[发明专利]一种播种机监控系统和监控方法

权利要求书

1.一种播种机监控系统，其特征在于，包括工控机(1)和驱动电机(3)；所述工控机(1)包括机组速度融合模块(11)、排种流量监测模块(12)、驱动电机理论转速决策模块(13)、转速偏差推理模块(14)、控制参数整定模块(15)、驱动电机转速调整模块(16)和驱动电机转速控制模块(17)；

定位信号接收器固定在驾驶室顶部，用于接收地理位置信号；所述定位信号接收器与驱动电机理论转速决策模块(13)连接，驱动电机理论转速决策模块(13)通过查表法将地理位置信号转换为所在区域的理论播量Q，即：Q＝f(N,E)，式中：N为播种机的北纬坐标，E为播种机东经坐标；

速度传感器安装在播种机驱动轮上，用于测量播种机驱动轮转速；所述速度传感器与机组速度融合模块(11)连接，用于将第u次采样的播种机驱动轮转速n_u作为机组速度融合模块(11)的输入；加速度传感器安装在播种机机架横梁上，用于测量播种机加速度；所述加速度传感器与机组速度融合模块(11)连接，用于将第u次采样的播种机加速度a_u作为机组速度融合模块(11)的输入；

所述机组速度融合模块(11)将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速n_u和第u次采样的播种机加速度a_u通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度v_u，具体为：

式中：

n_u为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；

n_u-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n₀＝0；

D为播种机驱动轮直径，m；

a_u为第u次采样的播种机加速度，m/s²；

v_u-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v₀＝0；

u为当前采样次数，1≤u≤m，m为总采样次数；采样周期T为第u次采样和第u-1次采样的时间间隔，且T为常数；

若干流量传感器安装在播种机各个排种口上，用于测量播种机各个排种口的流量；若干所述流量传感器与排种流量监测模块(12)连接，用于将播种机各个排种口的流量作为排种流量监测模块(12)的输入；所述排种流量监测模块(12)输出为总播量，且所述排种流量监测模块(12)与驱动电机理论转速决策模块(13)连接，用于将播种机总播量作为驱动电机理论转速决策模块(13)输入；

所述驱动电机理论转速决策模块(13)将输入的总播量、所在区域的理论播量Q和第u次采样的播种机速度v_u，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：

式中：

Q为所在区域的理论播量，kg；

q_u为第u次采样的总播量，kg；

v_u为第u次采样的播种机速度，m/s；

A为播种机作业幅宽，m；

q为单行排种轴每转理论播量，kg；

N为播种机行数，行；

r为驱动电机与排种轴之间的传动比；

所述驱动电机(3)上安装编码器(4)，用于测量驱动电机(3)实际转速所述编码器(4)和驱动电机理论转速决策模块(13)分别与转速偏差推理模块(14)连接，所述转速偏差推理模块(14)将输入的驱动电机(3)实际转速和驱动电机理论转速通过差门运算得出转速偏差e_u，即

所述控制参数整定模块(15)与转速偏差推理模块(14)连接，将转速偏差e_u输入控制参数整定模块(15)，通过模糊神经网络推算，得到第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，

其中，式中：

e_u为第u次采样的转速偏差；

Δe_u为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δe_u＝e_u-e_u-1，且e₀为初始值，e₀＝0；

m_j为转速偏差e_u对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差e_u对应的模糊子集个数，j_max为j的最大取值；

m'_k为转速偏差变化量Δe_u对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δe_u对应的模糊子集的个数，k_max为k的最大取值；

δ_j为转速偏差e_u对应的第j个模糊子集标准差；

δ'_k为转速偏差变化量Δe_u对应的第k个模糊子集标准差；

为修正比例参数的权值系数；

为修正积分参数的权值系数；

为修正微分参数的权值系数；

所述控制参数整定模块(15)与驱动电机转速调整模块(16)连接，用于将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数作为驱动电机转速调整模块(16)输入；所述转速偏差推理模块(14)与驱动电机转速调整模块(16)连接，用于将转速偏差e_u作为驱动电机转速调整模块(16)输入；所述驱动电机转速调整模块(16)将输入的第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差e_u，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：

所述驱动电机转速调整模块(16)与驱动电机转速控制模块(17)连接，通过驱动电机转速控制模块(17)将输入的调节转速转换为脉冲频率P_u输出；驱动电机控制器(2)与驱动电机转速控制模块(17)连接，用于通过频率为P_u的脉冲信号控制驱动电机(3)的转速。