旋耕机组液压水平自动控制系统的研发

摘要

整地是农业生产的关键环节，平整的土地可以节水、利于作物的出苗和生长，对提高产量、减少整地作业劳动量具有十分重要的意义。随着农村土地的集约化生产，田块的面积在逐渐增大，水田用的旋耕机工作幅宽比传统的旋耕机增大很多，传统的旋耕机与拖拉机固定连接的三点悬挂装置已经不能适应宽幅的旋耕作业要求，需要研发旋耕机沿耕宽方向的工作深度不受到拖拉机机体的横向倾斜而变化的水平自动控制系统，使得旋耕机始终处于水平状态，各部位的耕深一致，保证旋耕作业后水田平整。为此，本文从软件和硬件两个方面，研制出了拖拉机旋耕机组的液压水平自动控制系统，主要研究内容和成果如下。
　　（1）综述了国内外农业机械配置液压水平自动控制系统的研究现状，分析了目前我国旋耕机作业时土地平整存在的问题，研究了农业机械水平控制的基本原理，提出了本课题研究的内容；
　　（2）研究了实现旋耕机液压水平自动控制的工作原理，提出了拖拉机双油缸横向水平自动控制和单油缸横向水平自动控制的方法，结合两个控制系统的工作特点，以单油缸横向水平控制系统为研究对象，研发了拖拉机旋耕机组液压水平自动控制系统；
　　（3）研究了水平自动控制装置的电气控制原理，完成了角度传感器等电气元件的选型，设计了系统的控制电路电源模块、微处理器模块、驱动模块等主要控制模块，并根据控制电路设计了PCB板，完成了控制器的硬件设计；
　　（4）针对设计的控制器，选用电液比例换向阀作为控制对象，编写了控制程序，对控制程序用到的PID算法进行MATLAB仿真，验证了控制算法的可行性；
　　（5）完成了水平自动控制装置控制器的制作、液压系统的设计和选型，把研发的液压水平自动控制系统安装在拖拉机上进行田间试验，试验证明本文研发的旋耕机组液压水平自动控制系统可以满足拖拉机旋耕作业的水平控制要求。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 研究内容

1.4 本章小结

第二章 水平自动控制系统方案设计及液压元件选型

2.1 三点悬挂装置工作原理

2.2 旋耕机组水平控制关键元件的选择

2.3 旋耕机组水平控制方案

2.4 单油缸水平自动控制系统方案

2.5 单油缸横向水平控制系统总成

2.6 单油缸横向水平控制液压系统

2.7 本章小结

第三章 旋耕机组液压水平自动控制系统的电气系统设计

3.1 角度传感器的选择

3.2 角位移传感器的选择

3.3控制器的设计

3.4 本章小结

第四章 旋耕机组液压水平自动控制系统的软件设计

4.1系统软件开发环境简介

4.2嵌入式程序的设计

4.3 水平控制系统算法

4.4 旋耕机组液压水平控制系统建模与仿真

4.5 本章小结

第五章 试验及结果分析

5.1 实物加工

5.2 控制器PWM波产生测试

5.3 实验及分析

5.4 田间实验

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果