一种基于模糊控制的激光平地系统控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于模糊控制的激光平地系统控制方法，该方法实现铲车较精准控制。本发明专利技术采用双输入、单输出模糊控制器，将位移的偏差量和铲车载荷作为模糊控制器的输入量，电磁阀的通电时间为输出控制量。为更加精细的控制铲车的升降高度，本发明专利技术将高度差划分为7个区域，将铲车载荷量划分为5个等级，并针对平地铲分别输出相应的通电时间。该方法实现了平地铲的精准合理控制，解决了传统控制方式对精细控制的不足以及占空比调节的局限性，同时也解决了因平地铲长期处于满载状态而导致拖拉机拉不动土，损耗拖拉机和平地铲寿命的问题，节省了成本，提高了土地平整的效率。且此方法能适应不同液压系统和平地铲，具有一定的普适性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于模糊控制的激光土地平整方法，适用于精细土地平整、自动化控制等领域。
技术介绍
农田土地精细平整可以增加有效耕地面积，方便机械化耕作，改善农业生产条件，提高农田灌溉均匀度，改良土壤水盐分布，控制杂草，达到节水增产的效果，是我国现代地面精细灌溉的重要基础。激光控制平地技术是目前国内应用最广泛的精细平整技术，与常规土地平整相比，其能大幅提高田间土地的平整精度，系统灵敏度至少比人工视觉判断和平地机上操作人员的手动液压调节系统精确10～50倍。同时，激光控制平地技术具有操作简单、精度高、成本低的优势，相应技术也已成熟。在激光平地过程中，平地铲的升降速度与土壤的条件、拖拉机的行进速度、发动机的转速、负载力的大小、控制系统的滞后性等许多因素有关，目前无法确定这些因素对平地铲升降速度的定量影响，难以建立精确的数学模型来精确控制平地铲升降的时间。为匹配液压系统，此前的激光控制平地系统大部分考虑使用占空比来调节铲车升降的幅度。由于不同的平地铲使用的液压系统不同，有上升给油下降自动回油式，有上升下降均给油式，有的配备单杠液压，有的配备双杠液压，不同的液压系统的响应时间不同，需要采用不同的输出占空比进行控制，这样就需要重新修改程序调节占空比，使操作变得十分繁琐，同时也不能较精确地按照当前地势状况进行平整。另外，在平整作业时经常出现持续挖土以致发生超载现象，造成拖拉机发动机超负荷运转，有损拖拉机寿命。若铲车已经快满载时还在挖土，则会造成超负载拉不动土，从而影响平地效率。当前的激光平地系统还没有对铲车载荷进行监测的装置，导致驾驶员往往会频繁的回头监视平地铲的运土情况，通过人眼判断是否运土过多，然后进行调整，极大增加作业人员的工作负担，影响作业效率，甚至给驾驶带来安全隐患。因此需要采用依赖于系统各行为参数的控制器，达到实时控制的要求。模糊逻辑控制是一种将操作者的经验转化为模糊语言形式获取模糊控制规则的一种智能控制方法，该方法具有良好的鲁棒性和适应性，构造容易，能够反映人类智慧思维的智能控制，因此，采用模糊控制器控制平地铲的升降。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是在激光平地过程中如何更精确合理的输出控制信号，控制平地铲合理的升降完成精细平整过程，同时，也有提高平整的效率，减少铲车处于满载的时间。（二）技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于模糊控制的激光平地系统控制方法，所述方法包括以下步骤：S1、模糊控制铲车方法，S101、采用双输入、单输出模糊控制器，将位移的偏差和铲车载荷量作为模糊控制器的输入量，电磁阀的通电时间为输出控制量，以更加精细和高效的控制铲车的升降高度。激光平地系统采用七路激光接收器；S102、实时针对激光信号打在激光接收器的位置判断此时地势情况，得出位移偏差，并设计位移偏差隶属度函数，将位移偏差输入模糊化；S103、根据拉力传感器得出此时平地铲的载荷量，根据铲车满载量判断铲土量的多少，并设计铲车载荷量隶属度函数，将铲车载荷输入变量模糊化；S104、将电磁阀通电时间设为输出变量，并设计输出隶属度函数；S105、结合土地平整实际需求应用，根据输入输出设计具体模糊控制规则；S106、根据模糊控制规则表，采用重心法进行解模糊得到模糊控制量，将其输出到液压系统控制电磁阀通电时间，完成解模糊，实现平地过程中具体的铲车控制；S107、完成系统集成，进行实地作业检测系统的稳定可靠性；对S1具体步骤的说明包括： （1）为提高激光接收器的接收范围，减少在平地过程中因地势高差太大而导致信号丢失的情况，采用7路激光接收器的平地系统，其中激光平地系统的原理是：激光控制平地系统主要由激光发射器、激光接收器、控制器、液压系统和平地铲，激光发射器发射一束极细的能旋转360°的激光束，形成激光水平面作为平整基准面，激光信号打在7路激光接收器上面，从上到下分别代表地势极低、低、较低、中、较高、高、极高，控制器根据此时的地势将控制信号输出给液压系统，通过电磁阀驱动平地铲升降完成平地作业； （2）平地过程中除了根据此时的地势情况，即位置偏差来控制平地铲的升降外，还得考虑铲车实时的载荷量，若铲车接近满载然而根据位置偏差还需要继续铲土，那可能会出现满载拉不动土的情况，此时影响了拖拉机继续工作，降低了平地效率，对拖拉机和平地铲也是一种损害，此外仅根据占空比控制调节铲车升降运动的时间具有一定局限性，对不同铲车和液压系统以及地势情况不具有普适性，因此选用模糊控制方法来控制激光平地系统，输入是位移偏差和铲车载荷量；（3）当激光信号打到激光接收器接收范围内时，从上到下分别为地势极低、低、偏低、中、偏高、高、极高。为简化运算，将位置偏差d均划分为7个模糊子集。从上到下分别为：VZL（极低、S（低）、LS（偏低）、M（中）、LH（偏高）、H（高）、VH(极高)，设中间点位移量为0，其中7路信号15块光电池分布为：3、2、2、1、2、2、3，每片长度是2mm，光电池所示位置偏差从地势最低开始分别为：[-15,-9]、[-9,-5]、[-5,-1]、[-1,1]、[1,5]、[5,9]、[9,15]，模糊集合的算子采用T型三角范数，其中：位置偏差变量d(mm)基本论域：[-15mm, 15mm]量化等级：{-15，-14，-13，-12，-11，-10，-9，-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13, 14, 15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊控制的激光平地系统控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、模糊控制铲车方法，S101、采用双输入、单输出模糊控制器，将位移的偏差和铲车载荷量作为模糊控制器的输入量，电磁阀的通电时间为输出控制量，以更加精细和高效的控制铲车的升降高度；激光平地系统采用七路激光接收器；S102、实时针对激光信号打在激光接收器的位置判断此时地势情况，得出位移偏差，并设计位移偏差隶属度函数，将位移偏差输入模糊化；S103、根据拉力传感器得出此时平地铲的载荷量，根据铲车满载量判断铲土量的多少，并设计铲车载荷量隶属度函数，将铲车载荷输入变量模糊化；S104、将电磁阀通电时间设为输出变量，并设计输出隶属度函数；S105、结合土地平整实际需求应用，根据输入输出设计具体模糊控制规则；S106、根据模糊控制规则表，采用重心法进行解模糊得到模糊控制量，将其输出到液压系统控制电磁阀通电时间，完成解模糊，实现平地过程中具体的铲车控制；S107、完成系统集成，进行实地作业检测系统的稳定可靠性。

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制的激光平地系统控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、模糊控制铲车方法，S101、采用双输入、单输出模糊控制器，将位移的偏差和铲车载荷量作为模糊控制器的输入量，电磁阀的通电时间为输出控制量，以更加精细和高效的控制铲车的升降高度；激光平地系统采用七路激光接收器；S102、实时针对激光信号打在激光接收器的位置判断此时地势情况，得出位移偏差，并设计位移偏差隶属度函数，将位移偏差输入模糊化；S103、根据拉力传感器得出此时平地铲的载荷量，根据铲车满载量判断铲土量的多少，并设计铲车载荷量隶属度函数，将铲车载荷输入变量模糊化；S104、将电磁阀通电时间设为输出变量，并设计输出隶属度函数；S105、结合土地平整实际需求应用，根据输入输出设计具体模糊控制规则；S106、根据模糊控制规则表，采用重心法进行解模糊得到模糊控制量，将其输出到液压系统控制电磁阀通电时间，完成解模糊，实现平地过程中具体的铲车控制；S107、完成系统集成，进行实地作业检测系统的稳定可靠性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S101具体包括以下说明和步骤： （1）为提高激光接收器的接收范围，减少在平地过程中因地势高差太大而导致信号丢失的情况，采用7路激光接收器的平地系统，其中激光平地系统的原理是：激光控制平地系统主要由激光发射器、激光接收器、控制器、液压系统和平地铲，激光发射器发射一束极细的能旋转360°的激光束，形成激光水平面作为平整基准面，激光信号打在7路激光接收器上面，从上到下分别代表地势极低、低、较低、中、较高、高、极高，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，李民赞，唐存干，朱文勇，
申请(专利权)人：江苏金秆农业装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32