植保机械双钟摆喷杆悬架系统的建模与控制

论文摘要

随着农业科学技术的迅猛发展,植保机械更加大型化、智能化。然而植保机械喷杆长度的增加,在实际工作中遇到不平坦的路面或干扰时会造成喷杆两侧末端位置发生巨大变化,从而造成农药的过喷、漏喷等现象,不仅对土壤和我们赖以生存的环境造成污染,而且还会对人类的健康带来威胁。因此,控制喷杆的位置稳定是至关重要的。针对大型的喷杆式植保机械的喷杆位置控制无法较好地跟踪设定的高度,特别是在路面的不平坦和颠簸的情况下,本文针对双钟摆喷杆悬架系统进行了建模、位置跟踪控制和位置跟踪鲁棒控制研究,具体内容如下:首先,本文分析了双钟摆喷杆悬架系统的结构和工作原理,并采用第二类Lagrange动力学方程对植保机械的双钟摆喷杆悬架系统进行建模,得到了系统的非线性数学模型,然后在系统的工作点处,在假设角度足够小的情况下,对系统进行线性化,得到了系统的状态空间形式以及系统的精确模型,以满足控制器的设计需求。然后,在得到系统的机理模型后,建立了系统的增广状态空间模型,给出了二次型性能指标,并采用最优控制策略设计跟踪控制器,使喷杆的角度快速调节至期望输出角度并使系统的输出跟踪误差收敛于零,通过仿真实验证明所设计的控制器具有较好的可行性和有效性。考虑到系统建模时进行了线性化过程以及在实际工况下遇到干扰因素使系统模型存在一定的误差,因此,为了使基于模型的控制器设计满足喷杆的实际控制的准确性,在原有模型的基础上引入了参数的不确定性,并采用位置跟踪鲁棒控制策略设计了控制器,使喷杆和水平方向夹角和路面倾角或冠层保持平行,并对系统进行了Lyapunov闭环系统的稳定性和跟踪性的证明。选取了多个不确定性参数对系统进行仿真,同时引入了摆杆偏移角度和速度对系统的影响情况测试,仿真结果表明所设计的控制器可以调节喷杆与地面保持平行以及较好地跟踪路面起伏的性能,实现良好的仿形控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 植保机械喷杆悬架系统的国内外研究现状
•     1.2.1 国外发展研究现状
•     1.2.2 国内发展研究现状
•   1.3 研究内容与论文结构
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 论文结构
•   1.4 本章小结
• 第2章 植保机械双钟摆喷杆悬架系统建模
•   2.1 引言
•   2.2 双钟摆喷杆悬架系统
•   2.3 双钟摆喷杆悬架系统建模
•   2.4 系统模型的线性化
•   2.5 本章小结
• 第3章 植保机械双钟摆喷杆悬架系统最优控制器设计
•   3.1 引言
•   3.2 线性二次型最优控制
•   3.3 线性二次型最优控制算法
•     3.3.1 线性二次型问题
•     3.3.2 无限时间问题
•   3.4 植保机械双钟摆喷杆悬架系统的线性二次型最优控制器设计
•   3.5 系统仿真结果及分析
•   3.6 本章小结
• 第4章 双钟摆喷杆悬架系统鲁棒控制器设计
•   4.1 引言
•   4.2 鲁棒控制概述
•   4.3 植保机械双钟摆喷杆悬架系统的鲁棒控制器设计
•   4.4 系统仿真结果及分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苗昊卿

导师: 苏锡辉,李树江

关键词: 喷杆悬架系统,双钟摆,第二类动力学方程,最优控制,鲁棒控制

来源: 沈阳工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 数学,农业工程,植物保护

单位: 沈阳工业大学

分类号: O231;S49

总页数: 65

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