甘蔗收获机入土切割预测控制系统的设计与试验研究
这是一篇关于甘蔗收获,入土切割,预测控制,负载压力,模型预测的论文, 主要内容为受甘蔗地形及甘蔗机收条件的影响,如何获取切割器的入土深度并使其保持合适深度是甘蔗收获机入土切割的一个难题。通过切割系统负载压力反映切割器的入土深度,以此为基础可实现甘蔗收获机入土切割深度自动控制。但常规的闭环控制系统存在适应性差以及可靠性低等缺点。因此,研制具有较高适应性以及可靠性的甘蔗收获机切割器入土切割预测控制系统,对甘蔗收获的机械化推广,具有重要意义。本文的研究内容主要分为以下几个方面:首先,本文通过不同土壤的切割系统负载压力影响因素正交试验,获得不同条件的切割系统负载压力。以正交试验结果作为训练样本,利用BP神经网络实现对切割系统负载压力的预测,为预测控制系统提供参考压力预测值。同时,通过入土深度单因素试验,探究入土深度和甘蔗对切割系统负载压力的影响,为确定预测控制系统参考压力预测值的上下限以及甘蔗信号的识别提供数据基础。其次,结合预测控制的基本原理和入土切割闭环控制系统,完成甘蔗收获机入土切割深度预测控制系统的方案设计并对系统进行稳定性以及理论误差分析。以组态王为OPC服务器,实现下位机PLC与负载压力预测模型的数据交换、入土切割历史数据的输出以及人机界面的设计。输出的入土切割历史数据为负载压力知识库系统提供数据基础,从而进一步优化预测模型。最后,将所建立预测控制系统应用于切割平台上并进行物理试验,试验结果表明,本文设计的预测控制系统能够较好地实现对不同土壤类型的切割系统负载压力进行预测,预测的平均相对误差为3.5%,最大相对误差为8.5%。以预测结果为系统的参考输入,实现对切割器的定深控制,且得出系统的最大控制误差为6mm左右,同时可有效识别甘蔗信号,满足实际甘蔗生产收获的要求。本文的主要研究内容可分为不同土壤的切割系统负载压力试验及预测、预测控制系统的设计以及系统的试验验证三个方面。对甘蔗收获机的入土切割的实际应用具有一定的参考意义。
智能在线混药控制系统的研究与实现
这是一篇关于在线混药,变量控制,静态混药器,混药均匀性,预测控制的论文, 主要内容为我国农业发展趋势由传统农业向精准农业过渡,变量喷雾技术是精准农业的重要组成部分,是精准农业中与食品安全和环境污染最密切相关的一个环节,是实现农业高效、优质、低耗、安全的有效途径。变量喷雾混药方式包括预先混药和在线混药两大类。目前,国内变量喷雾混药方式主要为预混式,在药液浓度不变的情况下通过改变施药量实现喷雾量变化,其不能根据不同地块病虫害程度不同改变药液浓度,另外作业时操作人员需与农药接触,对操作人员危害较大,存在农药用量大和污染环境的弊端。在线混药技术能够解决预混式混药存在的弊端,其通过分别设置药箱和水箱,采用外部能源或者动量交换的形式完成农药和水溶剂的在线混合。在线混药技术采取“因地施药”的策略,做到按需配药,精准施药,具有保证农药精确使用、避免农药浪费、提高农药利用率、避免操作者与农药接触和改善生态环境的优势。本文针对现有植保机械在线混药装置存在的问题,以减小在线混药系统传输时间延迟和保证混药均匀性为目标,设计用于变量喷雾和幅宽控制的注入式在线混药控制系统,采用喷雾泵出口端分多路注入药液的方式,安装SK静态混药器增强混药均匀性,控制独立分组电磁阀的启停实现作业幅宽控制。喷雾系统具有手动模式和自动模式,进行喷雾作业时,通过用户手动设定或者处方图提供的混药比对当前喷雾管路中的水溶剂流量和药液流量进行调节,及时调整控制喷头处的浓度,实现喷雾作业变量调节。具体的研究工作如下:(1)在线混药系统装置设计。首先对三种改变喷雾量的控制方式进行分析,设计了基于药液注入量调节的注入式在线混药装置,装置包括水溶剂调节系统和药液注入系统。其次对水溶剂调节系统两种调节方式进行分析对比确定采用旁路回流式调节水溶剂流量,对药液注入系统分析确定采用电磁计量泵注入药液。最后对系统主要部件进行了选型,搭建了在线混药实验平台。(2)在线混药控制系统研发。控制系统包括硬件部分和软件部分,首先设计制作了基于STM32F4芯片的控制器,包括最小系统单元、信号采集单元、电源转换单元和执行驱动单元,可完成流量、压力等数据采集和处理,电磁阀、电动调节阀和计量泵驱动等功能。其次设计了上位机,可用于水溶剂流量和药液流量设定与实时显示。(3)在线混药系统性能验证。在线混药系统采用高精度药液流量实时检测技术与DMC动态矩阵控制算法实现药液注入量检测与控制。为检验在线混药装置和系统的性能,进行喷雾混药比范围测定、喷雾一致性试验、实时动态响应测试和稳态误差测试、混药均匀性和稳定性测试等一系列试验,混药比范围测定试验表明混药比调节范围为12:1-150:1,满足一定范围和种类的农业喷雾作业需求;喷雾一致性试验表明各个喷头之间喷雾量一致;实时动态响应测试试验表明水溶剂流量稳态特性良好,水溶剂系统响应时间小于3s,超调量小于3%,DMC动态矩阵控制下系统药液注入各个阶段平均稳态误差不超过5%,系统响应时间小于5s;在不同混药比下进行混药均匀性和稳定性检测,混药均匀性和稳定性空间变异系数均小于5%,表明在线混药系统混药性能较好。
新型ETA冷却机自动控制
这是一篇关于ETA冷却机,工况识别,EEMD-WOA-DELM,预测控制的论文, 主要内容为在水泥工业生产中,篦冷机是冷却高温水泥熟料和进行热回收的关键设备,篦冷机的稳定运行对于水泥工业提高产品质量、降低生产能耗、减少废气排放具有重要的理论意义和社会价值。本文的研究立足于生产现场新引进的冷却机设备,通过智能算法结合实际应用,实现新引进冷却机设备的自动控制,保证设备处于高效稳定的运行状态,提高生产效率,降低操作员工作强度,提高生产现场自动化水平,同时达到节能减排降低能耗的目的。本文以生产现场新引进的新型ETA冷却机为研究对象,汲取传统篦冷机研究的优秀成果,结合新型ETA冷却机设备调试运行中遇到的问题,通过大量历史数据分析,设计新型ETA冷却机自动控制方案,并进行软件开发,实现对冷却机篦压的设定及控制,保证设备高效稳定运行。本文主要研究内容如下:(1)新型ETA冷却机研究分析。深入剖析新型ETA冷却机与传统篦冷机的差异,总结两者的异同之处,分析新型ETA冷却机的控制难点,设计ETA冷却机控制方案。(2)新型ETA冷却机典型工况划分。根据ETA冷却机工艺,选取与冷却机工况相关的变量;通过PSO-Kmeans算法对处理后的变量进行聚类分析,实现冷却机典型工况划分;设计基于RF-XGBoost的工况识别器对典型工况进行识别,识别准确率达到98.6%。(3)新型ETA冷却机篦压设定系统研究。针对划分出的冷却机典型工况,分析相应工况下的变量相关性;选取关键变量,建立基于EEMD-WOA-DELM的篦压预测模型和基于出口熟料温度的篦压补偿模型;通过以上两个模型组成篦压设定系统,通过篦压设定系统给出当前工况下的最优篦压设定值。(4)新型ETA冷却机篦压预测控制研究。采集生产现场数据,通过BP神经网络辨识得到冷却机的控制模型;将辨识得到的神经网络模型作为预测控制的预测模型,设计预测控制器,使冷却机篦压稳定在最优设定值附近。仿真结果表明,本文设计的控制器具有较高的控制精度和鲁棒性。(5)新型ETA冷却机自动控制系统开发。基于前文的研究内容,开发冷却机自动控制软件,采用模块化设计思想,软件主要包含用户登录模块、数据采集与存储模块、工况识别模块、篦压设定模块、预测控制模块等,通过各模块间的通信配合,实现冷却机的自动控制功能。
智能在线混药控制系统的研究与实现
这是一篇关于在线混药,变量控制,静态混药器,混药均匀性,预测控制的论文, 主要内容为我国农业发展趋势由传统农业向精准农业过渡,变量喷雾技术是精准农业的重要组成部分,是精准农业中与食品安全和环境污染最密切相关的一个环节,是实现农业高效、优质、低耗、安全的有效途径。变量喷雾混药方式包括预先混药和在线混药两大类。目前,国内变量喷雾混药方式主要为预混式,在药液浓度不变的情况下通过改变施药量实现喷雾量变化,其不能根据不同地块病虫害程度不同改变药液浓度,另外作业时操作人员需与农药接触,对操作人员危害较大,存在农药用量大和污染环境的弊端。在线混药技术能够解决预混式混药存在的弊端,其通过分别设置药箱和水箱,采用外部能源或者动量交换的形式完成农药和水溶剂的在线混合。在线混药技术采取“因地施药”的策略,做到按需配药,精准施药,具有保证农药精确使用、避免农药浪费、提高农药利用率、避免操作者与农药接触和改善生态环境的优势。本文针对现有植保机械在线混药装置存在的问题,以减小在线混药系统传输时间延迟和保证混药均匀性为目标,设计用于变量喷雾和幅宽控制的注入式在线混药控制系统,采用喷雾泵出口端分多路注入药液的方式,安装SK静态混药器增强混药均匀性,控制独立分组电磁阀的启停实现作业幅宽控制。喷雾系统具有手动模式和自动模式,进行喷雾作业时,通过用户手动设定或者处方图提供的混药比对当前喷雾管路中的水溶剂流量和药液流量进行调节,及时调整控制喷头处的浓度,实现喷雾作业变量调节。具体的研究工作如下:(1)在线混药系统装置设计。首先对三种改变喷雾量的控制方式进行分析,设计了基于药液注入量调节的注入式在线混药装置,装置包括水溶剂调节系统和药液注入系统。其次对水溶剂调节系统两种调节方式进行分析对比确定采用旁路回流式调节水溶剂流量,对药液注入系统分析确定采用电磁计量泵注入药液。最后对系统主要部件进行了选型,搭建了在线混药实验平台。(2)在线混药控制系统研发。控制系统包括硬件部分和软件部分,首先设计制作了基于STM32F4芯片的控制器,包括最小系统单元、信号采集单元、电源转换单元和执行驱动单元,可完成流量、压力等数据采集和处理,电磁阀、电动调节阀和计量泵驱动等功能。其次设计了上位机,可用于水溶剂流量和药液流量设定与实时显示。(3)在线混药系统性能验证。在线混药系统采用高精度药液流量实时检测技术与DMC动态矩阵控制算法实现药液注入量检测与控制。为检验在线混药装置和系统的性能,进行喷雾混药比范围测定、喷雾一致性试验、实时动态响应测试和稳态误差测试、混药均匀性和稳定性测试等一系列试验,混药比范围测定试验表明混药比调节范围为12:1-150:1,满足一定范围和种类的农业喷雾作业需求;喷雾一致性试验表明各个喷头之间喷雾量一致;实时动态响应测试试验表明水溶剂流量稳态特性良好,水溶剂系统响应时间小于3s,超调量小于3%,DMC动态矩阵控制下系统药液注入各个阶段平均稳态误差不超过5%,系统响应时间小于5s;在不同混药比下进行混药均匀性和稳定性检测,混药均匀性和稳定性空间变异系数均小于5%,表明在线混药系统混药性能较好。
甘蔗收获机入土切割预测控制系统的设计与试验研究
这是一篇关于甘蔗收获,入土切割,预测控制,负载压力,模型预测的论文, 主要内容为受甘蔗地形及甘蔗机收条件的影响,如何获取切割器的入土深度并使其保持合适深度是甘蔗收获机入土切割的一个难题。通过切割系统负载压力反映切割器的入土深度,以此为基础可实现甘蔗收获机入土切割深度自动控制。但常规的闭环控制系统存在适应性差以及可靠性低等缺点。因此,研制具有较高适应性以及可靠性的甘蔗收获机切割器入土切割预测控制系统,对甘蔗收获的机械化推广,具有重要意义。本文的研究内容主要分为以下几个方面:首先,本文通过不同土壤的切割系统负载压力影响因素正交试验,获得不同条件的切割系统负载压力。以正交试验结果作为训练样本,利用BP神经网络实现对切割系统负载压力的预测,为预测控制系统提供参考压力预测值。同时,通过入土深度单因素试验,探究入土深度和甘蔗对切割系统负载压力的影响,为确定预测控制系统参考压力预测值的上下限以及甘蔗信号的识别提供数据基础。其次,结合预测控制的基本原理和入土切割闭环控制系统,完成甘蔗收获机入土切割深度预测控制系统的方案设计并对系统进行稳定性以及理论误差分析。以组态王为OPC服务器,实现下位机PLC与负载压力预测模型的数据交换、入土切割历史数据的输出以及人机界面的设计。输出的入土切割历史数据为负载压力知识库系统提供数据基础,从而进一步优化预测模型。最后,将所建立预测控制系统应用于切割平台上并进行物理试验,试验结果表明,本文设计的预测控制系统能够较好地实现对不同土壤类型的切割系统负载压力进行预测,预测的平均相对误差为3.5%,最大相对误差为8.5%。以预测结果为系统的参考输入,实现对切割器的定深控制,且得出系统的最大控制误差为6mm左右,同时可有效识别甘蔗信号,满足实际甘蔗生产收获的要求。本文的主要研究内容可分为不同土壤的切割系统负载压力试验及预测、预测控制系统的设计以及系统的试验验证三个方面。对甘蔗收获机的入土切割的实际应用具有一定的参考意义。
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