一种联合收割机喂入量调控系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种联合收割机喂入量调控系统和方法，该调控系统包括IMU1、IMU2、压力传感器、GPS接收器和控制器，当前喂入量在额定范围内，保持割台高度和收割机的作业速度不变，当喂入量不在额定范围内，IMU检测车身姿态和割台倾斜输送器姿态，组合得到割台高度和该高度下对应的当前液压缸位置，通过预设期望割台高度，得到的期望割台液压缸位置，由期望割台液压缸位置和当前液压缸位置误差，进而通过控制器调节比例阀驱动液压缸伸缩，控制割台高度稳定在期望位置；基于速度变化量，控制器通过调节流量阀来控制液压马达转速，进而稳定车速在变化后的数值。本发明专利技术联合割台高度和前进速度，保持稳定的喂入量和维持高效的作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种联合收割机喂入量调控系统和方法
本专利技术属于农业自动化领域，具体地涉及一种联合收割机喂入量调控系统和方法。
技术介绍
联合收割机是农业生产中的重要装备。随着实际作业场景和应用规模的不断扩大，收割机的自动化程度已成为一个重要的研究方向。实现收割机的喂入量稳定控制，有利于降低籽粒损失率和提高工作效率。影响收割机喂入量的因素较多，且人工判断需要丰富的先验知识，在传统收割机作业时，需要驾驶员关注农作物密度、割茬高度和前进速度等，以使收割机喂入量稳定，这样的工作方式会增大驾驶员的劳动强度。现有技术中通过在收割机输送轴、割台动力轴和滚筒轴等部位安装扭矩传感器对喂入量进行检测，但扭矩传感器安装对机体改动较大，不易固定，且存在测量精度不高、信息滞后等问题；现有技术还通过机器视觉或者激光雷达，对收割机前方作物进行密度估计，结合作业速度调节来控制喂入量，但实际测量结果易受光照影响且运算速率慢，同时未考虑割茬高度和前进速度同时调控，仅通过收割速度的单一调控来实现喂入量的稳定控制；现有技术还通过仿形板或超声波等传统测距装置来控制割茬高度，但易受秸秆和泥土等影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种联合收割机喂入量调控系统和方法，根据喂入量大小和田间路面起伏，通过调整联合收割机割台高度和前进速度，保持稳定的喂入量和维持高效的作业效率。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种联合收割机喂入量调控方法，具体为：若联合收割机的当前喂入量在额定范围内，保持当前割台高度和收割机当前车速，在保持当前割台高度的过程中，控制器基于割台液压缸位置偏差e，输出控制比例阀的信号u(k)；所述割台液压缸位置偏差e为：其中：L3为倾斜输送器旋转轴心到割台前端的距离，L4为倾斜输送器旋转轴心离地高度，C为倾斜输送器的期望倾角，且θ为割台平面的倾角，β为车身水平倾角，Hd为预设割台期望高度，h1为倾斜输送器旋转轴心离地高度，L1为倾斜输送器旋转轴心到割台的距离，L2为割台到收割机履带后轮的距离；所述信号u(k)为：u(k)＝kp*e(k)+kd*[e(k)-e(k-1)]其中：kp、kd均为预设控制参数；若联合收割机的当前喂入量不在额定范围内，调节作业速度和割台高度来稳定喂入量，所述作业速度的调节过程为：基于当前喂入量与额定喂入量的差值，得到速度变化量，稳定车速在变化后的数值；所述割台高度的调节过程为：根据割台的高度变化Δh，更新预设割台期望高度Hd，再基于割台液压缸位置偏差e′，输出控制比例阀的信号u′(k)。进一步地，所述割台平面的倾角θ和车身水平倾角β，通过状态方程、观测方程、卡尔曼增益、先验估计协方差和后验估计协方差对真实观测值和预测值进行融合得到。进一步地，所述状态方程为：其中：α为倾角，ωgyro为陀螺仪测得的角速度，b为陀螺仪漂移误差，T为采样时间，δgyro为陀螺仪的测量噪音。进一步地，所述观测方程为：其中：αacc为角度值，α为倾角，b为陀螺仪漂移误差，δacc为加速度计的测量噪音。进一步地，所述割台的高度变化其中Δq为当前喂入量与额定喂入量的差值，f为作业速度受喂入量变化的影响度，R为谷草比，h2为作物穗层离地高度，B为割副宽度，M为单位面积内农作物平均产量，ΔV是速度变化量，且一种联合收割机喂入量调控系统，包括惯性测量单元IMU1、惯性测量单元IMU2、压力传感器、GPS接收器和控制器，IMU1安装在倾斜输送器外壳体处，IMU2安装在粮仓上方与车体水平处，压力传感器安装在倾斜输送器底板处，GPS接收器安装驾驶室上方空旷处；所述惯性测量单元IMU1、惯性测量单元IMU2、压力传感器、GPS接收器均与控制器进行通信。上述技术方案中，所述惯性测量单元IMU1得到割台平面的倾角θ，惯性测量单元IMU2得到车身水平倾角β，进而获取割台离地实时高度其中h1为倾斜输送器旋转轴心离地高度，L1为倾斜输送器旋转轴心到割台的距离，L2为割台到收割机履带后轮的距离。上述技术方案中，所述压力传感器，用于间接获取当前喂入量大小。上述技术方案中，所述控制器判断喂入量是否在额定范围内，基于割台液压缸位置偏差，调节割台高度，基于当前喂入量与额定喂入量的差值，调节作业速度。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术通过两个设置在联合收割机不同位置的IMU检测的数据，处理后分别得到割台倾角的预测值、车身倾角的预测值，从而获取割台的实时高度，无需与地面接触测量，不易受地面泥块和割茬的影响，与传统仿形装置或超声波测量割台高度相比，提高了检测的准确性。(2)本专利技术通过压力传感器间接获取联合收割机的当前喂入量，当喂入量在额定范围内，保持当前割台高度和收割机当前车速，在保持当前割台高度的过程中，控制器基于割台液压缸位置偏差，输出控制比例阀的信号，由液压缸的伸缩，保证割台高度始终处于期望位置；如果喂入量不在额定范围内，通过调节作业速度和割台高度来稳定喂入量，基于当前喂入量与额定喂入量的差值，得到速度变化量，调节流量阀来控制液压马达转速，进而稳定车速在变化后的数值，保证喂入量在额定范围内；根据割台的高度变化，更新预设割台期望高度，再基于割台液压缸位置偏差，输出控制比例阀的信号，实现割台高度的调节。本专利技术通过调整联合收割机割台高度和前进速度，保持稳定的喂入量和维持高效的作业效率。附图说明图1为本专利技术所述联合收割机喂入量调控系统组件安装位置示意图；图2为本专利技术所述联合收割机喂入量调控系统框图；图3为本专利技术所述联合收割机喂入量调控方法流程图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。如图1和图2所示，一种联合收割机喂入量调控系统，包括惯性测量单元IMU1、惯性测量单元IMU2、压力传感器、GPS接收器和控制器。其中IMU1安装在倾斜输送器外壳体处，用以检测割台平面的倾角；IMU2安装在粮仓上方与车体水平处，IMU2的加速度计和陀螺仪采集的原始数据，一方面经卡尔曼滤波后得到车身水平姿态，另一方面和GPS数据组合，经卡尔曼滤波后得到车身精准的前进速度；GPS接收器安装驾驶室上方空旷处；压力传感器安装在倾斜输送器底板处；控制器负责传感器信号处理和控制信号输出，通过液压系统调整割台高度和收割机的作业速度。割台高度随路面起伏、收割机的作业速度波动都会对喂入量产生影响，当前喂入量在额定范围内，保持割台高度和收割机的作业速度不变。收割的谷物通过倾斜输送器时，谷物对过桥底板的压力和喂入量呈线性正相关，故通过压力传感器可间接获取当前喂入量大小，当喂入量在额定值外时，通过调节割台高度和收割机的作业速度，控制喂入量稳定，具体为：IMU检测车身姿态和割台倾斜输送器姿态，二者组合得到割台高度和该高度下对应的当前液压缸位置，通过预设期望割台高度Hd，得到的期望割台液压缸位置，由期望割台液压缸位置和当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种联合收割机喂入量调控方法，其特征在于：/n若联合收割机的当前喂入量在额定范围内，保持当前割台高度和收割机当前车速，在保持当前割台高度的过程中，控制器基于割台液压缸位置偏差e，输出控制比例阀的信号u(k)；/n所述割台液压缸位置偏差e为：/n

【技术特征摘要】
1.一种联合收割机喂入量调控方法，其特征在于：
若联合收割机的当前喂入量在额定范围内，保持当前割台高度和收割机当前车速，在保持当前割台高度的过程中，控制器基于割台液压缸位置偏差e，输出控制比例阀的信号u(k)；
所述割台液压缸位置偏差e为：



其中：L3为倾斜输送器旋转轴心到割台前端的距离，L4为倾斜输送器旋转轴心离地高度，C为倾斜输送器的期望倾角，且θ为割台平面的倾角，β为车身水平倾角，Hd为预设割台期望高度，h1为倾斜输送器旋转轴心离地高度，L1为倾斜输送器旋转轴心到割台的距离，L2为割台到收割机履带后轮的距离；
所述信号u(k)为：
u(k)＝kp*e(k)+kd*[e(k)-e(k-1)]
其中：kp、kd均为预设控制参数；
若联合收割机的当前喂入量不在额定范围内，调节作业速度和割台高度来稳定喂入量，所述作业速度的调节过程为：基于当前喂入量与额定喂入量的差值，得到速度变化量，稳定车速在变化后的数值；所述割台高度的调节过程为：根据割台的高度变化Δh，更新预设割台期望高度Hd，再基于割台液压缸位置偏差e′，输出控制比例阀的信号u′(k)。


2.根据权利要求1所述的联合收割机喂入量调控方法，其特征在于，所述割台平面的倾角θ和车身水平倾角β，通过状态方程、观测方程、卡尔曼增益、先验估计协方差和后验估计协方差对真实观测值和预测值进行融合得到。


3.根据权利要求2所述的联合收割机喂入量调控方法，其特征在于，所述状态方程为：



其中：α为倾角，ωgyro为陀螺仪测得的角速度，b为陀螺仪漂移误差，T为采样时间，δgyro为陀螺仪的测量噪音。

【专利技术属性】
技术研发人员：魏新华，刘青山，张敏，王爱臣，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32