节的曲线波动范围小ꎬ也在门限值上下波动ꎬ满足对滑转率的要求ꎮ由图７(ｃ)可知:位置调节的牵引力曲线波动起伏较大且峰差值大ꎬ影响发动机负荷的稳定性ꎻ滑转率调节的曲线波动范围小但其牵引力数值整体较大ꎬ也会对发动机造成不良影响ꎻ位置－滑转率调节曲线波动起伏小且牵引力数值小ꎬ发动机负荷稳定性较好ꎮ综上所述:位置－滑转率调节的耕深曲线波动小ꎬ耕深均匀性和耕作质量的优势明显ꎬ满足农耕要求ꎻ滑转率曲线分布在门限值附近ꎬ获得较高牵引效率ꎬ避免燃油浪费ꎻ牵引力曲线波动小且数值小ꎬ发动机负荷稳定㊁能耗小㊁寿命长ꎮ该调节方式同时满足耕深㊁滑转率㊁牵引力的要求ꎬ验证了该调节方式的优越性ꎮ４㊀结论针对耕深的调节方式提出了适应田间犁耕作业工况的位置－滑转率联合调节控制策略ꎮ首先ꎬ结合拖拉机电液悬挂系统结构示意图分析了闭环控制系统工作机理ꎻ然后ꎬ为证明该联合调节控制策略的可行性在典型试验田间进行了犁耕试验ꎬ并根据实验数据利用ＭａｔＬａｂ软件平台得出对比曲线ꎬ从而验证了此联合调节方法的优越性ꎮ同时ꎬ对采取的试验数据算法进行了模糊ＰＩＤ控制算法设计ꎬ使数据更具可靠性ꎮ最后ꎬ得出位置－滑转率调节可获得良好的耕深均匀性㊁较高的耕作质量㊁发动机负荷稳定性好的优势ꎮ参考文献:[１]㊀张硕ꎬ杜岳峰ꎬ朱忠祥ꎬ等.后轮驱动大功率拖拉机牵引力－滑转率联合自动控制方法[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１６ꎬ３２(１２):４７－５３.[２]㊀王素玉ꎬ刘站ꎬ李瑞川ꎬ等.基于土壤比阻的大功率拖拉机变权重力位综合控制研究[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１８ꎬ４９(２):３５１－３５７.[３]㊀马勇ꎬ李瑞川ꎬ徐继康ꎬ等.拖拉机耕深模糊ＰＩＤ自动控制策略研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１９ꎬ４１(１):２４１－２４７.２０２０年１１月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１１期[４]㊀徐煌ꎬ鲁植雄ꎬ宋延东ꎬ等.拖拉机电液悬挂系统力位综合控制策略研究[Ｊ].浙江农业学报ꎬ２０１３ꎬ２５(４):８７９－８８３.[５]㊀沈则方.拖拉机电控液压悬挂系统的建模与仿真分析[Ｄ].镇江:江苏大学ꎬ２０１０.[６]㊀曹磊磊.拖拉机液压悬挂系统电子控制技术研究[Ｄ].镇江:江苏大学ꎬ２０１４.[７]㊀李明生.大功率拖拉机电液悬挂控制系统动态性能研究[Ｄ].北京:中国农业大学ꎮ２０１３.[８]㊀ＰｒａｎａｖＰＫꎬＴｅｗａｒｉＶＫꎬＰａｎｄｅｙＫＰꎬｅｔａｌ.Ａｕｔｏｍａｔｉｃｗｈｅｅｌｓｌｉｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｆｉｅｌｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒ２ＷＤｔｒａｃｔｏｒｓ[Ｊ].Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ２０１２ꎬ８４(２):１－６.[９]㊀鲁植雄ꎬ郭兵ꎬ高强.拖拉机耕深模糊自动控制方法与试验研究[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１３ꎬ２９(２３):２－２９[１０]㊀张硕.基于滑模变结构的重型拖拉机犁耕作业滑转率控制方法研究[Ｄ].北京:中国农业大学ꎬ２０１８.[１１]㊀白学峰ꎬ鲁植雄ꎬ张广庆ꎬ等.基于滑转率的拖拉机驱动防滑模糊ＰＩＤ控制算法仿真分析[Ｊ].江西农业学报ꎬ２０１２(９):１４６－１４９ꎬ１５６.[１２]㊀王述彦ꎬ师宇ꎬ冯忠绪.基于模糊ＰＩＤ控制器的控制方法研究[Ｊ].机械科学与技术ꎬ２０１１ꎬ３０(１):１６６－１７２. [１３]㊀马勇ꎬ李瑞川ꎬ李玉善ꎬ等.不同土壤比阻下拖拉机耕深均匀性研究[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１９ꎬ４１(１２):１５６－１６０.ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＴｉｌｌａｇｅＣｏｎｔｒｏｌＭｅｔｈｏｄｓｏｆＴｒａｃｔｏｒＹａｎｇＪｕｎｒｕ１ａꎬＭｕＣｈａｎｇｐｉｎｇ１ａꎬＬｉＲｕｉｃｈｕａｎ１ａꎬＭａＹｏｎｇ１ｂꎬＧａｏＹａｎｇ１ａꎬ２ꎬＬｉｕＣｈａｎｇｙｕ１ａꎬ３(１.ａ.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎻｂ.ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＱｉｎｇｄａｏ２６６５９０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｈａｎｄｏｎｇＨａｉｚｈｕｏＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒ￣ｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＲｉｚｈａｏ２７６８００ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＲｉｚｈａｏＨａｉｚｈｕｏＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏ.ꎬＬｔｄꎬＲｉｚｈａｏ２７６８００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｔｏｒｐｌｏｗｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎꎬａｊｏｉｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｐｏｓｉｔｉｏｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｓｔｈｅｍａｉｎｌｉｎｅａｎｄｓｌｉｐｒａｔｅａｕｔｏｍａｔｉｃｓｗｉｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌａｓｔｈｅｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｃｔｏｒｆｉｅｌｄｐｌｏｗｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｃｌａｒｉｆｉｅｄꎬａｎｄａｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｅｆｉｅｌｄｐｌｏｗｉｎｇｔｅｓｔｏｆｔｙｐｉｃａｌｔｅｓｔｐｌｏｔｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.ＴｈｅｔｅｓｔｄａｔａｗａｓｉｍｐｏｒｔｅｄｉｎｔｏＭａｔｌａｂｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｆｏｒｍｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｃｕｒｖｅｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｏｄｅｓꎬａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｔｉｌｌａｇｅｄｅｐｔｈꎬｓｌｉｐｒａｔｅａｎｄｔｒａｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｊｏｉｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｎｍｅｅｔｔｈｅａｇｒｏｎｏｍｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌｗｏｒｋ.Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｎ￣ｓｕｒｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅｌｏａｄｗｈｉｌｅｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｌｏｕｇｈｉｎｇｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎꎬａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｆｉｎｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｓｅａｒｃｈ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｒａｃｔｏｒｐｌｏｕｇｈｉｎｇꎻｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎꎻｔｉｌｌａｇｅꎻｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ２０２０年１１月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第１１期。
拖拉机电液悬挂系统力位综合控制策略研究
拖拉机电液悬挂系统力位综合控制策略研究徐煌;鲁植雄;宋延东【摘要】An electro-hydraulic hitch system was designed,with rational space layout and simple structure,and some aspects of the system in terms of constitution,working principles were presented and force-position regulation control strategies were proposed.The system can achieve hitch force and position control by ECU considering farming situation,while a force-position regulatory feedback was achieved based on fuzzy control.The bench test showed that the fuzzy controller could satisfy the requirement of force-position regulation.%设计了一种空间布局合理、结构简单的电控液压悬挂系统,概述其结构组成、工作原理,并提出力位综合调节控制策略.该系统可以根据耕作情况,通过ECU实现悬挂的力和位置控制,同时实现基于模糊控制的力位综合调节反馈.通过对系统进行台架试验,所设计的模糊控制器可实现理想的力位综合调节.【期刊名称】《浙江农业学报》【年(卷),期】2013(025)004【总页数】5页(P879-883)【关键词】电液悬挂;力位调节;模糊控制【作者】徐煌;鲁植雄;宋延东【作者单位】南京工业职业技术学院,江苏南京210023;南京农业大学工学院,江苏南京210031;南京工业职业技术学院,江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】S219拖拉机电液悬挂控制系统是指通过拖拉机ECU实现悬挂机构的力和位置控制。
基于ARM7的拖拉机电液悬挂控制单元的研制的开题报告
基于ARM7的拖拉机电液悬挂控制单元的研制的开题报告题目：基于ARM7的拖拉机电液悬挂控制单元的研制一、研究背景及意义：在拖拉机的行驶过程中，悬挂系统对行驶的舒适性和操作性影响极大。
传统的机械悬挂系统只能模糊地感知道路情况，难以实现针对性的调节。
电液悬挂系统利用电子控制和液压元件，可以有效地调节悬挂高度，提高行驶的舒适性和稳定性。
本研究旨在研制一种基于ARM7芯片的电液悬挂控制单元，实现对拖拉机悬挂系统的精准调节，提高车辆的驾驶稳定性和行驶舒适性，提高拖拉机在农业生产中的作业效率和经济收益。
二、研究内容：1.分析拖拉机悬挂系统的机理和特点，确定电液悬挂控制单元的硬件和软件系统的设计要求和规格。
2.设计基于ARM7芯片的电液悬挂控制单元的硬件系统，包括电液比例阀驱动电路、传感器信号处理电路、通信接口等。
3.设计基于ARM7芯片的电液悬挂控制单元的软件系统，实现悬挂高度的实时监测和调节，完成与行车电脑的通信接口，并实现故障诊断等功能。
4.对设计的电液悬挂控制单元进行测试、验证和优化，确定最佳的控制参数和算法，保证系统稳定可靠性和实用性。
三、研究方法：1.文献研究：对拖拉机悬挂系统的机理和特点进行深入分析和研究，并查阅相关的电液和控制技术的文献资料，制定研究方案和技术要求。
2.硬件设计：根据研究要求和技术规格，设计电液比例阀驱动电路、传感器信号处理电路、通信接口等硬件系统，并进行仿真和测试。
3.软件设计：采用C语言编程，设计电液悬挂控制单元的软件系统，完成实时监测和调节，通信接口以及故障诊断等功能，并进行仿真和测试。
4.测试验证：对设计的电液悬挂控制单元进行实验室及试验田测试，验证系统的性能和稳定性，并采取优化措施，最终确定最优的控制参数和算法。
四、预期成果和可行性分析：1.预期成果：成功研制出基于ARM7芯片的拖拉机电液悬挂控制单元，实现对拖拉机悬挂高度的精准监测和调节，提高车辆的驾驶稳定性和行驶舒适性。
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式 ，该系统 由杆件 和弹性元件组成 ，存 在着结构 比较 复杂 ，弹性 元件 的迟滞 、机械摩擦和杆 件的胀缩会 影 响调节性能 等缺点 。而新 兴的电液控制系统广泛采用 现代液压 、传感器 、微电子等新技术 ，具有响应速度
快 、控制精 度高和操作舒适灵便等优点 ，是拖拉机悬
挂 系统的发展方 向。
拖拉机液压悬挂系统 的控制方式直 接影 响着拖拉
机 的作业质量 。现有 的拖拉机液压悬挂 系统 多为机械
工作 中，当电液 比例 换 向阀左端 电磁铁通 电时 ， 液压泵输 出的高压油经过电液 比例方向阀 ，再经过单 向节流 阀的单 向阀进入液压缸 的无杆腔 ，使农 机具提 升 ；当电液 比例换 向阀右端 电磁铁通 电时 ，同时控制 电磁溢 流阀的电磁铁 断电 ，则液压泵输 出的油液经过 电磁溢 流阀流 回油箱 ，液压泵处于卸荷状态 。而在农 机具 自重作用下 ，液压缸无 杆腔的液体被排 出 ，使农 机具下降 ，被排 出的液体经单 向节流阀的节 流阀和比 例方 向阀流 回油箱 。 ２ 液压 悬挂 系统 数 学模型 的建 立
移 ，ｍ；Ｃ 为 阀 控 动 力 机 构 总 内、外 泄 漏 系 数 ， ． Ｉ ／ Ｎ・） Ａ为液 压缸 活塞 有效 工 作 面积 ，ｍ ； ３ Ｔ （ ｓ； Ｉ ／ ｅ 为液压系统有效体积弹性 模量 ，Ｍ ａ ． Ｐ ； 为包括油 道 的总工作容积 ，Ｉ ； ｎ Ｐ 为液压缸工作压力 ，Ｍ ａ 。 Ｐ。 对式 （ ）进行拉 氏变换可得 ： ５
２１ ０ ２年 １ 月
机床与液压
ＭＡＣＨＩ ＮＥ ＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ ＣＳ Ｔ Ｉ
Ｊｎ ２ ２ ａ ． ０１
Ｖｏ． ０ Ｎｏ １４ ．１
第４ ０卷 第 １ 期
Ｄ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉｓ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ ０ ． １ ＯＩ ０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １０ ８ １ ２ １ ． １０ ４
拖 拉机 电 一 悬挂 系统耕 深 自动控 制 的研 究 液
刘 义，高翔 ，王寅晓 ，沈泽方
（ 苏大 学汽车 与 交通 工程 学院 ，江 苏镇 江 ２２ １ ） 江 １０ ３
摘要 ：介绍拖拉机 电 一液悬 挂系统的结构及工作原理 ，建立该 系统数 学模 型，并对 该液压悬挂 耕深 自动控制 系统进行
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｗ ｒ ｉｇ ｐ ｎ ｉｌ ｆｔ ｃｏ ｌ ｃｒ — ｙ ｒ ｕｉ ｉ ｈ ｓ ｓｅ ｗｅｅ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ Ｉ ｔｅ ｔ ａ ｄ ｌ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｎ ｏ ｋ ｎ ｒ ｃｐ ｅ ｏ ａ ｔｒｅｅ ｔ ｃ ｈ ｄ ａ ｌ ｈ ｔ ｙ ｔｍ ｒ ｎｒ ｕ ｅ ． ｔ ｍａｈ ｍａｉ ｌ ｕ ｉ ｒ ｉ ｃ ｃ ｏ ｓ ｃ ｍｏ ｅ
密度 ，ｋ／＇； ｇ １ Ｐ 为油泵压力 ，Ｍ ａ １ １ Ｐ。
一 ６
（） ２
在动态方程式 中，考虑了惯性负载 、黏性摩擦负 载 、弹性负载以及油 的压缩性和液压马达的泄漏等影 响因素 ，这样分析动态 过程 比较麻烦 ，在不影响动态 过程分析 的前提下可 以忽略一些次要 因素的影响 ，简 化传递函数。
Ｑ ＝ Ｙ ＋ Ａ （） ＋ＣＰ （ ） ，Ｌｓ （） ６
（ ） 液 压缸 活 塞 位 移 与 阀 芯 之 间 的传 函数 ： ３
（３ １）
２ ２ ３ 液压缸与负载的力平衡 方程数学模型 ．． 忽略静摩擦和动摩擦负载 ，液压缸 与负载 的力平
衡方 程可写 为
邶 ｄ
ｔ
ｗ ｓｂ ｉ ． Ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｄ ｃ ｎｒ ｌ ｏ ｉ ｏ ｏ ｔ ｌ ｎ ａ — ｏ ｉ ｏ ｏ ｔ ｌ ｅ ｅ ｍａ ｅ Ｔ ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ａ ｕｌ ｔ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ａ ｃ ｎ ｌ ａ ｏ ｔ ，ｐ ｓｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｄ ｌ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｒ ｄ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｎａ ｓ ｌ ｓ ｏ ｒ ｏ ｉ ｏａ ｏ ｉ ｏｗ ｒ ｓ
（） ５
ｖ
ｓ Ｓ ＋—＋１ ） ｆ 十 Ｓ１ ｌ 十ｌ — ｌ
＼ ： ，
等
）
式 中：Ｑ 为 进 入液 压 缸 的 流量 ，Ｌ ；ｙ为 为活 塞 位
（ ）液压缸 活塞 位移 与液压 缸工 作压 力之 间传 ２
递 函数 ： Ｐ ： ＿Ｔ ｓ ＋ ｓ ＋Ｋ Ｌ （） （２ １）
・５ ３・
阻值作为 阶跃 的干扰力 ，所得消扰动态特性 曲线如 图 ６ 所示 。可 以看 出 ：当土壤 阻力 发生变化 时 ，耕 深和 牵引阻力 同时发生变化 ，但变化都不是很 大。
１ ５
图 ３ 液压悬挂 系统传递 函数简化方块 图
３ 耕 深 自动控 制 系统试 验与 仿真 分析
３ １ 位 置 控 制 ．
１ 电控 液压 悬挂 系统 的 工作原 理
电控 液压悬挂系统 由液压悬挂系统 、 自动控制 系
统和信 号检测与处理系统组成 （ 图 １ 如 所示 ） 。
２ １ 比例 电磁 铁数 学模 型 ．
电液 比例 阀中的 电 一机械转 换元件是耐高压直流 比例电磁铁。通电以后电磁铁产 生电磁 吸力 ，克服弹
。
式 中 ：Ｋ 为 阀流量增 益 ，ｉ ／ ；Ｋ 为 阀流量 压力 增 ｎ ｓ 。
益 ，１ ／ Ｎ・） １ （ ｓ。 １
√８ ｜ ｅ
（ ９ ）
＋
对式 （ ）进行拉 氏变换得 ： ３ Ｑ （ ） Ｋ Ｘ （）一 ｏ ｓ ｓ ＝ 。 ｓ ＫＰ （） ２ ２ ２ 液压缸流量连续性数学模型 ．． 的连续性方程 ： （） ４
死 区重叠量为 ６ 。则 当阀芯 的位移 一 ＜ ６＜ ６时 ，
根据上述式 （ ） ４ 、（ ） （ ）绘制 系统传 １ 、（ ） ６ 、 ８
递 函数方块图 ，如图 ２所示 。
控制 阀没有负载流量 （ Ｑ． ０ ；当阀芯位移 ＞６ 即 ） ＝ 时 ，高压油流入液压缸进油腔 ，农具上升 ；当阀芯位 移 ＜一 时 ，油液 流出液 压缸 ，农具下 降 ，则 流量 ６
盟 一ｉ 遣』 ： ：
＝
川、
（
＋ Ｆ
（） ７
＼ ＋１ ＋ １ ∞： ∞ ／
其 中： Ｆ为液压缸 活塞受 力 ，Ｎ；Ｍ 为折 算到 活塞 上 的负载等效质 量 ，ｋ ；Ｂ ｇ 为折 算 到活塞 上 的黏性 阻
刀 ｏ
第１ 期
刘义 等 ：拖拉机 电 一液悬挂系统耕深 自动控制 的研究
２ ２ 比例 方 向阀控 制液 压缸数 学模 型 ．
图 ｌ 电控液压悬挂 系统原 理图
２ ２ １ 电液 比例阀流量数学模型 ． ．
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０—１ ２—１ ４ 作者简 介 ：刘义 （９ ５ ，男 ，在读研 究生 ，从 事机 电液一 体化设 计及 结构 优化方 面 的学 习研究 。Ｅ— ｉ ｔ２ ０ ＠ １ ８ 一） ｍａ ：ｙｌ ０ ８ ｌ ｄ
簧力推动 比例 阀阀芯运动 ，其实质是电 一 一 力 位移的 转换关 系。比例电磁铁在其额定行程范 围内的电磁吸
力与通人其线圈 的电流成正 比。 设 为 阀芯 位 移 ，ｕ 为 电磁 比例 阀输 入 电流 ， ； 则 电磁铁关 系可表示为 ： ‘
：Ｋｉ “
。
式 中 ：Ｋ 为电流位移转换系数 ，ｍ Ｖ。 ／ 对上式进行拉 氏变换 可得 ： （）＝ ｉｉＳ ｓ Ｋ Ｕ （） （） １
翌
。
篓ｓ
时 间， ｓ
试 验 中，控 制 面板 设定 耕 深 值 为 ０ ２ ，图 ４ ．６ ｉ ｎ 为位 置控制耕深响应 曲线 。由仿真结果可见 ，对 于预 定耕 深 的阶跃信号 ，系统在 ２ｓ 右达 到预先设 定耕 左 深 ；对 于脉冲干扰信号 ，系统经 ６Ｓ 后再 回至指定 耕 深 ０ ２ ．６ｍ。当输入信号变化 时实际耕深 可 即刻 响应 ， 均能在 ０ ５Ｓ内达 到设定 的耕 深并趋 于稳定 ，满 足耕 ． 深 ±１％ 的控制要求 。 ０
，
尼系数 ，Ｎ・／ ｓｍ；Ｋ为 折算 到 活 塞上 的负 载 弹性 刚
度 ，ｋ ；Ｆ． ｇ 为作用在活塞上 的任意外负载力 ，Ｎ。 对式 （ ）进行拉 氏变换得 ： ７
Ａ Ｌ ５ ＝ （） Ｂ Ｙ ５ ｓ Ｋ （）＋ Ｌ （ ） Ｐ （ ） ｍＹ ｓ ｓ ＋ （） ＋ Ｙ ｓ Ｆ ８
１ ３ ｃ ｎ。 ６．ｏ
・
５ 卷
由图 １ 以看 出 ，电液 比例 阀 由两 个控 制 阀组 可 成 ，卸油 阀为二位二通 阀 ，进油 阀为二位三通阀 ，数 学建模时可将 电液 比例阀看作 三位三通 阀。假定控制 阀节流 口开启 面 积是对 称 的 ，设控 制 阀阀芯 位 移为
因
Ａ
式 中 ：Ｃ 为流量 系数 ；ｔ 为 面积梯度 ，ｍ； ｏ Ｐ为油 液
当阀芯离开死 区后 ，对上式在设定耕深 附近进行
线性化 ：
１ ，并令阀控 动力机构 的液 压 固
ＱＪ Ｉ ＿
＋ Ｑ ０Ｌ ｐ ～ 一
ｏ
（） ３
有频率和 阀控动力机构的液压 阻尼 比分别为 ：
ｔ ａ ｌ ｗ ｎ ｅ ｔ ｕ ｏ ｔ ｏ ｔ ｌｗ ｓ ｒ ａｉｅ ． ｈ ｔｐ ｏ ｉ ｇ ｄ ｐｈ ａ ｔ ｍａｉ ｃ ｎｒ ａ ｅ ｚ ｄ ｃ ｏ ｌ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｔ ａ ｔｒ Ｅ ｅ ｔ ｃｈ ｄ ａ ｌ ｉ ｈ ｓ ｓ ｍ ； Ｐ ｏ ｉ ｇ ｄ ｐ ｈ ａ ｔｍａｉ ｏ ｔ ｌ ｙ ｒｓ ｒ ｃｏ ； ｌ ｃｒ — ｙ ｒ ｕ ｉ ｈ ｔ ｙ ｔ ｉ ｃ ｃ ｅ ｌ ｗ ｎ ｅ ｔ ｕ ｏ ｔ ｃ ｎ ｒ ｃ ｏ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｎｇ Ｄｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ Ｐｌ ｗｉ ｐ ｈ Ａｕｔ ｍ ａ ｉ ｎｔ ｏ ｏ ｔｃ Ｃｏ ｒ ｌ ｆ ｒ Ｔｒ ｃ ｏ ｅ ｔ ｉ — ｄ ａ ｉ ｔ ｈ Ｓ ｓｅ ０ ａ ｔ ｒ Ｅｌ ｃ ｒ ｃ ｈｙ ｒ ｕｌｃ Ｈｉｃ ｙ ｔｍ