[发明专利]一种播种机监控系统和监控方法

摘要

本发明提供了一种播种机监控系统和监控方法，一种播种机监控系统，包括工控机和驱动电机；所述工控机包括机组速度融合模块、排种流量监测模块、驱动电机理论转速决策模块、转速偏差推理模块、控制参数整定模块、排种轴转速调整模块和排种轴转速控制模块；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连接；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连接，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连接。本发明可以解决的是机组作业状态参数监测以及播量精准调控的问题。

主权项

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)、排种轴转速调整模块(16)和排种轴转速控制模块(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nu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次采样的播种机加转速au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nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：vu=π·nu·D|π·D·(nu-nu-1)T-au|≤2vu-1+au·T2<|π·D·(nu-nu-1)T-au|]]>式中：nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；nu‑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；au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；vu‑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次采样次数和第u‑1次采样次数的时间间隔，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vu，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：nut=60·(Q-Σu=1uqu)·vu·A(666.7-A·Σu=1uvu)·N·q·r]]>式中：Q为所在区域的理论播量，kg；qu为第u次采样的总播量，kg；vu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为排种轴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)实际转速和排种轴理论转速通过差门运算得出转速偏差eu，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eu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，Kup=Σj=1jΣk=1kθjkp·e(-δ′k2·(eu2-mj)2+δj2·(Δeu2-m′k)2δj2·δ′k2)Σj=1jΣk=1ke(-δ′k2·(eu2-mj)2+δj2·(Δeu2-m′k)2δj2·δ′k2)]]>Kui=Σj=1jΣk=1kθjki·e(-δ′k2·(eu2-mj)2+δj2·(Δeu2-m′k)2δj2·δ′k2)Σj=1jΣk=1ke(-δ′k2·(eu2-mj)2+δj2·(Δeu2-m′k)2δj2·δ′k2)]]>Kud=Σj=1jΣk=1kθjkd·e(-δ′k2·(eu2-mj)2+δj2·(Δeu2-m′k)2δj2·δ′k2)Σj=1jΣk=1ke(-δ′k2·(eu2-mj)2+δj2·(Δeu2-m′k)2δj2·δ′k2)]]>其中，式中：eu为第u次采样的转速偏差；Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu‑eu‑1，且e0为初始值，e0＝0；mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；δ'k为转速偏差变化量Δeu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)与排种轴转速调整模块(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排种轴转速调整模块(16)输入；所述转速偏差推理模块(14)与排种轴转速调整模块(16)连接，用于将转速偏差eu作为排种轴转速调整模块(16)输入；所述排种轴转速调整模块(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eu，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：所述排种轴转速调整模块(16)与排种轴转速控制模块(17)连接，通过排种轴转速控制模块(17)将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；驱动电机控制器(2)与排种轴转速控制模块(17)连接，用于通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机(3)的转速。