[發明專利]一種菱形四輪中耕機主動調平系統及方法

在審

• 申請號: 201910215896.8
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109901602A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 劉慶庭;甘翔天;武濤;鄒小平;張增學;徐鳳英;陳曉光;朱墨進;楊鵬輝;張順生
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

本發明涉及一種菱形四輪中耕機主動調平系統，包括傳感器、控制器和執行器；其中傳感器包括用于實時測量菱形四輪中耕機行駛加速度的三軸加速度傳感器、用于分別實時測量菱形四輪中耕機行駛角速度的陀螺儀Ⅰ和陀螺儀Ⅱ；三軸加速度傳感器、陀螺儀Ⅰ和陀螺儀Ⅱ分別與控制器電連接；控制器與執行器電連接。該系統提高菱形四輪中耕機的自動化程度；有效改善其作業條件，減小作業時的側翻安全隱患；提高菱形四輪中耕機作業時的穩定性和舒適性。還涉及一種菱形四輪中耕機主動調平方法。在調平過程中采集角速度信號計算菱形四輪中耕機的姿態角Ⅱ做負反饋判斷，提高調平精確性。

技術領域

本發明涉及農業機械技術控制領域，尤其涉及一種菱形四輪中耕機主動調平系統及方法。

背景技術

目前，在諸如甘蔗、玉米等高桿作物機械化植保技術過程中，中耕培土、除草、施肥是生產過程中的重要環節。菱形四輪中耕機不僅具有可一次性完成松土、除草、培土和施肥作業等通用中耕機具有的特點，又因為其獨特的機械結構更加適用于甘蔗、玉米等高桿作物，而成為高桿作物機械化管理的主要發展方向。但是目前，國內菱形四輪中耕機的作業自動化水平較低，同時也存在諸如作業過程中操作難度較大、作業質量較差以及容易傾翻等問題。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種菱形四輪中耕機主動調平系統，該系統提高菱形四輪中耕機的自動化程度；有效改善其作業條件，減小作業時的側翻安全隱患；提高菱形四輪中耕機作業時的穩定性和舒適性。

本發明的另一目的是提供一種菱形四輪中耕機主動調平方法，該方法在調平過程中采集角速度信號計算菱形四輪中耕機的姿態角Ⅱ做負反饋判斷，提高調平精確性。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種菱形四輪中耕機主動調平系統，包括傳感器、控制器和執行器；其中傳感器包括用于實時測量菱形四輪中耕機行駛加速度的三軸加速度傳感器、用于分別實時測量菱形四輪中耕機行駛角速度的陀螺儀Ⅰ和陀螺儀Ⅱ；三軸加速度傳感器、陀螺儀Ⅰ和陀螺儀Ⅱ分別與控制器電連接；控制器與執行器電連接。采用陀螺儀Ⅰ和陀螺儀Ⅱ分別測量角速度是由于三軸加速度傳感器噪聲大，陀螺儀精度高、噪聲小但有積累誤差。因此，陀螺儀Ⅰ目的是與三軸加速度傳感器數據融合，得到新的更準確的數據。采用陀螺儀Ⅱ因為只需要瞬時值對比，沒有積累誤差，只需要陀螺儀Ⅱ數據就足夠了，可以減少運算量提高效率。

優選地，控制器包括A/D、D/A轉換器和單片機；執行器包括電磁閥和液壓油缸；通過單片機控制電磁閥的通斷使液壓油缸上下運動，實現調平。

優選地，單片機預先設定了預設角值。

優選地，傳感器放置在菱形四輪中耕機的質心位置，液壓油缸分別安裝于菱形四輪中耕機兩側的懸架上。

優選地，通過卡爾曼濾波器將加速度和陀螺儀Ⅰ測量的角速度的數據進行補償和信息整合得到姿態角Ⅰ。

優選地，通過陀螺儀Ⅱ測量的角速度的數據計算得到姿態角Ⅱ做負反饋判斷。

一種菱形四輪中耕機主動調平方法，預先在單片機設定預設角值，調平方法包括以下步驟：(1)利用三軸加速度傳感器、陀螺儀分別實時采集菱形四輪中耕機的加速度和角速度值；通過卡爾曼濾波器將加速度和陀螺儀Ⅰ測量的角速度的數據進行補償和信息整合得到姿態角Ⅰ；(2)比較姿態角Ⅰ與預設角，若姿態角Ⅰ小于預設角，則跳轉至步驟(1)；若姿態角大于等于預設角，則進入步驟(3)；(3)將步驟(1)得到的姿態角Ⅰ結合菱形四輪中耕機懸架的幾何關系解算得到車身被調至水平時各個懸架液壓缸的伸縮位移量；(4)將步驟(3)計算得到的液壓缸伸縮位移量，結合菱形四輪中耕機的液壓系統參數，計算得到各電磁閥的信號輸出量，控制電磁閥的通斷時間；(5)根據陀螺儀Ⅱ測量的角速度信號計算得到菱形四輪中耕機的姿態角Ⅱ并與預設角相比；若姿態角Ⅱ小于預設角則跳轉至(1)進行循環，若姿態角Ⅱ大于等于預設角則停止調平。