[发明专利]根茎类作物收获机自动对行控制系统及方法

权利要求书

1.一种根茎类作物收获机自动对行控制系统，其特征在于：包括信号采集模块、比例阀驱动模块、车载控制器和监控终端，其中信号采集模块包括与收获机左仿形机构连接的左角度传感器、与收获机右仿形机构连接的右角度传感器和与收获机牵引座的液压油缸连接的位移传感器，左角度传感器及右角度传感器用于测量地垄处探测板偏移数据，位移传感器用于测量液压油缸伸缩数据；比例阀驱动模块包括比例电磁换向阀，比例电磁换向阀驱动液压油缸的动作，液压油缸与收获机牵引座连接；监控终端和车载控制器之间通过无线通讯单元进行信号传递；车载控制器输入端与信号采集模块连接，输出端与比例阀驱动模块连接，车载控制器制器根据实时检测的信号来判断牵引座偏转角度是否达到要求，构成对行闭环控制系统。

2.如权利要求书1所述的根茎类作物收获机自动对行控制系统，其特征是：比例阀驱动模块包括油箱、过滤器和比例电磁换向阀，比例电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀的进油口连接减压阀出口端，减压阀进口端连接过滤器出油一端，过滤器进油一端经球阀连接油箱，三位四通电磁换向阀的回油口连接油箱，三位四通电磁换向阀的两个工作油口连接液压油缸。

3.如权利要求书1所述的根茎类作物收获机自动对行控制系统，其特征是：无线通信单元用于监控终端和车载控制器之间的信号传递，通过433模块与监控终端交换信息，并通过RS232接口与车载控制器连接用于接收和发送控制指令。

4.一种利用权利要求1至3任一项所述根茎类作物收获机自动对行控制系统进行对行控制方法，其特征是：包括以下步骤：

A、上电后，系统自动对车载控制器进行初始化，主要包括各模块、参数初始化，牵引座调整居中，工作标志置零；

B、接收并解析监控终端发送的控制指令，从而完成相应操作，如果接收到急停指令，首先停止液压油缸动作，然后发送报警指令至监控终端进行报警，程序停止运行，断电检修后重新上电运行；如果接收到设置参数指令，则根据监控终端输入的参数信息进行设置，此功能在收获机开始工作前设置；

C、如果收到启动命令，则置工作标志位为1，此功能在收获机开始工作时刻设置，如果工作标志为1，则进入工作状态，开始实时采集角度传感器数据，如果左角度传感器触发，则牵引座右摆；如果右角度传感器触发，则牵引座左摆；如果左角度传感器及右角度传感器均未触发，则牵引座停止动作；

D、牵引座动作控制方式采用PID控制方式，当误差大于设定阈值时，只采用比例控制，以提高系统的响应速度，当误差小于等于设定阈值时，加入积分和和微分控制；

E、根据偏移角度算法，实时计算偏移角度并上传至监控终端进行显示和存储，如果偏移角度大于设定阈值，则停止牵引座动作，程序停止运行，断电检修后重新上电运行；

F、如果收到停止命令，则置工作标志位为0，此功能在收获机结束工作时刻设置。

5.如权利要求书4所述的根茎类作物收获机自动对行控制方法，其特征是：步骤D牵引座动作控制方式包括以下步骤：

D1、系统工作时，探测板与地垄侧面紧密贴合，当地垄走向发生左右偏移时，探测板相应从中间位置转动了角度δ，即固定在探测板上的左、右角度传感器轴也转动了相同角度，控制器根据偏转角度大小，采用PID速度控制方式调节比例换向阀的阀芯开度，控制液压油缸活塞杆的速度，使牵引机构发生偏转，实现自动对行功能；

D2、比例阀速度控制信号u：

其中，当左传感器触发时，=1，当右传感器触发时，=-1，为左角度传感器或右角度传感器的偏移角度，、、分别为比例项、积分项和微分项系数。

6.如权利要求书4所述的根茎类作物收获机自动对行控制方法，其特征是：步骤E包括以下步骤：

E1、当地垄仿形机构探测到垄侧面偏移时，控制器根据探测板偏转角度大小，通过液压油缸来驱动牵引座偏移，即牵引座以O₂为中心进行旋转，根据几何关系可求得θ与液压油缸活塞杆的伸出长度L₃的对应关系，由三角形余弦定理可知：

式中，L₁为牵引座绞接点与液压油缸缸体端绞接点的距离；L₂为牵引座绞接点与液压油缸活塞杆端绞接点的距离；L₃为液压油缸活塞杆的伸出长度；L₄为液压油缸缸体端长度；θ为牵引座绞接点与液压油缸缸体端绞接点的连线和牵引座绞接点与液压油缸活塞杆端绞接点的连线之间角度；

E2、对上式移项、变换后可得：

式中，定义当牵引座纵梁与机架横梁垂直时，θ值为初始角，设计初始角θ_i=85°；

E3、θ变化量为：

式中，θ_p为牵引座角度变化值；正负号分别表示收获机左偏和右偏,θ_p是自动对行性能的重要评价指标。