[發(fā)明專利]一種電動(dòng)拖拉機(jī)用智能犁耕輔助系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110852269.2
• 申請(qǐng)日: 2021-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113455119A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張厚忠;徐林;陳樹人;施愛(ài)平;賈子璁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): A01B15/20
• 分類號(hào): A01B15/20;A01B15/00;B60Q9/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種電動(dòng)拖拉機(jī)用智能犁耕輔助系統(tǒng)，其特征在于，包括：視覺(jué)土壤類型識(shí)別模塊，滑轉(zhuǎn)率土壤識(shí)別模塊，耕地檢測(cè)與報(bào)警模塊、耕深控制模塊；

所述視覺(jué)土壤類型識(shí)別模塊通過(guò)攝像頭采集土壤圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)匹配獲得大致土壤的類別；

所述滑轉(zhuǎn)率土壤識(shí)別模塊根據(jù)視覺(jué)土壤類型識(shí)別模塊獲得的大致土壤的類別，進(jìn)一步計(jì)算利用附著系數(shù)，確定最終的土壤類型及對(duì)應(yīng)的滑移率門限值；

所述耕地檢測(cè)與報(bào)警模塊通過(guò)Logistic回歸模型判斷犁具是否發(fā)生碰撞，當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，發(fā)出報(bào)警提醒駕駛員、并停止系統(tǒng)工作；

所述耕深控制模塊根據(jù)滑轉(zhuǎn)率土壤識(shí)別模塊確定的土壤類型及滑轉(zhuǎn)率門限值，控制電控懸掛調(diào)節(jié)耕深。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)拖拉機(jī)用智能犁耕輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺(jué)土壤類型識(shí)別模塊通過(guò)圖像采集得到土壤照片，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配得到若干個(gè)個(gè)近似土壤類別，將匹配得到的大致類別通過(guò)CAN總線發(fā)送給滑轉(zhuǎn)率土壤識(shí)別模塊，滑轉(zhuǎn)率土壤識(shí)別模塊再通過(guò)輪速傳感器采集的轉(zhuǎn)速與速度雷達(dá)采集的車速等數(shù)據(jù)求解出利用附著系數(shù)，之后查表得到的理論利用附著系數(shù)與估算的路面附著系數(shù)做差，差值的絕對(duì)值最小的土壤類型就是實(shí)際土壤類型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電動(dòng)拖拉機(jī)用智能犁耕輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述滑轉(zhuǎn)率土壤識(shí)別模塊確定土壤類型的過(guò)程如下：

根據(jù)輪速傳感器信息與速度雷達(dá)信息得到車輪的速度和加速度，通過(guò)公式(1)得到滑移率：

式中：S為滑移率、w為車輪轉(zhuǎn)速、R為車輪半徑、V為車速。

建立車輪動(dòng)力學(xué)方程：

計(jì)算附著力：

根據(jù)附著力與附著系數(shù)關(guān)系F_φ＝μ_sF_Z1，得到路面附著系數(shù)為

式中：為附著力、F_f為驅(qū)動(dòng)輪所受阻力的合力、T_i為輪胎力矩之和；

將公式(4)估算得到的附著系數(shù)與預(yù)存儲(chǔ)的若干土壤理論附著系數(shù)進(jìn)行做差，差值絕對(duì)值最小時(shí)，此理論附著系數(shù)對(duì)應(yīng)的土壤就是本次耕作土地的土壤類型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)拖拉機(jī)用智能犁耕輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述耕地檢測(cè)與報(bào)警模塊：通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)記錄每次電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩變化率、功率變化率、車速變化率，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行Logistic回歸分析得到基本模型；當(dāng)本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)帶入Logistic回歸模型中結(jié)果大于0.5時(shí)認(rèn)為發(fā)生碰撞。如果發(fā)生碰撞，停止轉(zhuǎn)矩輸出并報(bào)警；所述模型公式如下：

Y＝α₁(T₂-T₁)+α₂(P₂-P₁)+α₃(V₂-V₁)+K (5)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)拖拉機(jī)用智能犁耕輔助系統(tǒng)，其特征在于，所述耕深控制模塊為閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，將目標(biāo)耕深和實(shí)際耕深的差值輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器輸出控制信號(hào)對(duì)懸掛控制電磁閥進(jìn)行控制，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制液壓缸的來(lái)控制懸掛機(jī)構(gòu)的上升與下降，達(dá)到控制犁具耕作深度的目的；

在運(yùn)行過(guò)程中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),調(diào)節(jié)PID控制器的參數(shù)Kp、Ki和Kd,最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)自適應(yīng)PID控制，提高控制系統(tǒng)魯棒性，輸出層神經(jīng)元的輸出狀態(tài)對(duì)應(yīng)于PID控制器的三個(gè)可調(diào)參數(shù)Kp、Ki和Kd并通過(guò)糾正學(xué)習(xí)算法進(jìn)行加權(quán)系數(shù)調(diào)整；

當(dāng)誤差輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制器后控制懸掛控制電磁閥進(jìn)而控制液壓缸中的液壓來(lái)驅(qū)動(dòng)懸掛進(jìn)而帶動(dòng)犁具的上下移動(dòng)，同時(shí)通過(guò)梨具位移傳感器和力傳感器采集到的信息通過(guò)耕深矯正得到實(shí)際耕深進(jìn)而形成閉環(huán)。