100-125马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究.pdf

应用研 究 杨坤 1 0 01 2 5马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究 7 7 1 0 01 2 5马力轮式拖拉机 电控液压悬挂系统研究 砀 江苏悦达盐城拖拉机制造有限公司， 江苏 盐城2 2 4 0 0 7 摘要 通过对 国内外大马力轮式拖拉机 液压 悬挂 系统的技术现状及 多年 来对公 司拖拉机产品的 研究， 提 出了大马力轮式拖拉机 电控液压悬挂 系统的模糊控制策略和控制器研 究方案。同时针 对国内大马力轮式拖拉机的技术现状 以及与国外同类产品的差距 ， 考虑 市场的接 受程度和技 术 进步的渐进性 ， 提 出了黄海金 马 1 0 01 2 5马力轮式拖拉机 电控液压 悬挂 系统研 究的方向， 建立 液压 悬挂系统电子控制的基本平台， 实现 大马力轮式拖拉机液压悬挂 系统电子控制的基本功能。 关键词 电控 ； 悬挂； 拖拉机 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 21 6 1 6 2 0 1 1 1 7 0 0 7 70 4 多年来 ， 笔者走访 了 6 0个 国家和地区的拖拉 机市场， 对世界市场的拖拉机产品和市场需求进行 了认真的分析研究 ， 同时对江苏悦达盐城拖拉机有 限公司 以下简称本公 司 以及 国内大马力轮式 拉机产品的技术进行 了比较细致 的分析。大马力 轮式拖拉机将是我 国及世界主要农 业大 国市场 的 主导产 品和发展趋势。只有解决了液压悬挂 的稳 定性 ， 实现大马力轮式拖拉机对液压悬挂的多功能 要求才能实现我 国大马力轮式拖拉机替代进 口并 走向世界 。为实现大马力轮式拖拉机与多 台农 田 作业机械挂接 ， 实行复式作业 。 ￡ 1 黄海金马 1 0 0 1 2 5马力轮式拖拉 机电控液压悬挂系统研究⋯ 1 农机具的控制功能包括 阻力控制 、 位置控制 、 力位综合控制、 压力控制、 牵引滑移率控制； 除了由 驾驶员在驾驶室内控制以外， 还具有外部控制功 能 ； 具有农具运输减振 阻尼装置 ； 具有前后悬挂系 统交替控制功能。系统具有 自我诊 断功能。电控 液压悬挂系统的布置方案如 图 1 所示 。 在大量市场调研 的基础上 ， 拟选择德 国 B o s c h R e x r o t h公司的拖拉机电控系统对黄海金马 1 0 0 1 2 5轮式拖拉机的液压悬挂系统进行改造 ， 主要部 件包括 H E R 2 3 OC后液压悬 挂系统 的电磁控制 阀、 H E R 5 前液压悬挂系统的电磁控制阀、 控制面 板、 位置传感器、 力传感器、 角度传感器、 速度传感 1 一前悬挂位置传感器； 2 一前悬挂控制阀； 3 一后悬挂控制阀； 4 一后悬挂控制面板 ； 5 一前悬挂控制面板； 6 一位置传感器； 7 一 电子控制单元； 8 一外部控制器； 9 一提升油缸； 1 0 一牵引力传感 器 ； 1 1 一驱动轮转速传感器； 1 2 一雷达速度传感器； l 3 一液压泵； 1 4 ～压力传感器 图 1 电控液 压悬挂 系统的布置方案 器、 压力传感器、 雷达传感器、 胍 R D控制单元、 卜 玎 R D线束 。 2拖拉机 电控液压悬挂 系统的模糊 控制研究 拖拉机作业工况非常复杂 ， 对农机具 的控制要 求也多种多样， 选择合适的控制策略， 对液压悬挂 系统进行有效地控制是电液悬挂系统研究 的重要 内容。笔者研究了拖拉机电液悬挂系统模糊控制 器的设计方法， 建立了模糊推理系统， 利用 MA T L A B对悬挂系统分别进行了模糊控制和 P I D控制 收稿 日 期 2 0 1 1 0 6 1 5 作者简介 杨 1 9 6 9 一 ， 男， 江苏盐城人， 江苏悦达盐城拖拉机制造有限公司高级工程师 ，硕士， 主要从事农业机械的研究与推广工作 尤其对轮式拖拉机及其配套机具有深入的研究。 7 8 2 0 1 1 年 9月 中国制造业信息化第 4 0 卷第 1 7 期 仿真， 研究结果表明， 模糊控制策略比传统的 P I D 控制更能满足拖拉机悬挂系统的控制性能要求。 2 ． 1 液压悬挂模糊控制工作原理[ 2 ] 电控液压悬挂系统 考虑耕作阻力、 耕深、 滑转 率 是一个具有本质非线性参数事变的大惯性系 统， 具有较大的随机干扰， 要取得好的控制效果， 必 须采用非线性控制策略。 液压悬挂模糊控制工作原理如图 2所示 。 图 2液 压 悬 挂模 糊控 制 工作 原 理 2 ． 2 电控液压悬挂模糊控制器的建立 Ma m d a n i 型系统， 以e ， d e 为输入， U 为输出。 2 ． 2 ． 1 分析系统的特 点与输入输出变量 a ． 模糊集的确立。 液压悬挂力位综合控制采用耕深、 牵引力和滑 隶属度函数的选择 ， 对控制效果影响较大， 根 转率作为输入参数， 模糊控制器分别以耕深偏差、 牵 据不同的误差精度要求， 选择不同分辨率的隶属度 引力偏差、 滑转率偏差及其偏差变化率为输入变量， 函数， 对液压悬挂系统来说， 拖拉机的工作环境较 以电液比例阀的输入电压为输 出变量。此处 ， 模糊 为复杂 ， 路面不平度及土壤密度变化较大， 因此 ， 液 控制器采用双输人单输 出的控制方式， 仅考虑耕深 压悬挂系统对隶属度函数的分辨率要求不高 ， 以耕 参数， 以耕深的偏差 及偏差变化率d 为输入变量， 深为参数的输入输出变量均采用了高斯型隶属度 电流 蚴为输出变量为例进行研究， 详见图3 所示。 函数， 其输入输出变量的隶属度函数如图4 所示。 图 3模 糊规 则 编 辑 器 2 ． 2 ． 2 变量的模糊化 取 e ， d e ， “ 的论域均为[ 一6 6 ] ， 分别离散化 为负大 NB 、 负 中 NM 、 负小 NS 、 零 Z R 、 正 小 P S 、 正 中 P M 、 正大 P B 。 考虑到实际论域不在[ 一6 6 ] 范围内， 甚至实 际论域并不为对称区间， 如 对于实际论域为 [ a 6 ] 的变量， 可以采用变换 Y z一 式将其转换为论域为[ 一6 6 ] 的变量， 而实际论域 为[ 一r n m] 的变量， 可通过比例系数 k 转换 到[ 一6 6 j 。 2 ． 2 ． 3 模糊推理系统的建立 结合 G UI 模糊控制器推理系统采用默认的 图4 e d e ， 地 的隶属度 函数 b ． 模糊规则和模糊关系的确定 。 电控液压悬挂系统的模糊推理规则表 1 。 表 1 模糊推理控制规则 NB NM NS P S P M P B NB P B PB PR PB PM PM PS NM P B PB PM P M PS P S NS PM PM P M P S P S Z R Z R ZR PM P S PS Z R NS NS NM P S Z R ZR NS NS NM NM NM PM Z R NS NS NM NM NB NB P s NS NM N M NB NB NB NB 经模糊化的输入根据模糊规则即可得到模糊 的输出， 模糊的输出经过中心法或二分法等反模糊 化决策得到精确的输出， 显示了整个推理过程， 当 改变几个变量的输入值 ， 系统可以立即得到新 的输 出值 ， 当输入变量 e为 一1 ． 9 8 ， 变量 为 一1 ． 5 8 时， 输出变量 “ i 为 3 ． 4 2 。打开曲面观测器 如图 5 所示 可得到输入输出变量的模糊关系曲面， 如图 2 0 1 1年 9月 中国制造业信息化第 4 0卷第 1 7期 数改变不灵敏 ， 这说明模糊控制本质 上是非线性 的 ， 并且对于对象的参数变化适应 性强 ， 即鲁棒性 较好。因此， 相对于 P I D控制 ， 模糊控制更能提高 液压悬挂系统的作业性能 。 通过对黄海金马 1 2 5 4型大功率轮式拖拉机进 行实验 ， 电液控制系统采用 E HR 2 3 O C电液 比例 阀、 感应式位移传感器、 H E R B电子控制单元， 将 设计的控制方案嵌入 到控制系统 ， 进行 田间试验。 实验表明， 耕作犁在自重作用下能顺利入土， 并在 较短的时间内达 到预定 的耕 深 ， 耕深较均匀 ， 误差 能够控制在 2 c m之内 ， 符合耕深的控制要求。 3 结束语 对液压悬挂系统模糊控制器的建立， 特别是对 模糊推理系统的建立进行 了说明 ， 包括输入输出变 量的选取 、 变量 的模糊化 、 隶属度 函数的选择及模 糊规则的确定 ， 通过模糊规则观测器及 曲面观测器 表明所建立的模糊控制器能够较好地涵盖论域 ， 避 免出现失控现象。 与传统的 P I D控制相对比， 模糊控制策略不 仅趋于稳定的时间较短 ， 响应曲线的振幅也相对较 小。模糊控制策略比传统的P I D控制更能满足系 统的性能要求 。 参考文献 [ 1 ] 谭或 ， 谢斌 ， 鄂卓茂 ． 拖拉机作业机组 电液悬挂控制系统 的研制 [ J ] ． 中国农业 大学学报 ， 2 0 0 2 ， 7 6 6 46 7 ． [ 2 ] 楼顺 天 ， 胡 昌华 ， 张 伟． 基 于 MA TL A B的 系统分 析 与设 计模糊 系 统 [ M ] ． 西 安 西安 电子 科 技 大 学 出版 社 ， 2 0 01 1 53 0． [ 3 ] 鲍一丹 ， 吴国桢， 程文祥． 拖拉机耕深自动监控系统的动态辩 识 [ J ] ． 浙江大学学报 ， 1 9 9 5 ， 2 1 3 2 6 1 2 6 4 ． De v e l o p me nt o f El e c t r o hy d r a u l i c Co n t r o l S u s p e n s i o n S y s t e m f 0 r 1 0 01 2 5 Ho r s e p o we r Tr a c t o r YANG Ku n J i a n g s u Yu e d a Y a n c h e n g Tr a c t o r Ma n u f a c t u r e L t d ．C o ． ， J i a n g s u Ya n c h e n g ， 2 2 4 0 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e c u r r e n t d e s i g n a n d t e c h n o l o g y o f p o we r f u l t r a c t o r s u s p e n s i o n s y s t e m，i t p r o p o s e s t h e f u z z y c o n t r o l s t r a t e g y a n d c o n t r o l l e r d e s i g n p r o j e c t o f t r a c t o r ’ S e l e c t r o h y d r a u l i c s u s p e n s i o n s y s t e m， a n a l y z e s t h e d i f f e r e n c e b e t we e n t h e p r o d u c t s a n d t e c h n o l o g y o f d o me s t i c a n d a d v a n c e d f o r e i g n c o u n t r y，p r e s e n t s t h e d e v e l o p me n t d i r e c t i o n o f e l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r o l s u s p e n s i o n s y s t e m f o r 1 0 0 1 2 5 h o r s e po we r t r a c t o r ， b u i l d s t h e p l a t f o 1 T n o f e l e c t r oh y d r a u l i c s u s p e n s i o n c o n t r o l ，r e a l i z e s t h e b a s i c f u n c t i o n o f p o we r f u l t r a c t o r ’ S e l e c t r oh y d r a u l i c s u s p e n s i o n s y s t e m． Ke y wo r d s El e c t r oCo n t r o l ；S u s o e n s i o n；Tr a c t o r 上接第 7 6页 [ J ] ． 激光技术， 1 9 9 8 ， 2 2 1 2 6 2 8 ． [ 6 ] X i e J ， D e n n y P ． l v a n iz e d s t e e 1 j 0 jn e d w i t h l a S e r s [ J ] ， we l d j n g [ 9 ] I r v i n g B ． L a s e r b e a mw e ld i ng s h i f t s in t o h i g h g e a r [ J ] ． we l d i ng J 0 u ma l ， 2 0 0 1 ， 8 0 6 5 9 6 1 ． J o u m，1 9 9 7 ，7 6 1 1 3 5 4 0 ． [ 7 ] L o r e d o A， Ma r t in B， H A n d r z e j e ws k i ，e t a 1 ． Nu me fi c s u p p o r t f o r l a s e r w e l d i ng o f z in c c o a t e d s h e e t s p r o c e s s d e v e lo p me n t [ J ] ． Ap p l i e dS u r f a c e S c i e n c e ， 2 0 0 2 ，1 9 5 1 4 2 9 7～3 0 3 ． [ 8 ] 熊建钢， 胡伦骥， 刘建华． 镀锌板激光焊接工艺及锌行为研究 [ 1 0 ]E mme l ma n n I C．R o b o t i c l a s e r we l d i ng i n t h e a u t o mo t i v e i n d u s t r y [ J ] ．We l d in g Me t a l F a b r ic a t io n ，1 9 9 7 ，6 5 3 3 78 ． [ 1 1 ]Gr a f T， S t a u f e r H．L a s e r h y b r i d we l d i ng d r iv e s V w imp r o v e me n t s [ J ] ． We l d i ng J o u r n a l ， 2 0 0 3 ， 8 2 1 4 34 7 ． Ef f e c t s o f La s e r W e l di n g o n t he M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s an d Fr a c t u r a l Mo r p ho l o g i e s o f Ga l v a n i z e d S t e e l Pl a t e s NI Ta o ， TU Ya n ， LU J i nz h o n g 2 ， Z HANG L e i 2 ， Z HANG Yo n gk a n g 2 1 ． C O S C O N a n t o n g S h i p y a r d L t d ．C o ． ， J i a n g s u Na n t o n g ， 2 2 6 0 0 6 ， C h i n a 2 ． J i a n g s u Un i v e r s i t y ， J i a n g s u Z h e n j i a n g ， 2 1 2 0 1 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I t a p p l i e s f i b e r l a s e r t o we l d t h e g a l v a n i z e d s t e e I p l a t e s i n t h e s e a e q u i p me n t a n d a u t o mo b i l e i n d u s t r v ．B a s e d o n t h e m i s u r e me n t o f t h e h a r d n e s s o f t h e b a s e me t a l ， h e a t e d z o n e a n d we l d e d j o i n t i n g a l v a n i z e d s t e d．i t a n a l y z e s t h e t e n s i l e p r o p e r t i e s a n d f r a c t u r a l mo r p h o l o g i e s o f t h e w e l d e d j o i n t s ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s t r e n g t h a n d h a r d n ess o f t h e l a s e r we l d e d j o i n t s a r e h i g h e r t h a n t h e b a s e me t a 1 ． F h d l o w c a r b o n ma r t e n s i t i c s t r u c t u r e a p p e a r es i n t h e we l d ，a n d i t s h a r d n e s s i s s ma l l e r t h a n t h a t i n HAZ。 Ke y wo r d s Op t i c a l Fi b e r La s e r ；W e l d i n g；Ga l v a n i z e d S t e e l P l a t e ；Te n s i l e Pr o p e r t y ；Mi c r os t r u c t u r e