同位仿形播种单体下压力自动控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种同位仿形播种单体下压力自动控制系统，所述自动控制系统包括：电控系统，包括应变片，所述应变片粘贴在限深机构上，用于实时检测播种单体下压力；液压系统，包括液压缸和电液比例减压阀，液压缸与仿形调节机构连接，用来调节控制播种单体的下压力；以及人机界面；与电控系统通讯，用来显示应变片所检测的下压力实际检测值，并可提前输入或修改下压力预设值。本发明专利技术能够实时监测和调整播种单体的下压力，并将其维持在合理范围内，避免下压力过重或过浅对种子出苗所造成的损失，在满足所需播种深度下改善播深一致性及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
同位仿形播种单体下压力自动控制系统
本专利技术属于农业机械领域，具体涉及一种同位仿形播种单体下压力自动控制系统。
技术介绍
播深一致性是精量播种的一个重要指标，播种深度是决定玉米出苗及最终玉米产量的一个重要因素。目前国内多采用被动仿形方式，主要依靠人工调节弹簧和平行四连杆机构的搭配来实现播种单体与地面的仿形，而其中同位仿形与前仿形、后仿形等其他仿形方式相比，具有仿形同步性好，能够实现高速播种的优点。部分高校如中国农业大学、内蒙古农业大学、吉林大学、中国农业机械化科学研究院等近几年也研究发表了采用电液控制技术来自动控制播深的相应论文，提高了播种单体的仿形精度和播深稳定性。国内对播种单体下压力的研究微乎其微，将控制播深一致性与稳定性的研究重点主要放在开沟器的精确控制上，而对于同位仿形式播种机来说，由于开沟圆盘紧贴同位仿形限深轮的结构形式以及开沟圆盘与同位仿形限深轮的相对高度来决定最终播深的结构特点，实时监测控制限深轮的受力情况，不仅可以有效控制播深稳定性，同时对种墙两侧的下压力有一个合理的把控。因为如果播种单体的下压力过小，随着土壤坚实度变化、秸秆残留程度以及单体自身重量的减小(种箱、肥箱重量的减少)，导致播深不稳定，甚至可能造成在种子下落之前种墙就崩塌了，造成株距播深均不稳，以及出苗后期因种根太浅易受害虫侵蚀；如果播种单体下压力过大，种沟两侧种墙会过分紧实，形成不利于根系发育生长的“斧头根”。因此通过对播种单体进行下压力实时控制，不仅为种子提供一个更佳的生长环境以期获得更高的产量，而且对精量播种的播种一致性及稳定性也具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种同位仿形播种单体下压力自动控制系统，能够实现在复杂多变的田间耕作地表以及自重不断变化情况下维持合理的下压力范围，满足所需播种深度下提高播深一致性及稳定性。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术提供一种同位仿形播种单体下压力自动控制系统，所述播种单体包括播种机构、开沟机构、限深机构、仿形调节机构、镇压轮以及机架；所述下压力自动控制系统包括：电控系统，包括应变片、电压放大电路、PLC控制器和开关电源，其中PLC控制器内设A/D转换模块、供电模块和PID调节算法模块；所述应变片粘贴在限深机构上，用于实时检测播种单体下压力，其产生的应变电信号经电压放大电路传到PLC控制器的A/D转换模块，经A/D转换和编程计算得到下压力实际检测值；液压系统，包括液压缸和电液比例减压阀，液压缸与仿形调节机构连接，电液比例减压阀接收PID调节算法模块发送的指令，用来调节控制播种单体的下压力；以及人机界面；与电控系统通讯，用来显示应变片所检测的下压力实际检测值，并可提前输入或修改下压力预设值。在具体实施例中，所述开沟机构可以为开沟圆盘，所述仿形调节机构可以为平行四连杆机构。所述限深机构包括同位仿形限深轮和播深调节手柄，二者之间通过限深轮力臂连接，所述应变片粘贴在播深调节手柄下方。优选情况下，所述人机界面与所述电控系统的通讯方式采用CAN通讯。具体情况下，所述PID调节算法模块根据用户在人机界面所输入下压力期望值r(k)和应变片测力回路实时反馈的实际检测值y(k)的偏差e(k)大小进行相应运算处理，然后将输出值输入到电液比例减压阀来控制液压输出压力速率，最后液压缸执行相应动作，使得播种单体下压力大小发生改变，又通过应变片测力回路进行下压力实际值检测形成闭环回路，以此来调节和维持播种单体下压力在预设值内。根据本专利技术的另一方面，提供一种同位仿形播种机，其具有上述下压力自动控制系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)采用液压缸作为执行机构，通过控制液压缸的液压力的输出大小，来间接实现实时调整播种单体下压力的目的，结构简单，反应迅速，性能平稳。(2)采用PID调节算法，使液压缸迅速达到所需液压力的同时防止液压力的输出延迟对播种单体所造成的过分冲击。(3)通过人机界面，可以提前键入或修改预设下压力的合理范围，在播种单体工作状态下实时监测和显示下压力的大小，操作方便，便于观察和修改。(4)能够有效防止下压力过大或过小对种子后期出苗的影响，促进出苗一致性，提高作物产量；能够有效改善播深一致性及稳定性。附图说明图1为本专利技术机械结构原理示意图；图2为本专利技术应变片粘贴位置示意图；图3为本专利技术电控系统的结构示意图；图4为本专利技术PID调节算法模块原理示意图；图5为本专利技术液压系统的结构示意图。其中的附图标记为：1播种系统2平行四连杆机构3液压缸4限深轮力臂5开沟圆盘6镇压轮7同位仿形限深轮8应变片9播深调节手柄10机架11地面12种子13种沟14电压放大电路15A/D转换模块165V电源模块17PID算法调节模块18PLC控制器19人机界面20电液比例减压阀2124V开关电源22播种单体23应变片测力回路24压力表25单向阀26蓄能器27液压泵28过滤器29油箱30种箱31排种器32导种管r(k)下压力期望值y(k)下压力实际检测值e(k)期望值与实际值的偏差u(k)PID计算输出值y(t)电液比例阀实际输出值具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行进一步说明。如图1、图3、图5所示，根据本专利技术的同位仿形播种单体下压力自动控制系统可应用于播种单体22，主要包括电控系统、液压系统和人机界面19。其中，所述播种单体22包括播种系统1、平行四连杆机构2、限深轮力臂4、开沟圆盘5、镇压轮6、同位仿形限深轮7、播深调节手柄9和机架10，前者均固定在机架10上。所述播种系统1包括种箱30、排种器31和导种管32，将种子12每隔一定株距置于种沟13中；所述播深调节手柄9通过限深轮力臂4与限深轮7旋转固定，可以在开沟圆盘5入土后确定开沟圆盘5与限深轮7的相对高度即播深。本领域技术人员应当理解，上述播种单体22仅为本专利技术同位仿形播种单体下压力自动控制系统的一个具体应用示例，当然，本专利技术同位仿形播种单体下压力自动控制系统也可以应用于其它结构的同位仿形播种单体(播种机)。所述电控系统包括应变片8、电压放大电路14、PLC控制器18和24V开关电源21，其中PLC控制器18内设A/D转换模块15、5V供电模块16和PID调节算法模块17；所述24V供电模块21同时为PLC控制器18和人机界面19供电；所述5V供电模块16为电压放大电路14供电；所述应变片8产生的应变电信号经电压放大电路14传到PLC控制器的A/D转换模块15，经A/D转换和编程计算得到下压力实际检测值，最终传给人机界面19进行显示；所述人机界面19与电控系统的通讯方式采用CAN通讯，可提前输入或修改下压力预设值。所述液压系统包括液压缸3、电液比例减压阀20、压力表24、单向阀25、蓄能器26、液压泵27、过滤器28和油箱29，并依次连接；所述液压缸3固定连接在平行四连杆机构2上，根据推杆的推力作用大小来调整控制播种单体22下压力。电液比例减压阀20信号输入端与PLC控制器18中的PID调节算法模块17输出端连接，电液比例减压阀20由PLC控制器18的PID调节算法模块17的电压输出控制，进而控制液压缸3动作，最终作用在播种单体22上。如图2所示，应变片8粘贴在播深调节手柄9下方，用于实时检测播种单体下压力。如图4所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同位仿形播种单体下压力自动控制系统，所述播种单体包括播种机构、开沟机构、限深机构、仿形调节机构、镇压轮以及机架；其特征在于，所述下压力自动控制系统包括：电控系统，包括应变片、电压放大电路、PLC控制器和开关电源，其中PLC控制器内设A/D转换模块、供电模块和PID调节算法模块；所述应变片粘贴在限深机构上，用于实时检测播种单体下压力，其产生的应变电信号经电压放大电路传到PLC控制器的A/D转换模块，经A/D转换和编程计算得到下压力实际检测值；液压系统，包括液压缸和电液比例减压阀，液压缸与仿形调节机构连接，电液比例减压阀接收PID调节算法模块发送的指令，用来调节控制播种单体的下压力；以及人机界面；与电控系统通讯，用来显示应变片所检测的下压力实际检测值，并可提前输入或修改下压力预设值。

【技术特征摘要】
1.一种同位仿形播种单体下压力自动控制系统，所述播种单体包括播种机构、开沟机构、限深机构、仿形调节机构、镇压轮以及机架；其特征在于，所述下压力自动控制系统包括：电控系统，包括应变片、电压放大电路、PLC控制器和开关电源，其中PLC控制器内设A/D转换模块、供电模块和PID调节算法模块；所述应变片粘贴在限深机构上，用于实时检测播种单体下压力，其产生的应变电信号经电压放大电路传到PLC控制器的A/D转换模块，经A/D转换和编程计算得到下压力实际检测值；液压系统，包括液压缸和电液比例减压阀，液压缸与仿形调节机构连接，电液比例减压阀接收PID调节算法模块发送的指令，用来调节控制播种单体的下压力；以及人机界面；与电控系统通讯，用来显示应变片所检测的下压力实际检测值，并可提前输入或修改下压力预设值。2.根据权利要求1所述的同位仿形播种单体下压力自动控制系统，其特征在于：所述仿形调节机构为平行四连杆机构。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔涛，荆慧荣，张东兴，杨丽，王云霞，和贤桃，卞晓慧，刘彦伟，钟翔君，樊晨龙，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11