噴桿響應建模及運動控制研究.pdf

1、國內(nèi)外研究結(jié)果表明,噴桿噴霧機作業(yè)時,地面激勵引起的噴桿運動顯著影響施藥均勻性。因此,地面激勵條件下的噴桿響應測試、建模及運動控制研究是提高噴桿噴霧機施藥品質(zhì)的基礎性和前提性工作。國內(nèi)外學者廣泛采用仿真方法測試噴桿響應并用于建立噴桿響應模型,此類研究方法不需要考慮地面激勵作用于噴桿噴霧機的物理過程。事實上,噴桿噴霧機在真實地面上行駛作業(yè)時,同一地面激勵先后作用于噴桿噴霧機的前輪和后輪,這種特殊激勵作用下的噴桿響應模型難以采用現(xiàn)有的系統(tǒng)辨

2、識方法獲得。
　　 針對這一問題,本文在國家“863”高技術研究發(fā)展計劃資助項目:蔬菜高效施藥技術研究與裝備創(chuàng)制(2008AA100905)的資助下,測試和分析了地面單側(cè)階躍激勵時的噴桿響應；對實測噴桿響應信號進行了系統(tǒng)辨識、響應預測和反卷積運算等響應建模研究；提出了從單側(cè)前后輪相繼階躍激勵中分離出噴桿理想響應的方法,通過該分離方法可將地面激勵條件下的噴桿響應轉(zhuǎn)化為兩個單輸入單輸出(SISO)系統(tǒng)響應的疊加,進而使地面激勵條件下

3、的噴桿響應可以辨識；根據(jù)實測噴桿響應的辨識結(jié)果,設計了補償噴桿運動的PID控制器,開展了噴桿運動控制實驗。
　　 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。目前國內(nèi)還沒有商品化的高地隙噴桿噴霧機,針對這一現(xiàn)狀本文創(chuàng)制了集高地隙底盤、噴桿噴霧機、風力輔助系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)和噴桿位姿測控系統(tǒng)于一體的高地隙噴桿噴霧機,創(chuàng)制的高地隙噴桿噴霧機噴桿長度為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°。樣機性能測試結(jié)果表明:本文設計的高地隙噴桿噴霧機各項工作參數(shù)均達到了預期目標,整機性能滿足田間施藥作業(yè)要求。
　　 ②測試了地面單側(cè)階躍激勵時的噴桿響應并分析了噴桿的響應特性。通過對噴桿響應性的分析,指出在單側(cè)階躍高度為0.13m的地面激勵下,我國技術標準推薦的各種機型的噴桿噴霧機,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中分離

5、出噴理想響應的方法。通過對地面激勵作用于噴桿噴霧機的物理過程的分析,采用系統(tǒng)辨識、響應預測和反卷積運算構建了一種從實測噴桿響應中分離出理想運動響應的方法。
　　 ④提出了一種噴桿響應模型的定階方法。針對本文中AIC準則在有限階內(nèi)難以獲得極小值這一問題,提出將可絕系數(shù)和AIC準則并舉確定噴桿響應預測模型階次的方法,并給出了該方法的實現(xiàn)步驟。
　　 ⑤分析了噴桿噴霧機前輪和后輪對實測噴桿響應的影響特性。通過對實測噴桿響應、前

6、輪激勵響應和后輪激勵響應的時域和頻域特性的分析認為:a噴霧機前輪對實測噴桿響應的峰值和調(diào)整時間影響相對顯著；b噴霧機后輪對實測噴桿響應的影響比前輪顯著；c噴桿噴霧機的結(jié)構及工作參數(shù)不合理時,系統(tǒng)發(fā)生共振的可能性是存在的,因此,設計噴霧機底盤結(jié)構和工作參數(shù)時需考慮系統(tǒng)的共振問題。
　　 ⑥構建了一種噴桿響的應試驗建模方法。通過對實測噴桿響應進行信號分離和分別辨識,得到前輪激勵響應模型和后輪激勵響應模型,進而構成實測噴桿響應模型。驗