[发明专利]一种开沟铺管机作业功率自适应控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明针对农业机械装备自动化控制技术领域，涉及开沟铺管机作业功率自适应控制的系统和方法。 

背景技术

开沟铺管机是一类用于农田排涝排碱的大型作业机械，合理地调度和使用开沟铺管机的作业功率有利于充分发挥开沟铺管机的效能，提高机具的可靠性和经济性。 

一般而言，开沟铺管机开沟作业所消耗的功率是与施工场地的土质构造条件、开沟深度(或指入土行程)、刀链转速(或指取土速度)、进刀量(亦即前进速度)等密切相关。如土质坚硬、开沟深度大、刀链转速快以及进刀量大时，所需功率大，反之所需功率小。通常情况下，土质构造条件是复杂的，开沟深度是随着坡降而时刻变化的，刀链转速与进刀量由人工掌控，使得开沟作业功率复杂多变。 

传统的开沟作业是按施工要求的开沟深度与坡降，根据土质构造条件、刀链部件强度以及开沟铺管机动力性能等，人工观测控制刀链转速与进刀量，无法保证开沟铺管机实际作业功率与设计的理论作业功率相符合。于是，经常出现下述情形：刀链转速与进刀量偏小，造成开沟铺管机功率浪费；或刀链转速与进刀量过大，导致开沟铺管机功率供应不足，并对刀链部件及相关机械系统形成伤害。 

为了保证实际作业功率尽量接近理论作业功率，使发动机输出功率保持在最佳水平，寻求一种智能化的自动控制方式，使得开沟深度、刀链转速以及进刀量合理地匹配，是开沟铺管机长期以来有待解决的一个棘手难题。 

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种开沟铺管机作业功率自适应控制方法，其特征在于，包括： 

步骤100，根据施工要求确定开沟铺管机的开沟坡降和开沟深度； 

步骤200，建立神经网络模型，在给定开沟深度条件下，检测刀链回转速度和开沟铺管机前进速度与挖掘功率，并不断改变开沟深度、刀链回转速度和开沟铺管机前进速度，检测相应的挖掘功率，综合一定数量的检测数据，利用神经网络算法建立开沟深度、刀链回转速度和开沟铺管机前进速度与挖掘功率关系模型； 

步骤300，运用遗传算法寻优，在开沟深度线性变化条件下，确定以最大程度逼近给定期望挖掘功率的刀链回转速度和开沟铺管机前进速度的匹配值，按开沟铺管机前进速度优先原则取其中一组最优值； 

步骤400，按最优匹配值控制刀链回转速度和开沟铺管机前进速度。 

所述的作业功率自适应控制方法，其特征在于，所述步骤100还包括： 

步骤110，使用激光发射器作为光源用于向激光接收器提供设定坡降的参考激光平面；所述激光接收器用于测量自身相对激光平面所在的高低位置，并将高程信号发送至所述数据处理与控制中心。 

所述的作业功率自适应控制方法，其特征在于，所述步骤110还包括： 

步骤111，获取当前开沟臂的姿态信息； 

步骤112，将控制信息传送给动力传动轴和行走驱动马达； 

步骤113，动力传动轴运动关联刀链回转速度与作业功率，获取动力传动轴的转速以及扭矩信息(动力传动轴的输入转速由液压调速装置调整)； 

步骤114，行走驱动马达运动关联开沟铺管机前进速度，获取前进速度信息； 

步骤115，将动力传动轴的转速以及扭矩信息通过无线传输装置传送至数据处理与控制中心，同时将前进速度信息传送至数据处理与控制中心。 

所述的作业功率自适应控制方法，其特征在于，所述步骤200还包括： 

步骤210，对神经网络进行选择与设计，形成神经网络结构； 

步骤220，形成所述神经网络的训练样本集； 

步骤230，对神经网络进行训练。 

所述的作业功率自适应控制方法，其特征在于，步骤300还包括： 

步骤310，进行染色体的编码、解码方法的运算； 

步骤320，建立目标函数； 

步骤330，进行适应度函数的设计； 

步骤340，进行选择、交叉和变异算子的设计。 

本发明还公开一种开沟铺管机作业功率自适应控制系统，其特征在于，包括： 

激光系统，用于按照施工要求向开沟铺管机提供开沟坡降参考面和开沟深度监测； 

数据处理与控制中心，用于信号采集，数据计算，控制算法等，并对驱动马达和深度调节液压缸发出控制信号；