[发明专利]平地机的水平控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及平地机的水平控制系统及其控制方法。

背景技术

精细平整的水田可以保证农田水层深浅一致，节省农业用水；可以提高农药、化肥和除草剂的使用效率，减少农药、化肥和除草剂的使用量，进而减少生产成本和对环境的污染；可以增加农作物产量，促进农业可持续发展。世界各国的经验证明，激光平地技术是农业生产中一项重要的节本增效措施。

由于水田犁底层高低不平，水田激光机在水田平地作业中，不但要保证平地铲高低可调，而且要保证平地铲水平可控，使平地铲在工作过程中始终保持在与激光束平面平行的一个平面上。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种能准确计算出平地铲水平倾角的平地机的水平控制系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种平地机的水平控制系统，包括平地铲、控制平地铲水平位置的水平调节液压系统及控制水平调节液压系统工作的水平控制系统，平地铲上设有感应平地铲水平倾角信号及倾角变化率信号的传感器系统，该传感器系统将倾斜信息传输至水平控制器进行处理。

该传感器系统包括用于感应水平倾角信号的加速度传感器及感应倾角变化率信号的角速度传感器。

该加速度传感器安装于平地铲转轴上。

该角速度传感器为陀螺仪传感器。

该水平控制系统包括处理感应信号的微控制器及将微控制器输出信号驱动放大的驱动电路。

该水平调节液压系统包括连接至平地铲的双作用油缸，双作用油缸通过电磁阀连接至水平控制系统。

另外本发明还提供了一种平地机的水平控制方法，其包括以下步骤：

a、传感器系统感应平地铲的水平倾角信号及倾角变化率信号；

b、水平控制系统采集感应信号，并对感应信号进行融合处理，发出脉冲宽度调制信号至水平调节液压系统；

c、水平调节液压系统根据发出的信号来控制平地铲的水平度。

步骤a中，传感器系统包括加速度传感器及角速度传感器，加速度传感器用于感应水平倾角信号，角速度传感器用于感应倾角变化率信号，步骤c中，该水平调节液压系统包括双作用油缸，水平控制系统将信号发送至一电磁阀，由电磁阀来控制双作用油缸的伸缩度，并通过双作用油缸作用于平地铲来调节平地铲的水平度。

在步骤b中，对该水平倾角信号及倾角变化率信号的处理还包括以下步骤：

(1)检查水平倾角信号及倾角变化率信号是否改变，是则执行步骤(2)，否则结束；

(2)计算两种传感器测得的水平倾角信号ω_acc及倾角变化率信号ω_gyro，并将ω_acc及ω_gyro之差绝对值与设定阀值相比，若小于阀值，则按水平倾角信号ω_acc计算平地铲倾角，若大于阀值，则按设定倾角加上ω_gyro×T，求出平地铲倾角，其中T为微控制器的工作周期；

(3)根据平地铲的倾角变化刷新脉冲宽度调制信号的占空比；

(4)驱动电路接收脉冲宽度调制信号，进行放大并输出至电磁阀。

在步骤(1)中，微控制器采集水平倾角信号及倾角变化率信号的周期为10T。

与现有技术相比，本发明采用加速度传感器及角速度传感器来感应平地铲的水平倾角信号，并采用微控制器对感应信号进行融合计算得出倾角，最后通过水平调节液压系统调节平地铲，使其始终保持水平。由于采用了加速度传感器及角速度传感器相结合的测量方法，能准确地测出平地机在横向摆动、转弯、水田犁底层不平所造成的上下颠簸而产生的加速度分量，从而准确地计算出平地铲的倾角。

另外，本发明的方法通过融合计算出两种传感器测得的水平倾角信号ω_acc及倾角变化率信号ω_gyro，将ω_acc与ω_gyro之差的绝对值与设定阈值相比，判断并选择倾角的计算方法，并计算出平地铲倾角的大小，再通过倾角的大小刷新PWM信号的占空比，最后通过PWM来控制水平调节液压系统，达到调节平地铲的目的。

附图说明

图1为本发明的平地机结构示意图；

图2为加速度传感器与角速度传感器的安装示意图；

图3为加速度传感器测量平地铲水平倾角的原理图；

图4为水平控制系统的工作原理图；

图5为水平控制系统的结构示意图；

图6为水平调节液压系统的电磁阀的控制逻辑原理图；

图7为水平控制系统的控制程序流程图。