水田激光平地机非线性水平控制系统
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广东省自然科学基金资助项目(S2012010010990)和引进国际先进农业科学技术计划(948计划)重点项目(2011-G32)


Design of Nonlinear Leveling Control System for Paddy Land Leveler
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    摘要:

    为使水田激光平地机的平地铲在受到干扰偏离水平位置时能够迅速回复水平,设计了基于角速度-偏差角度的非线性PID控制器的平地铲调平控制系统,使平地铲零角速度渐近回到水平位置,实现零超调,提高了平地机水平控制精度和稳定性。根据平地机的机械液压系统结构搭建了平地铲调平系统动力学模型,推导了传递函数,基于剩余路径确定允许最小角度的非线性控制,设计了水平调平闭环控制系统方案。采用标准姿态航向参考系统AHRS检测平地铲实时倾角与角速度,TMS320F28035芯片作为控制器,设计制作了水平控制系统电路,依据传感器数据通过非线性PID位置控制算法计算出控制量,并通过PWM驱动电路实现平地铲水平控制。在华南农业大学研制的水田激光平地机上,进行了实验室测试与田间试验验证。测试结果表明,水平控制系统响应迅速,实现了平地铲渐进逼近水平位置的控制效果,超调小,稳态误差趋于零,平地铲基本控制在水平位置±1°以内,平地铲工作稳定。

    Abstract:

    A leveling control system is necessary for keeping the plow level during the laser controlled paddy field leveler’s operation. A nonlinear double closed loop control scheme is proposed to minimize the overshooting in the controlled inclination angle, where the angular speed control and inclination angle of the plow are controlled in the inner and outer loop, respectively. The overshooting minimization is achieved by manipulating the angular speed of the plow according to the remaining path nonlinearly to the level position so that the plow approaches to the level position with zero angular speed. Also included are the hydro mechanical plant’s transfer function analysis for the leveler and the overall control system design. Such an control system was implemented incorporating AHRS(heading and heading reference system) and TMS320F28035 microcontroller, and lab and field tests with a prototype paddy land leveler show that the plow would respond to leveling error quickly, returning to the level position asymptotically with a maximum leveling deviation within ±1°.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

陈君梅,赵祚喜,陈嘉琪,俞 龙,叶 娟.水田激光平地机非线性水平控制系统[J].农业机械学报,2014,45(7):79-84.

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  • 收稿日期:2013-12-31
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  • 在线发布日期: 2014-07-10
  • 出版日期: 2014-07-10