基于自适应感知的花生清选除杂变频控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于自适应感知的花生清选除杂变频控制系统及控制方法，在所建立的初始模型的最佳速度配比之上，根据花生干湿度和喂入量信息实现自适应分析，获得最佳的速度增量，依据变频器的实时控制调节在模型的基础之上，得到一个最佳的实际运行速度，实现薄膜、茎叶杂质、土块等在振动筛上的立体分层，并结合上部风机吸力将上层较轻的杂质吸走，花生、土块等也实现了有效的分离排出，通过喂入量大小及干湿度自动调节振动电机和风机的转速，在保证花生清选除杂品质的前提下，降低花生清选除杂装置的能耗，提高清选除杂的整体效能。

Frequency Conversion Control System and Control Method for Peanut Cleaning Based on Adaptive Perception

The invention discloses a frequency conversion control system and control method based on self-adaptive perception for peanut cleaning and impurity removal. On the basis of the optimal speed ratio of the established initial model, self-adaptive analysis is realized according to the information of peanut drying humidity and feeding amount, and the optimal speed increment is obtained. According to the real-time control of the frequency converter, the optimal actual operating speed is obtained by adjusting the model on the basis of the real-time control of the frequency converter. The three-dimensional stratification of film, stem and leaf impurities and soil blocks on the vibrating screen is realized, and the lighter impurities in the upper layer are sucked away by the suction of the upper fan. Peanuts and soil blocks are also effectively separated and discharged. The rotational speed of the vibrating motor and the fan is automatically adjusted by feeding amount and dry humidity, and the device for cleaning and removing impurities of peanuts is reduced on the premise of ensuring the quality of cleaning and removing impurities of peanuts. The energy consumption can improve the overall efficiency of cleaning and impurity removal.

【技术实现步骤摘要】
基于自适应感知的花生清选除杂变频控制系统及控制方法
本专利技术涉及基于自适应感知的花生清选除杂的变频控制技术，在花生清选除杂过程中，针对花生喂入量的不断变化，通过变频器来调节清选除杂装置电机的转速大小，以达到减少能耗、获取最优的工作效果。
技术介绍
花生是我国主要的经济作物，种植面积和总产量均居世界前列。中国已经成为世界上最主要的花生生产国和花生消费国，同时也是最大的花生出口国。由于花生在机械化收获后，荚果仍含有大量土块、石子、茎叶、草屑、残膜等多种杂质，会增大产品后续加工处理的难度，这样不仅费时费力，还降低花生收获作业效率等一系列问题。这些问题的存在严重影响了花生产业产品的品质，制约着农民经济效益的提高，降低了我国在花生出口领域中的国际竞争力。花生清选除杂工作以其减轻劳动强度、提高作业效率、降低成本、提高花生产量等优点而受到人们的广泛关注。目前，尤其在机械化播种和机械化收获方面技术已较为成熟，但是在机械化清选除杂作业中，一方面受现有花生清选除杂作业设备发展水平的限制，市场上还未有通过设备间的相互调节达到花生清选除杂要求的装置，严重制约花生机械化清选除杂的工作效率，增大了花生清选除杂工作的难度与成本。另一方面，当前的花生清选除杂设备发展程度还不成熟、不完善，存在除杂效率不够高、效益增加有限等显著问题，特别是对残膜、轻质茎秆的除杂难以实现。鉴于现状，亟需研发一种具有除杂率高、运行成本低、清选除杂质量高的花生清选除杂技术方案，达到提高花生清选除杂洁净度、降低作业成本、增加经济效益的要求，对促进现代花生产业体系进步具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术为解决现有设备花生清选除杂率低、含杂率高、损失率大的技术问题，提出一种基于自适应感知的花生清选除杂变频控制系统及控制方法，通过喂入量检测装置感应花生喂入量大小，并由控制器根据喂入量大小自动调节振动电机的频率，进而改变电机转速，在保证花生清选除杂品质的前提下，降低花生清选除杂装置的能耗，提高清选除杂的整体效能。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：本专利技术提出一种基于自适应感知的花生清选除杂变频控制方法，包括以下步骤：步骤S1、工况建模：根据待清选的花生中所含薄膜、茎叶和土块的含量建立工况模型，并通过实验建模分析获得每个工况模型下对应的振动电机和风机的初始最佳速度；步骤S2、自适应速度控制：依据喂入量检测装置采集的喂入量信息数据，由控制器分析获得振动电机和风机的速度变化值，并将分析获得的速度变化值对应的频率调节量分别对应的传输给电机变频器和风机变频器，实现对振动电机和风机转速的调整，具体包括：步骤S21、数据采集及误差补偿：(1)硬件设计预补偿：所述喂入量检测装置设置在花生清选除杂机喂料入口处，包括齿状安装板及对称设置在齿状安装板上的多个长条状齿片，长条状齿片上设置有应变片传感器，所述长条状齿片采用铁质材料制作，且长条状齿片的谐振频率点高于喂料入口部位的振动频率；(2)软件设计预补偿：不同转速下，偏移误差的确定：根据振动电机和风机的实际转速运行范围，设定多组不同梯度的速度值，分别记录每组数据下所有应变片传感器的输出，用于自适应控制时的补偿和纠正；步骤S22、喂入量信息提取：(1)单个应变片传感器数值确定：基于步骤S21中软件设计预补偿过程中所设定的速度值及对应转速下每个应变片传感器对应的输出，利用最小二乘法求取拟合曲线，进而根据振动电机和风机的实际速度，获得各应变片传感器当前的补偿量，进而获得补偿后每个应变片传感器的数值；(2)实际喂入量信息的确定：对于所获得的补偿后的每个应变片传感器的数值P1，P2……Pi，i为应变片传感器的数量，则当前的实际喂入量Y采取权值的方法进行数据融合处理获得，即：错误！未找到引用源。其中，α1，α2……αi分别为i个应变片传感器对应的权值；步骤S23、振动电机及风机转速确定：基于实际喂入量信息Y分别获得振动电机速度变化值及风机电机速度变化值：振动电机速度变化值＝喂入量×3.12风机电机速度变化值＝喂入量×6.68进而，将振动电机的速度变化值和风机电机的速度变化值转换为频率，分别由其对应的变频器实现控制。进一步的，所述步骤S2中，在实现自适应速度控制时，还包括对花生湿度进行检测的步骤，通过湿度传感器将检测的花生湿度传输至控制器进行分析处理；鉴于湿度传感器类型的不同，将所采集的湿度信息进行量程处理并映射到0-100之间：建立湿度与振动电机和风机电机转速之间的关系式：振动电机速度变化值＝湿度值×1.42风机电机速度变化值＝湿度值×5.45进而，将振动电机的速度变化值和风机电机的速度变化值转换为频率，分别由其对应的变频器实现控制。进一步的，所述步骤S2中，在实现自适应速度控制时，还包括对花生湿度进行检测的步骤，并将检测获得的湿度信息划分为“偏干、中等、偏湿”三个档位，通过建模分析获得每个档位下的振动电机和风机的速度变化量，实现结合湿度信息的振动电机和风机电机转速自适应调整。进一步的，所述步骤S1中所述建立的工况模型包括：模型1：薄膜少、茎叶少、土块少；模型2：薄膜少、茎叶少、土块多；模型3：薄膜少、茎叶多、土块少；模型4：薄膜少、茎叶多、土块多；模型5：薄膜多、茎叶少、土块少；模型6：薄膜多、茎叶少、土块多；模型7：薄膜多、茎叶多、土块少；模型8：薄膜多、茎叶多、土块多。进一步的，所述步骤S22中，在确定实际喂入量信息时，先根据具体的工况类型对数值处于异常状态的应变片传感器数据进行剔除，在确定每个应变片传感器对应的权值时，将所有的应变片传感器的实际数值进行降序排列，并依据有效传感器的数目进行权值分配。进一步的，所述步骤S21中所述的长条状齿片的数量为6个，对应的应变片传感器的数量同样为6个，使得应变片传感器呈空间上的分布式布局，以避免某个应变片传感器坏掉不能检测，实现冗余。进一步的，所述步骤S21中所述的长条状齿片的刚度系数为1.526±0.316N/mm。本专利技术另外还提出一种基于自适应感知的花生清选除杂变频控制系统，包括花生清选除杂机及其控制器；花生清选机上设置有花生喂入量检测装置、湿度检测传感器、风机及风机变频器、振动电机及电机变频器；所述风机变频器、电机变频器、花生喂入量检测装置及花生湿度检测传感器均与控制器电连接，所述花生喂入量检测装置包括齿状安装板及对称设置在齿状安装板上的多个长条状齿片，长条状齿片上设置有应变片传感器；所述风机和风机变频器设置在花生清选除杂机机架的上部，振动电机和电机变频器设置在花生清选除杂机机架的下部，花生清选除杂机包括倾斜设置的振动网筛，所述振动网筛与振动电机相连，花生喂入量检测装置设置在花生喂料口处；所述控制器包括模型建立模块、误差纠正模块、数据分析模块以及速度-频率转换及传输模块，所述模型建立模块根据待清选的花生中所含薄膜、茎叶和土块的含量建立工况模型，并通过实验建模分析获得每个工况模型下对应的振动电机和风机的初始最佳速度；所述误差纠正模块根据振动电机和风机的实际转速运行范围，设定多组不同梯度的速度值，分别记录每组数据下所有应变片传感器的输出，用于自适应控制时的补偿和纠正；所述数据分析模块依据喂入量检测装置采集的喂入量信息数据，并结合误差纠正模块所获得的纠正偏移量，由数据分析模块分析获得振动电机和风机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于自适应感知的花生清选除杂变频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、工况建模：根据待清选的花生中所含薄膜、茎叶和土块的含量建立工况模型，并通过实验建模分析获得每个工况模型下对应的振动电机和风机的初始最佳速度；步骤S2、自适应速度控制：依据喂入量检测装置采集的喂入量信息数据，由控制器分析获得振动电机和风机的速度变化值，并将分析获得的速度变化值对应的频率调节量分别传输给振动电机变频器和风机变频器，实现对振动电机和风机转速的调整，具体包括：步骤S21、数据采集及误差补偿：(1)硬件设计预补偿：所述喂入量检测装置设置在花生清选除杂机喂料入口处，包括齿状安装板及对称设置在齿状安装板上的多个长条状齿片，长条状齿片上设置有应变片传感器，所述长条状齿片采用铁质材料制作，且长条状齿片的谐振频率点高于喂料入口部位的振动频率；(2)软件设计预补偿：不同转速下，偏移误差的确定：根据振动电机和风机的实际转速运行范围，设定多组不同梯度的速度值，分别记录每组数据下所有应变片传感器的输出，用于自适应控制时的补偿和纠正；步骤S22、喂入量信息提取：(1)单个应变片传感器数值确定：基于步骤S21中软件设计预补偿过程中所设定的速度值及对应转速下每个应变片传感器对应的输出，利用最小二乘法求取拟合曲线，进而根据振动电机和风机的实际速度，获得各应变片传感器当前的补偿量，进而获得补偿后每个应变片传感器的数值；(2)实际喂入量信息的确定：对于所获得的补偿后的每个应变片传感器的数值P1，P2……Pi，i为应变片传感器的数量，则当前的实际喂入量Y采取动态权值的方法进行数据融合处理获得，即：错误！未找到引用源。其中，α1，α2……αi分别为第i个应变片传感器对应的权值；步骤S23、振动电机及风机转速确定：基于实际喂入量信息Y分别获得振动电机速度变化值及风机电机速度变化值：振动电机速度变化值＝喂入量×3.12风机电机速度变化值＝喂入量×6.68进而，将振动电机的速度变化值和风机电机的速度变化值转换为频率，分别由其对应的变频器实现控制。...

【技术特征摘要】
1.基于自适应感知的花生清选除杂变频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、工况建模：根据待清选的花生中所含薄膜、茎叶和土块的含量建立工况模型，并通过实验建模分析获得每个工况模型下对应的振动电机和风机的初始最佳速度；步骤S2、自适应速度控制：依据喂入量检测装置采集的喂入量信息数据，由控制器分析获得振动电机和风机的速度变化值，并将分析获得的速度变化值对应的频率调节量分别传输给振动电机变频器和风机变频器，实现对振动电机和风机转速的调整，具体包括：步骤S21、数据采集及误差补偿：(1)硬件设计预补偿：所述喂入量检测装置设置在花生清选除杂机喂料入口处，包括齿状安装板及对称设置在齿状安装板上的多个长条状齿片，长条状齿片上设置有应变片传感器，所述长条状齿片采用铁质材料制作，且长条状齿片的谐振频率点高于喂料入口部位的振动频率；(2)软件设计预补偿：不同转速下，偏移误差的确定：根据振动电机和风机的实际转速运行范围，设定多组不同梯度的速度值，分别记录每组数据下所有应变片传感器的输出，用于自适应控制时的补偿和纠正；步骤S22、喂入量信息提取：(1)单个应变片传感器数值确定：基于步骤S21中软件设计预补偿过程中所设定的速度值及对应转速下每个应变片传感器对应的输出，利用最小二乘法求取拟合曲线，进而根据振动电机和风机的实际速度，获得各应变片传感器当前的补偿量，进而获得补偿后每个应变片传感器的数值；(2)实际喂入量信息的确定：对于所获得的补偿后的每个应变片传感器的数值P1，P2……Pi，i为应变片传感器的数量，则当前的实际喂入量Y采取动态权值的方法进行数据融合处理获得，即：错误！未找到引用源。其中，α1，α2……αi分别为第i个应变片传感器对应的权值；步骤S23、振动电机及风机转速确定：基于实际喂入量信息Y分别获得振动电机速度变化值及风机电机速度变化值：振动电机速度变化值＝喂入量×3.12风机电机速度变化值＝喂入量×6.68进而，将振动电机的速度变化值和风机电机的速度变化值转换为频率，分别由其对应的变频器实现控制。2.根据权利要求1所述的基于自适应感知的花生清选除杂变频控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，在实现自适应速度控制时，还包括对花生湿度进行检测的步骤，通过湿度传感器将检测的花生湿度传输至控制器进行分析处理；鉴于湿度传感器类型的不同，将所采集的湿度信息进行量程处理并映射到0-100之间：建立湿度与振动电机和风机电机转速之间的关系式：振动电机速度变化值＝湿度值×1.42风机电机速度变化值＝温度值×5.45进而，将振动电机的速度变化值和风机电机的速度变化值转换为频率，分别由其对应的变频器实现控制。3.根据权利要求1所述的基于自适应感知的花生清选除杂变频控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，在实现自适应速度控制时，还包括对花生湿度进行检测的步骤，并将检测获...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓宁，王东伟，岳丹松，官洪民，李辉，张钦，陈成英，郑金明，马宁，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37