基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提供基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法和系统，在振动筛的下方布置多排籽粒计数传感器监测透过振动筛的籽粒数量；控制器将α、β和籽粒计数传感器的输出信号输入BP神经网络预测模型，获得筛面的径向分布系数V，将V代入水平姿态角模糊控制模型，得到水平姿态角转动量Δβ；将筛尾透筛籽粒量d代入倾角模糊控制模型，得到倾角转动量Δα，控制器根据水平姿态角转动量Δβ和倾角转动量Δα控制振动筛的倾角和姿态角。本发明专利技术在筛下一定区域监测透筛籽粒流量，通过模型预测出物料在振动筛面的分布状态，并提出定量描述指标，分别构建筛面水平姿态角和筛面倾角的模糊控制策略，实现振动筛面姿态的自动控制，提高控制系统的实时性和稳定性。控制系统的实时性和稳定性。控制系统的实时性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法和系统


[0001]本专利技术属于筛面姿态智能控制
，具体涉及一种基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法和系统。

技术介绍

[0002]筛分清选是谷物联合收获的关键作业环节，它可以将脱粒作业后，混合物中的籽粒和杂余进行分离，清洁的籽粒收集进入粮箱，杂余抛洒回田。
[0003]混合物料在筛面的分布状态是影响筛分作业性能的主要因素，物料分布越均匀，筛面的利用效率就越高，从而提高筛分作业性能。物料在筛面的分布会受到物料的喂入分布、筛面的振动参数和筛面姿态等综合因素的影响。受到地面起伏以及脱粒工作原理的影响，脱粒混合物喂入筛面时，沿筛面的径向不可能均匀，筛面采用传统的单一往复振动形式，难以实现物料在筛面的均匀分散透筛，损失率难以有效降低。要提高筛面姿态控制的合理性，就需要实时获取物料在振动筛面的分布状态，然而，筛分清选装置是一个封闭结构，物料在振动筛面始终处于运动状态，难以直接测量，目前广泛采用的在筛尾安装籽粒损失传感器，通过测量损失籽粒的分布情况进行反馈控制，不能够提供准确的控制依据，且存在较长的反馈时滞，导致控制性能不稳定。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法和系统，通过在筛下一定区域监测透筛籽粒流量，通过模型预测出物料在振动筛面的分布状态，并提出定量描述指标，分别构建筛面水平姿态角和筛面倾角的模糊控制策略，集成开发控制系统，实现振动筛面姿态的自动控制，提高控制系统的实时性和稳定性，对提高谷物的筛分效率和整机的作业性能有着重要的理论研究意义和实用价值。
[0005]本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种多自由度振动筛，在传统往复振动的基础上，通过并联机构可以实现筛面的水平姿态角和倾角的调节。
[0006]本专利技术的一个方式的目的之一是用于谷物联合收获作业时，实现多自由度振动筛面姿态的自动控制，通过关联性分析，获得筛面上方物料和透筛物料分布的相关系数，在相关系数较大的筛面轴向位置下方安装多组籽粒计数传感器，监测获得不同区域籽粒透筛状态；提出物料在筛面的径向分布系数计算方法，并采用神经网络构建籽粒在径向分布系数与传感器监测结果的数学模型，实时获取物料在筛面上方的分布状态；以径向分布系数为依据，构建筛面水平姿态角的模糊控制方法，根据筛尾部传感器监测的透筛籽粒数量，构建筛面倾角的模糊控制方法；以ARM为控制器，建立多自由度振动筛面姿态控制系统，对振动筛面水平姿态角和倾角进行自动控制，使物料在筛面上均匀离散分布，提高筛分效率、降低损失率。
[0007]注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本专利技术的一个方式并不需要实
现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
[0008]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009]一种基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，包括以下步骤：
[0010]在振动筛的下方布置多排籽粒计数传感器，通过籽粒计数传感器监测透过振动筛的籽粒数量，并将信号传递给控制器；
[0011]所述控制器内部建立BP神经网络预测模型、水平姿态角模糊控制模型和倾角模糊控制模型；
[0012]所述控制器计算得到振动筛的倾角α、水平姿态角β和筛尾透筛籽粒量d，将α、β和籽粒计数传感器的输出信号输入BP神经网络预测模型，获得筛面的径向分布系数V；将获得的径向分布系数V代入水平姿态角模糊控制模型，得到水平姿态角转动量Δβ；将筛尾透筛籽粒量d代入倾角模糊控制模型，得到倾角转动量Δα，控制器根据水平姿态角转动量Δβ和倾角转动量Δα控制振动筛的倾角和姿态角。
[0013]上述方案中，在所述振动筛的下方关联性区域布置多排籽粒计数传感器。
[0014]进一步的，所述振动筛的下方关联性区域是采用离散元DEM仿真方法分析振动筛筛面上方籽粒和透过振动筛的籽粒分布的关联性得到的相关系数的均值确定的；
[0015]所述相关系数的均值为：
[0016][0017]其中，m为仿真实验的组数，ρ
is
为第s组实验中第i行的相关系数。
[0018]上述方案中，所述径向分布系数V为：
[0019][0020][0021][0022]其中，k为仿真中振动筛划分的行数，r为仿真中振动筛划分的列数，P
j
为径向位置编号，P
j
关于0对称，j＝1,2,3
…
r，x
i
为筛面上第i行区域内籽粒量，i＝1,2,3
…
k，x
ij
为筛面上第i行第j列区域内籽粒量，V
i
是筛面第i行籽粒径向分布系数，w
i
是第i行的权重系数，W
i
是归一化后的第i行权重系数。
[0023]进一步的，所述径向分布系数V在[
‑
1，1]之间，其绝对值代表物料沿筛面分布的差异程度，正、负号代表筛面的中心的左侧和右侧，V越趋近于0代表分布越均匀。
[0024]上述方案中，所述筛尾透筛籽粒量d为：
[0025]所确定的筛子尾部、各关联性区域相关系数与对应区域籽粒计数传感器监测值的乘积之和。
[0026]一种实现所述的多自由度振动筛面姿态控制方法的系统，包括振动筛、籽粒计数传感器、位移传感器和控制器；
[0027]所述振动筛设有并联驱动机构、串联驱动机构约束连杆，能够实现两平移两转动，
其中所述并联驱动机构实现筛面绕X轴、Y轴的转动和Z轴的平动的三自由度运动，串联机构实现筛面一自由度往复运动；约束连杆的一端与机架连接，另一端与振动筛的侧面连接；
[0028]所述振动筛的下方布置多排籽粒计数传感器，籽粒计数传感器用于监测透过振动筛的籽粒数量，并将信号传递给控制器；
[0029]所述控制器内部建立BP神经网络预测模型、水平姿态角模糊控制模型和倾角模糊控制模型；
[0030]所述控制器根据计算得到振动筛的倾角α、水平姿态角β和筛尾透筛籽粒量d，将α、β和籽粒计数传感器的输出信号输入BP神经网络预测模型，获得筛面的径向分布系数V；将获得的径向分布系数V代入水平姿态角模糊控制模型，得到水平姿态角转动量Δβ；将筛尾透筛籽粒量d代入倾角模糊控制模型，得到倾角转动量Δα，控制器根据水平姿态角转动量Δβ和倾角转动量Δα控制振动筛的倾角和姿态角。
[0031]上述方案中，所述并联驱动机构包括四组并联的调节部件，分别为第一调节部件、第二调节部件、第三调节部件和第四调节部件；
[0032]每组调节均包括步进电机、丝杠、滑块、滑台底座和位移传感器；丝杠安装于滑台底座上，滑块和丝杠进行螺纹传动配合，在步进电机驱动下，滑块能够沿丝杠作直线运动；
[0033]每组驱动部件的滑台底座安装在机架上，滑块通过第四鱼眼轴承连接于连杆的一端，连杆的另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，其特征在于，包括以下步骤：在振动筛(2)的下方布置多排籽粒计数传感器，通过籽粒计数传感器监测透过振动筛(2)的籽粒数量，并将信号传递给控制器(15)；所述控制器(15)内部建立BP神经网络预测模型、水平姿态角模糊控制模型和倾角模糊控制模型；所述控制器(15)计算得到振动筛(2)的倾角α、水平姿态角β和筛尾透筛籽粒量d，将α、β和籽粒计数传感器的输出信号输入BP神经网络预测模型，获得筛面的径向分布系数V；将获得的径向分布系数V代入水平姿态角模糊控制模型，得到水平姿态角转动量Δβ；将筛尾透筛籽粒量d代入倾角模糊控制模型，得到倾角转动量Δα，控制器(15)根据水平姿态角转动量Δβ和倾角转动量Δα控制振动筛(2)的倾角和姿态角。2.根据权利要求1所述的基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，其特征在于，在所述振动筛(2)的下方关联性区域布置多排籽粒计数传感器。3.根据权利要求2所述的基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，其特征在于，所述振动筛(2)的下方关联性区域是采用离散元DEM仿真方法分析振动筛(2)筛面上方籽粒和透过振动筛(2)的籽粒分布的关联性得到的相关系数的均值确定的；所述相关系数的均值为：其中，m为仿真实验的组数，ρ
is
为第s组实验中第i行的相关系数。4.根据权利要求1所述的基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，其特征在于，所述径向分布系数V为：在于，所述径向分布系数V为：在于，所述径向分布系数V为：其中，k为仿真中振动筛划分的行数，r为仿真中振动筛划分的列数，P
j
为径向位置编号，P
j
关于0对称，j＝1,2,3
…
r，x
i
为筛面上第i行区域内籽粒量，i＝1,2,3
…
k，x
ij
为筛面上第i行第j列区域内籽粒量，V
i
是筛面第i行籽粒径向分布系数，w
i
是第i行的权重系数，W
i
是归一化后的第i行权重系数。5.根据权利要求4所述的基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，其特征在于，所述径向分布系数V在[
‑
1，1]之间，其绝对值代表物料沿筛面分布的差异程度，正、负号代表筛面的中心的左侧和右侧，V越趋近于0代表分布越均匀。6.根据权利要求1所述的基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法，其特征在于，所述筛尾透筛籽粒量d为：所确定的筛子尾部、各关联性区域相关系数与对应区域籽粒计数传感器监测值的乘积
之和。7.一种实现所述权利要求1
‑
6任意一项所述的基于透筛物料分布状态的多自由度振动筛控制方法的系统，其特征在于，包括振动筛(2)、籽粒计数传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子谦，赵湛，梁振伟，徐云峰，金明志，张亚男，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：