[发明专利]一种油菜联合收割机的转速闭环控制系统及控制方法

说明书

一种油菜联合收割机的转速闭环控制系统及控制方法，收割机的脱粒滚筒和清选风机分别配设有步进电机、减速器和转速传感器，转速传感器检测脱粒滚筒/清选风机的转速并输入控制器，步进电机‑减速器‑脱粒滚筒/清选风机‑控制器构成两路耦合PID闭环控制，工控机向控制器提供含杂率、喂入量和损失率参数作为参考输入。闭环控制根据参考输入和实际输出在线辨识系统模型参数，根据多变量解耦的自校正PID算法实时计算控制器输出，实现对脱粒滚筒和清选风机的转速闭环控制。本发明在线辨识油菜联合收割机工作状态数学模型，在此基础上用控制算法寻找控制效果最优参数，降低油菜籽的含杂率和损失率，解决滚筒及风机转速受干扰影响波动较大的问题。

技术领域

本发明属于机电控制技术领域，涉及油菜收割机的的脱粒滚筒及清选风机的控制，为一种油菜联合收割机的转速闭环控制系统。

背景技术

现代农业装备智能化，对油菜联合收割机的收获效率提出了更高的要求。其中，损失率是衡量收获效率的重要指标，也是农业装备检测验收的主要指标之一。清选风机的转速是损失率的主要影响因素之一，脱粒滚筒的转速对于油菜籽粒的损失也有一定影响。在发动机油门和负载两者干扰下，滚筒以及风机的转速会发生明显的波动，使得收获速度以及损失率不能达到预期目标。

现阶段收获装备控制滚筒、风机转速，多依赖于机械传动装置，缺乏独立、稳定、智能化的控制手段，损失率、含杂率高。并且关于损失率的多种影响因素耦合性较强，难以定量分析各因素耦合关系，因此需要添加一个控制系统，在线辨识油菜联合收割机工作状态数学模型，在此基础上用控制算法寻找控制效果最优参数，降低油菜籽的含杂率和损失率。

发明内容

本发明要解决的问题是：油菜联合收割机中，在发动机油门和负载两者干扰下，滚筒以及风机的转速会发生明显的波动，影响工作效率，油菜籽收获的含杂率和损失率不能达到预期。

本发明的技术方案为：一种油菜联合收割机的转速闭环控制系统，收割机的脱粒滚筒和清选风机分别配设有步进电机、减速器和转速传感器，转速传感器检测脱粒滚筒/清选风机的转速并输入控制器，步进电机-减速器-脱粒滚筒/清选风机-控制器构成两路耦合PID闭环控制，控制器连接工控机，工控机向控制器提供作物喂入量、含杂率和损失率参数作为参考输入，控制器输出脱粒滚筒和清选风机对应的转速参数。

进一步的，收割机设有疏密度摄像头、含杂率摄像头和损失率检测模块，两个摄像头及损失率检测模块均通过数据传输线与工控机连接，疏密度摄像头设置在收割机上部，用于采集收割机前方图像，工控机通过图像识别处理获得作物的疏密度，并计算得到喂入量；含杂率摄像头安装在收割机粮仓上方采集图像，工控机通过图像识别处理获得作物含杂率；损失率检测模块安装于收割机杂质出口处，用于检测作物损失率。

作为优选方式，减速器通过无级调速皮带盘连接脱粒滚筒/清选风机，步进电机安装在无级调速皮带盘外侧，由蓄电池供电，通过方向信号线、PWM信号线与工控机连接，减速器为蜗轮蜗杆减速器，减速器固定在步进电机端头，蜗轮蜗杆减速器与无级调速皮带盘通过链条连接，步进电机转动调节无级调速皮带盘的松紧，改变脱粒滚筒/清选风机的转速。

作为优选方式，转速传感器为磁性霍尔转速传感器，安装在滚筒及风机/清选风机转轴顶端，输出方式为NPN型集电极开路输出，通过信号输出线连接到控制器，经过上拉电路形成脉冲信号，通过计算一次采样周期内上升沿的数量来计算转速。

本发明还提供一种油菜联合收割机的转速闭环控制方法，基于上述油菜联合收割机的转速闭环控制系统，对联合收割机的脱粒滚筒和清选风机的转速进行耦合闭环控制，闭环控制的控制对象为脱粒滚筒转速和清选风机转速，输入为作物喂入量、作物含杂率和作物损失率，输出为脱粒滚筒及清选风机转速，转速转化为步进电机的PWM信号及方向信号反馈给步进电机，实现对脱粒滚筒和清选风机的联动转速闭环控制。

作为优选方式，根据多变量解耦的自校正PID方法进行PID闭环控制，得到对脱粒滚筒和清选风机转速的最优控制参数输出。