автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Оптимизация электронной системы автоматизации вождения корнеуборочной машины с целью повышения точности её движения

ХАРЬКОВСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ К 8ЛЕКТРИФИКАШ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Но правах рукописи

КАСЮТШ! Евгении Петрович

УДК 631.356.274.02-002

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕШ АВТОМАТИЗАЦИИ ВО0ДЕШЯ КОРНЕ/ГОРОЧНОЙ МАШИНЫ С ЦЕЛЬЮ П03ЫШЕ1ШЯ ТОЧНОСТИ ЕЕ ДВЙЗЕНИЯ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства; 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного ррои»водства

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков ~ 1992

Работа выполнена в Харьковском институте механизации и алектрификации сельского хозяйства (ХЖЗСХ)

Научные руководители - заслуженный деятель науки и техники

Украида,. доктор технических наук, профессор Вебедев А.Т.

- кандидат технических наук, профессор КВДАЧКСВСКИЙ Н.Л.

Официальные аппоненты - доктор технических'наук,

профессор Л.Э.КУЧИН

- кандидат технических наук* старший научный сотрудник . В»И.МИРСНЕНКО

Ведущее предприятие - Украинский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного машиностроения

Защита состоится " " 199 г. в часов

На заседании специализированного Совета при

Харьковском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (ХШЭСХ) г, Харьков.

Отзыв;, на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить ученому секретарю специализированного Совета по-адресу: 3100"Ж, г. Харьков, ул. Артема, 44

Автореферат разослан "

1992 г.

Ученый секретарь г,

специализированного совета

Еомолов Л.С.

ОССМРС'/.АЯ

f/b-.PC"^-

шар ¡шкавиятакА РАБОТЫ

ilSajb'v1 '

• Актуальность те>г]. Внедрение средств автоматизации е процесс управления вокдашем самоходных свеклоуборочных комбайнов открывает нсьие нуги поьыненил эффективности и качества процесса уборки. Ото вызиьааг необходимость более детального научении свойств сиси-ми и яьляатся базой дри разработке одти?/алвиоЯ системы управления, Необходимость увеличения качества уборки еюеюш требует решения широкого круга вопросов, связанных с исследованиями электронной части системы автоматизации Еовденпя, как наиболее не изученной.

Цель кссдедоьания. Обоснование рекомендаций по оптимизации электронной части систе>и автоматического вокдения с целью повышения точности воздвния комбайна.

Объект исследований. Объектом исследований являлась свагсло-/борочнзя vainна FKC-6 с системой автоматического воздения.

Катоды исследопаний. Теоретические исследования основам -ia методах оптимизации динамических х-арактористик с применением метода широтно-импульсной модуляции (£!!•?') при детерминировании;: воздействиях: на оснозе теории автоматического управления. Для реиения поставленный задач проведен ряд эксперзментов.

Научная новизна. В работе получены следующие ноше науч{£ыо результаты:

- обоснована математическая модель CAB с учетом специфики «вой элементной базы электронной части CAB;

- предложена методика анализа и синтеза системы с ШУ;

- предложены рекомендация по повышению качества CAB в тзх-юлогическсн процессе уборки сахарной свеклы^

- предложена методика расчета CAB при нестабильных дара-?етрах.

-Практическая ценность. Разработана рекомендации по ровные-wd точности движения свеклоуборочной машида- с систеуой ■ автоматического вождения, поз велящие снизить повреждаемость корне-1лодов при уборке. Методика расчета CAB при нестабильных параметрах передана организациям сельскохозяйственного сааиностро-8НИЯ.

Апробация работы. Основные положении и результаты диссертационной работы одобрены на.научных конференциях профессорско--преподавагельского состава, научных работников и аспирантов Челябинского государственного агроинженерного университета, Харьковского института меха1шаацик и электрификации сельского хозяйства, Всесоюзного института механизации, Мелитопольского института механизации сельского хозяйства в 1990, 1991 и 1992 годах.

Вйедрения. Практические рекомендации переданы для внедрения ¡в Украинский НИИ сельхозмашиностроения, Днепропетровский комбайновый завод, в колхоз "Украина" Лохвицкого района.Полтавской области.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных Выводов, списка использованной литературы, а также приложений. Общий объем - страницы, в том чис-. ле страниц основного текста, рисунков, таблиц

СОДЖАШ РАЬСТЦ

Во введении обоснована актуальность тематики оптимизации электронной системы автоматического вождения свеклоуборочной машины с целью повышения точности движения, имеющей важное значение для повышения качества уборки свеклы.

' -1. Состояние вопроса и задачи исследования. Механизация . процессов уборки сахарной свеклы позволила в десятки раз повысить производительность труда, снизить- себестоимость свекловичного сырья, сократить 'время уборки, что позволяло производить еч в оптимальные сроки. Но, к сожалению, механизация уборки внесла и отрицательный эффект: это повышение повреждаемости и потерь корнеплодов. Проблема снижения повреждаемости и потерь является одной из главной В отрасли. Внедрение гнеокопрочзиоди-тельных маиии способствовало поиску возможных путей г.обыкния качества уборки. ; "■ ■•'

'. По данным В11ИС, потери массы выращенного уродая при уборке коркеуберошшми маакна"И ТКС-6 и КС-6 составляет в среднем по хозяйствах 9-12 %, количество поврежденных корнеплодов - 37-42,

загрязненность вороха - Ib-20 %. В тя5:елых условиях уборки помри могут достигнуть 15-20 %, количество поврежденных корнеплодов - 713-90, примеси - 25-40 %.

Основные направления создания высокопроизводительных ино-горлдных уборочшх машин связаны с оснащением современными средствами злектрогидравлики,автоматики и электроники для управления и регулирования режима работы.

Дальнейшее снижение потерь и механических повреждений корней при уборке по результатам отечественных и зарубежных литературных данных добиваются путем применения устройств для ав- . 'тематического управления вождением.

• Сформулироваш производственно-технологические требования, предъявляемые к свеклоуборочным машинам, определяющиеся общими тенденциями перевода процессов производства этой культуры на промышленную основу, специфическими агробиологическими свойствами и эволюционирующими особенностями механизированного взращивания сахарной свеклы.

Увеличение требований к системам управления, приводит к более детальному изучению свойств систем. На основе принципа не- ' обходимой или достаточной сложности выводится слодущее соотношение: сложность системы управления должна быть не меньше сложности управляемой системы.

Если проблемам исследования самоходных свеклоуборочных комбайнов как объектов управления посвящено много старей, исследований и разработок, то решение проблемы автоматизации устройства управления CAB не имеют общей теоретической базы и очень разрознены. Сравнительно мало публикаций посвящено общетеоретическим и математическим основам с классическими разделами математики и теории управления. Проведение таких исследований поз- , волит укрепить теоретическую основу для решения ряда, новых задач.

Классическая теория оптимизации предполагает наличие достаточной информации о математической модели оптимизируемой системы. Существующие математические модели значительно отличаются от ре-г альных CAB, являются упрощенными. Особенно это просматривается при исследовании элементов электронного блока CAB и применяемого метода широтно-импульсной модуляции. Существенным анализ оптимального управления становится в задачах исследования операций CAB, когда даже незначительные, неопределенности в исходных пред-

положениях изменений значений элементен электронного блока могут привести к значительным.погрешностям, что в итоге сказывается на показателях качества функционирования системы. ' Создание математической модели электронного блока, отображающей с необходимой точность» процесс управления системой, позволит укрепить тееретическую основу для решения вопроса оптимизации ■ электронной системы.

Исследования электронного блока на соответствие требова-. нияМ показателям качества позволит получить оптимальную по быстродействию CAB и показатели качества переходного процесса с малой величиной перерегулирования.

■ Исследования поведения CAB при изменении основных элементов электронного блока позволит повысить качественные показатели CAB.

По результата« анализа литературных данных и предварительных исследований путей повышения качества CAB 'сформулированы конкретные задачи исследования.

2. Технологическое обоснование оптимальных режимов работы свеклоуборочных машин. Под оптимальным управлением свеклоуборочной машины понимается такое её управление, при котором обеспечивается максимальная производительность при выполнении заданных агротехнических ограничений. Задача оптимального управления свеклоуборочной машины сводится к обоснованию работы CEet лоуборочной машины с учетом физико-механических свойств корней сахарной свеклы, характеристики системы почва-корнеплод, отклонения корней'сахарной свеклы от оси рядка, ширины рядка и обеспечении необходимой точности движения рабочих органов по линии убираемых рядков. '■'.,'':

К числу важных физико-механических свойств корнеплодов сахарной свеклы отнесены размерные и массовые характеристики её различных биологических частей, размещение корнеплодов в рядке

Учитывая статический характер естественно-производственны; условий и вероятностную природу размерных и массовых параметре] их значения задаются соответствующими статическими характеристиками - математическим ожиданием, дисперсией, автокорреляционной функцией, плотностью распределения..

Необходимые характеристики физического состояния и типа почв, характеристик урожайности, рельефа полей й их размеров

- о -

получены в результате сбора статических дашых.

Законы распределения размерных и.массовых параметров горней сахарной свеклы в любых выборках отвечают нормальному закону распределения.

Во всех случадх распределения корнеплодов по длине рядка удовлетворительно аппроксимируется логарифмически нормальным законом. Между распределением корнеплодов а рядка, размерными и массовыми характеристиками имеют место тесные корреляционные связи.

Установлено, что отклгаонио корнеплодов•в рядку или уборочных машин от его оси на 10-20 мм приводит к значительным повреждения!' и потери продукции (более 20 %).

Движение свеклоуборочных машин в горизонтальной плоскости, ларалельной поверхности поля, определяется'не только поступательной скоростью, а и конструктивными параметрами ходовых систем, типом выкапывающих рабочих органон и их размещением относительно опорных колес, автоматом вождения и др. Для исследования степени влияния этих параметров проанализировано плоско-пара-лельное движение малины в горизонтальной плоскости.

При построении динамической модели движения самоходной СЕеклоуборсчноП машины ШС-6 составлена расчетная эквивалентная схема.

Данную систему относим к неподвижным (фиксированным в пространстве) декартовым координатам ООСШ . Обозначены реакции почвы, что действуют п плоскостях колес ( Яхп-; Ку11- ) на датчиках-копирах автомата вождения ( Яап- ), суммарные реакции сопротивления движения активных шкагшващих вилок в почве ( йв/г ), боковые реакции почвы ( ЙБЛ. ) на колеса ходовой системы, на активные выкапывающие вилки ( (З&бП. ), на датчики-копиры автомата вождения ( Ялба )•

Положение машины на плоскости ОХ У в оощем случае определяется координатами X и У точки С (некоторая фиксированная относительно корпуса машины точка, которая лежит на продольной оси машины) и курсовым углом* V

При составлении дифференциальных уравнений используются выходные уравнения динамики Лагранжа второго рода.

- б -

В итоге значение кинетической энергии всей машины имеет :

ВИД V'; ' ,

+ (!)

,где Лм - момент инерции машины относительно вертикальной • оси Сд ;

."У - угловая скорость вращения машины вокруг полоса.С. За обобщенные координаты приняты координаты X , У и курсовой угол у ..... Опраделены обобщенные силы и выражения элементарных работ по пути возможных перемещений системы. .'

Составлены для них уравнения на основании выражения (I) для координаты X ( ), У ( ЪУУу ), обобщенных сил

Обобщенная сила для обобщенной координаты V имеет размерность момента и определена с уравнения •

(¿у = Мло8 — Мсоппо 6 , (2)

г до МпсЬ - момент сил, который поворачивают »'амину, МшюЬ - момент сил'сопротивления повороту.' Поскольку кинетическая энергия (I) и обобщенные силы номеруемой систеш выражены через независите координаты подставляем эти значения в выходные-уравнения динамики. Используем их для оценки устойчивости двинения самоходной корнеубороч-ной машины. При это»' предполагается,-что'углы.поворотов управляет* колес достаточно малы, а средние значения силовых параметров малины постоянны. .

Полученная система дифференциальных уравнений преобразована следуюцим образом: .

79 75 ¿С -555^2.5'УЛЛ V* 7575 Vй- СМУ=5275СО-5У+'910ИпЧ^ 79?3+Щ5.y•cí»Y-^^16,5Vs.jiays527s¿Ulv-«•^^)cwyJ ] ■ (з:

■у = -о,о'чзч.:

Реяив уравнения системы (3) относительно вторых производных с учета« значения Y < определенной замены и речнь их относительно прсизподних, получены дифференциальные ураьне-

(4)

Уг СО) -

= 1,68 м/с, Уз (0) = О, Уч (0) = 0, ' S/s(0)=0,

Уе (0) =0 п результате числового интегрирования рас-читано изменение обобщенных координат X , У и V" во времени. В результате построены графики траектории движения и изменения скоростей обобщенных координат

Ум 0,20

о

-0,10t -0,20н -0,30

Рис. I. Траектория движения центра масс самоходной корнеуборочной мамны для разных начальных условий \Г (0) = 0,713 м/с (I); 1,68 м/с (2) и 3 м/с (3) ■

Траектория движения машины, при разных значвнилх начальной скорости близка к гармоничной. В начальный момент траектория движения гентра масс корнеуборочной машини .(поступательное движение) представляет собой плавную (неуправляемую) смену кришк до некоторого значения, потом при повороте управляемых колес происходит перераспределение боковых и нормальных реакций и дви-

ния самоходной корнеуборочной машины в виде *

и _ -7575У!'ШУ+527ДС0?У+ 1315,8 JLIIV 7975

U - V aiiЛ V+52P5 iUiy - 1S61,5CQSV

Уб = -0,0434; Уз=1Л; У5=Уб.

Задаваясь начальными условиями У-t (С) - О,

-О Ч

женив происходит в обратном направлении и т.д. Амплитуда таких колебательных движений не превышает 0,23 м. Во время движения, которое установилось, частота указанных колебаний увеличивается, а период уменьшается до некоторых средних значений (частота - 0,6 Ги, пзриод - 2 с). При большей начальной скорости движения (кривая 3) интервалы отклонений центра vaco корнеуборочной машины от прямолинейного направления увеличивается.' •' . ......

. В процессе движения машины происходят периодические измэ-нения скорости относительно среднего значения (рис. 2), Максимальное её отклонение яри наименьшей скорости (кривая I) достигает 0,94 м/с при средней скорости ' Vc/v = 1,04 м/с. Коэффициент неравномерности скорости составляет Иш = 0;3.

Рис. 2. Измене-, кие скорости движения самоходной корнеуборочной магаиш

Переходные процессы длятся приблизительно 3 с, после чего отклонения становятся периодическими.. При других начальных уело- . виях ( V (0) = 1,68 м/с) характер изменения этого показателя остается тем же (кривая ¡¿), однако максимальное отклонение скорости составляет 0,37 м/с ( Xfcfia 2,25 м/с), коэффитшент неравномерности Кн2 уменьшается до 0,16, а при V (0) = 3 м/с (кривая 3) - соответственно 0,34 м/с ( Vqn = 3,57 м/о) и

Кнз = С,09. Таким образом, увеличение начальной скорости поступательного движения сопутствует увеличения равномерности скоростного рекима корнеуборочной машины. Однако отклонения данного параметра движения от выхолных величин с лремене».' умен) маются и стремятся к среднему значению. Такь»- ийрад'ом, скоростной режим движения самоходной корноуборочи'ой ма»Фны могло считать достаточно устойчивом.

Изменение курсового угла V (рис. 3) также имеет вид близкий к периодической функции. Увеличение начальной скорости движения малины незначительно влияет на изменения курсового угла, которые также имеют колебательный характер и являются постоянными для различных значений скорости.

\

гадА 0,25

£¡20

<3*5

0,10

0,05

О

/$

Н

А /// 'гъ

Г

Рис. 3. Характерные изменения курсового угла самоходной корнеубороч-ной машины

0,2 0,4 ЦЬ 0,8 1,2 1,4

Колебания траектории движения машины и её курсового угла незатухающие с постоянной амплитудой. Дня аналитического исследования устойчивости движения система дифференциальных уравнений дополнена уравнениями учета независимости в изменении углов поворотов управляемых колес.

Устойчивость движения оценивается на основании теории первого приближения. В результате этого по корням характеристических уравнений системы линейных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными коэффициентами оценивается устойчивость движения.

Система уравнений представляется в виде

•А. 2 '• М

ч-Й-Й'Й-^Ы'«'. .

(Ь)

т С1 Т

Уп=&е"

гР'в ¿1, €а ,» • • - постоянные интегрирования.

Координаты Х,У и "V имеют по два нулевых корня. Движения в направлении указанных координат пребывают на границе устойчивости. При положительных корнях - неустойчивые.

Результаты теоретических исследований показывают, что для достижения устойчивости плоско-паралельного движения машины , п есть для сохранения ею в процессе Движения заданной траектории обусловленной осью рядков корнеплодои, необходимо обеспечить достаточно высокую эффективность её управления. .

Исследуя математическую модель автомата вокдзния машины, , отслеживающего кривую с помощью копира определяется задача которая заключается в выработке такого управления - угла Н) по наблюдаемому углу ЦП} (то есть 1/(1.') при Ь ]

которое обеспечивает наименьшее (в некотором заданном смысле) •отклонение траектории точки К (траектории отслеживаемой кривой).

За меру отклонения точки К от рядка (в момент времени £ + Х(Ы ) принимается

Ук - fy.it). (6)

Задача формулируется так - выбрать управление как

функцию наблюдаемой величииы ЦП.)' на интервале при

заданных ограничениях на <4 , чтобы отклонение и^(-Ь) , было в некотором заданном смысле минимальным.

Наилучшим считается выбор управления ьЩ.) , при котором отклонение иХ1) - тождественный нуль при всех ■£ > О .

Идеальный выбор управления обеспечивается выполнением уравнения

Доказательство существования идеального режима*разбивается на дпа ятапа. Первый этап - доказательство существования функции <ЛЦ) на С° ) 3 которая, начиная с некоторого момента ХЮ) обеспечивает движение точки К ао рядку, то есть равенство

Унт -4 I хкш).

При атом получается «¿(t) как функцию времени и траектории рядка

На втором- этапе доказывается, что <LLt) может быть поручена как функция наблюдаемой величины if(t') , го ость как ■ •щеальноз управление. •

3. Анализ и синтез CAB. Исследования функционирования 5истемы автоматического всндения рассмотрены на функциональной ¡¡семе с момента когда с выхода 01 одновибрятора 4Э 310 генерируется импульс, соответствующий логическому "О" (выход й ).

Физическое функционирование системы интерпретировано как фоцесс непрерывного или скачкообразного изменения ей состояния ю заданному алгоритму.

Состояние системы представлено набором переменных состоянии >лементоЕ функционирования в ииде эпюр выходных напряжений inc. 4. На основании результатов сопоставления всех переменных юстояния элементов системы с априорно заданными их значениями, аракторизующими уровень работоспособности (исправности) элемен-'ов, можно судить о функциональной пригодности системы.

ИсследоЕЕН одновибратор (схема К155АГ1), содергащий

R S -

триггер и триггер Шмитта.

Проанализирован запуск и переключение одновибратора и сос-ояния выхода Q одновибратора в зависимости от состояний ходов.

Повышенную помехоустойчивость одноЕпбратора обеспечивает аличие триггера Шмнтга па входе, позволяющего переключать схе-у медлеными фронтами при скорости нарастания более 1 в/с.

Операцию сравнения аналоговых сигналов (эквивалентную оцен-е знака разности мгновенных значений сравниваемых величин ш-олннгм: компаратор, вырабатывающий дискретный сигнал, характеризующий знак разности. Требования предъявляемые к компаратору 7 высокая чувствительность стабильность порога срабатывания, вы-окое входное сопротивление, малая зависимость чувствительности г уровня входных напряжений.

Елок компараторов состоит из двух операциоиннх усиди' >-)лей } 301 и 302 типа КТ-10У^7, охг.аченных 'лолоюитльной об-ал-ной связью. Переход от одного состояния к другому определятся соотношением напряжений на входе ОУ . Условия переключо-ля схемы определяется равенством

IWÊJ ±>J02

Рис. 4. Эпюры K'xoEiiux напряжений элементов системы

Цх = ипоц — Нос

Идеальная статическая характеристика (за счет замены - и внх = - и пр У£>301 ~ 0 при 1-Ыж| ^|-ипор| ) компаратора для отрицательной полярности сравниваемых напряжений и х и Нем имеет вид (рис. 5)

U&u Ф301

_ . t/оГр, ViS01= Ucmv»301

Ux

-Uii(iy>3oi

Рис. 3, Идеальная статическая характеристика ■ компаратора

Увеличение по абсолютному значению /- U х/ на входе 2 до значения - U х = - U пор - U ос = - U ср происходит переключение (срабатывание) компаратора, то есть скачкообразное изменение выходного напряжения на значение

Шнх — +Uo5/vVJ>30l = + Ucmvi30d .

При уменьшении по абсолютному значению / -Ых/ к нулевому значению переключение выходного напряжения компаратора из "I" в "О" npv, пойдет при равенстве

—Ux — - Unop. + Uoe = - Uomn

При появлении линейно-изменяющегося напряжения положительной полярности выхода ГЛН (генератора линейного напряжения) на входе 2' Р 301 оно вычитается из. — &(4. ) , уменьшая его

по абсолютному значению и при достижении значения -em +Un(t) =-uomn

комнаратор скачком переключается в "О", Если этот процесс рассмотреть во времени, то момент отого переключения наступает тем через большее время, чем больнее значение — C(t-) , то есть имеет место щиротно-импульсная модуляция.

Исследован генератор прямоугольных импульсов, представляющий робой мультивибратор с автоуправляемъвд смещением и выполнен на 4-х логических интегральных'схемах И-НЕ ЗЭ 307 (1-4). .

Так как Т> 307-3 выполнен на ЛОИС типа И-НЕ управление генерацией мультивибратора осуществляется в соответствии с логикой , приведенной в табл. I,

Таблица I

Логика управления генерацией мультивибратора

вход 9 вход 10 выход

запрет р 0 п нет генерации на

генерации \0 I I/ выходе "I"

разрешение il 0 п генерирует на выходе

генерации - \l I о J прямоугольные импул!Ш

Мультивибратор на основе ЛОИС типа И-Нй более полно обеспечивает унификацию элементной базы системы управления, не требуется согласование по уровням сигналов релексационного генератора и элементов логического устройства системы.

Резисторы в 329, К 332, Я 333 и конденсаторы С307, СЗОа являются элементами времязадапцих целей мультивибратора.

Величины резисторов выбираются такими, чтобы при отсутствии колебаний входные напряжения инверторов 307-3 и 307-4 были близки к нулю и с учетом необходимости уменьшения влияния разброса параметров ИЗ на ра разброс длительности импульсов.

Матемашческая модель электрогидравлического преобразователя дискретного действия отражает зависимость между величиной перемещения, золотника XI и напряжением 11а. , подаваемого на кятуику электромагнита с.ьчхода электронного блока управления и представлена последовательном соединением безинерционного цели-

немного звена и звена "чистого запаздывания".

^А(р) =М(р) ^э(р) - -£~Тр= С 1 (8)

Наличие транстендентного звена с передаточной функцией \Х4(р) е;це раз подтверждает, что анализ и синтез системы автоматического управления необходимо проводить частотными методами.

Исследованы статические и динамические характеристики ши-рогно-импульсного "одулятора (ШШ) и электрогидравлического преобразователя. В состав ЫИМ-входят блок компараторов, блок логических элементов типа " Ы £ 303, £> 304, Зэ-З05,л> 306, мультивибратор на 1> 307, одновибрзторы 33 309 и $> ^10, генератор линейного напряжения, датчик останова якоря гидрораспределителя, усилитель мощности. Осуществлены структурные преобразования статических характеристик блока компараторов совместно с логическими элементами, одновибраторами и усилителя»™ мощности, с одной стороны, и ЭГЛ с другой стороны,.как последовательно .соединенных нелинейных звеньев.

В пределах пшротно-импульсной мг"уляции непрерывный входной сигнал квантируется по времени на интервалы Т, в пределах которых якорь золотника находится в крайнем положении с длительностью Ти , прямо пропорциональной дискретной величине сигнала преобразования ба) (рис. б).

Процесс дискретизации преобразуемого сигнала £(-Ь) представлен в виде амплитудной модуляции 5 -функций ' /

е%) - ею Sn.it)=еи)£т -ат)т= еа )т I ш -«.т) ^ (9)

п.-д п^о

где 5'т{t^ - последовательность единичных "5- функций Дирана.

Этот процесс дискретизации отражен идеальным импульсным звеном (ШЗ).

Последовательность модулирйванннх по длительности импульсных перемещений золотника представлена в виде дискретного интеграла свертки

СС5(0 = I е(аТ) Кгрз (4-аТ)Т } (10)

п=о

Хь

X»

-tfcim -llora*

Us

UgrtM 'Ucf-K

I

.Гц

-Xa

U«n Ub

Рис. 6. Преобразование постоянных входных напряжений в ИМ _

i

г?,с Kcpj(i) - песоваяГимпульсная переходная) функция, как нормальная реакция на 5 -функцию, формирующего звена. Передаточная функции формируяцего звена

(И)

Структурная схема широтно-и>»пульсного модулятора совместно с ЗГП представлена в йиде соединения идеального импульсного эвеьа (ИИЗ) и формирущего эвена (ФЗ) (рис. 7).

еш

Г

£(Р)

М-

ииэ

т

Jnrlt)

ФЗ

Wcp3(t) WcpS(P)

ХзШ

Xî(p)

Рис. 7. Структурная схема НИМ с ЭГП

Произведен анализ устойчивости Конгурп по углу поворота рулевых колес. Передаточная функция непрерывной.части контура имеет гид

Передаточная функция приведенной непрерывной части контура имеет вид

и/пнч(р) = \Х^з{р) • \^нч(р) . . (13)

При определении импульсной передаточной функции разомкнутого контура произведен переход к - 2 - преобразовании.

При анализе устойчивости замкнутого контура применен аналог алгебраического критерия ГУрвица билинейного преобразования перемен!'" При таком конформном преобразовании окружность единичного радиуса в плоскости И преобразуется в мнк»'ую ось в плоскости \Х/ . Предельное значение коэффициента усиления имеет шракониэ

ДК Ф1 Ui У1

e / e

Ub

ФЗ V .НУ Ч' ПР «(к

Шк

У2 ич СР2 . ДК

0У

Kux

Pue. 8. Функциональная cxe"a следящей систе»«

®

i

Ркc. 9. Структурно cxeva.CAS

KlO.|L Yf

Функциональная схема следящей системы (рис. 8 ) включает ¿К, «И, У1, ФЗ..ИУ, Г1Р, У2, $2, Днол, ОУ — соответственно-датчик копира, фильтр I, усилитель I, формирующее зеено, исполни* тельное устройство, преобразователь, усилитель 2, фильтр 2» датчик колес, объект управления.

Импульсная передаточная функция разомкнутого контура согласно структурной схемы (рис. 9) 'имеет вид

\у*(р)= [^(P),Vc/i(P>J* (М)

При определении импульсной передаточной функции замкнутого контура используется схема приведенная на рис. 10 .

Рис. 10. Преобразованная структурная скема

Для структурной схе'.<ы (рис. 10) импульснуя передаточную функцию получить не возможно. Получим уравнения выходной координаты ..■.■■.

^ 1 (Ш (к)

и уравнение ошибки

¿\р) = эс^хЗ(р) - Х*е*х(р) - х^г(р) - {16)

iLP)

Синтез структуры, принципиальной схеш и парметров коррек-тирунцего фильтра определены с помощью логарифмических частотны^ характеристик разомкнутой систеш на основании'требуемых показателей качества. Желаемая логарифмическая характеристика '• построена на основании требуемых показателей качества. Исходная логарифмическая характеристика построена на основании математических моделей функционально необходимых звеньев. Амплитудно-частотная характеристика последовательно корректирующего фильтра получена как разность между келаемой и исходной логарифмическими характеристиками, '

Исследования САВ с помацыо полученой математической модели показали удовлетворительную сходимость аналитических и экспериментальных результатов,

'4. Ькспериментальные исследования САВ.

В задачу экспериментальных исследований входило:

- настройка параметров корректирующего" фильтра с целью получения требуемых показателей качества; :

- исследование динамических характеристик исполнительных устройств;

~ исследование статической характеристики ШИН с импульсным усилителем мощности систеш, находящейся в разомкнутом состоянии путем .изменения величины сигнала рассогласования •.

Экспериментально исследовались амплитудно-частотная и фаза-частотная характеристики с помоцью генератора сигналов специальной формы типа ГС-15, двухканального осцилографа С1-83. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты исследований амплитудо-частотной и фазо-частотной. характеристик

Ццщ) I I I I 3 1 I I I I I I I II I £ ОД 0,24 0,£9036 0,470£4 0,86 1,2 1,Ь'2 2,5 3 4 56 ч-15 0~ -18 -24 -60 -57 -66 ~70 -75 ^77-60 -82 -85 -88 8.5 9.Ь Ю' Ю 9 7,5 6,5 5 4,2 3,4 2,6 2,1 1,6 ],4 1,1

Экспериментальные исследования подтвердили аналитические исследования корректирующих фильтра, включенного на ьыходе датчика перемещения управляющих колес и хорректируюцего фильтра, ьклочонного на выходе ограничителя датчика.копира.

Экспериментальные осцилограмы исследований ЗГИ представлен т п виде перлсодмх характеристик (рис. II) и графика перемещения мтогса золотника (рис. 12).

узс(*>

уЦ2(*)

■icn.-0.OY с

О 0,02 "."Ч ¿тр.*0.015С ' • £

с. 12. Осшлограма перемещения атска золотника

Исследования статических характеристик компаратора осуществлялись следувцим образом. На вход компаратора подавался двухполярный сигнал.с амплитудой 10 В. Этот сигнал подавался

горизонтальные пластины осцилографа С1-83 с целью развертывания сигнала по оси абсцис. Сигнал с выхода компаратора подавался на вертикальные пластины осцилографа. В результате на экране осцилографа отображалась статическая характеристика (рис, 13 > в виде релейной характеристики с зоной нечувствительности и гистерезисом. .

Иъиьт

1ЦьУИИ

) Г

1

• + Цщп -»Цао^+и«^

- Цп^ ът •

Рис. 13, Статическая характеристика компаратора

Статическая характеристика ШКМ получена как отношение среднего значения импульсной последовательности выходного сигнала при. изменении значения входного 6 . Среднее значение получали с помощью вольтметра .магнитоэлектрической системы типа Ц43И.

В приложения в диссертации приведены акты вп«дреикя.

оснокгга швоиу

Выполнение исследовании позволяет сделать основные выводы:

1. Исследование электронного блока на соответствие требования?» показателям качества позволит получить,оптимальную но-быстродействию САВ и показатели качества переходного лропесса с малой величиной перерегулирования.

2. Для сохранения машиной □ процессе движения заданной траектории, обусловленной осью рядков' корнеплодов, иеобходигт достаточно высокая точность управления, обеспечивающая поле допуска . защитной зоны в междурядье в пределах - (2-3) см.

3. Общей мерой по обеспечению мягкого самовозбуждения генератора прямоугольных импульсов (ГШ) является создание отрицательных обратных связей между входами и выходами, что предотвращает их насыщение и резкое уменьшение коэффициентов.

4. Подача регулируемого смещащего напряжения на один иэ входов ГПИ позволяет осуществить управляемый срыв колебаний, необходимый для изменения величины среднего напряжения в обч'отпах ЭТО после момента срабатывания. ..

5. Величины.резисторов, .являющих-1 элементами времязадащих цепей-мультивибратора, необходимо выбирать такими, чтобы при отсутствии колебаний входное напряжение инверторов & 307-3 и

3) 307-4 было меньше порогового уровня, соответствующего.отпиранию инверторов. В целях исключения появления импульсов отрицательной полярности на входах £> 307-3 и Зэ 307-4 резисторы времязадащих цепей следует, шунтировать диодами. Величина с важности при регулировке находится в пределах с^ =1,6...3,5.

6. Время срабатывания и отпускания ЭГ11 можно изменять схемными методами, основанными на изменении длительности переходных процессов электромагнита. А имений:

- включение добавочного сопротивления й доб с одновременным повышением питания л и так, чтобы установившееся значение тока оставалось неизменным, что приводит к ускорению срабатывания, так как наростание тока происходит по экспоненте с постоянной врзмечи меньшей чем постоянная времени катушки • Т < Тк , а соответственно ЬтрЯ < Ьтцл -;

т еце больнее ускорение дает схема с емкостью, шунтирующая R Доб, и за счет зарядного тока емкости ток и катушке быстрее достигает Ч. сраб;

- организация отрицательной обратной связи по току обмотки, в том числе включение эммитернпм повторителем.

7, Применение датчика останова якоря 5ГП, явлшцегося дополнительной обратной связью фильтров с коррекцией постоянных времени и коэффициентов усиления позволяет достигать оптимальных показателей качества системы.

8. Применение системы с коррекцией коэффициентов усиления

и постоянных времени позволяет уменьшить потери при уборка кор-' неплодов-на 4 - б 5?.аа счет повышения точности движения машины.

Основное содержание диссертации опубликовано в слсдоюцих работах.

• I. Функциональная последовательность работы элементов система автоматизации вождения самоходных колесных сельскохозяйственных машин// - Харьков, 1992, - 12 с, - Гукопись представлена Харьков, ин-тсм мех, и эл. с, х-ва. Деп, в указателе ВИНИТИ 23 июля 1992, № 1487.

2. Исследование системы автоматизации вондения самоходных колесных.сельскохозяйственных машин // Электрификация мобильных сельскохозяйственных агрегатов. - Сб. научн. трудов ЧоГАУ. 1992. с, (соавторы Лебедев А.Т., Крыжачковский Н.'Л.).

3. Чередование компараторов электронного блока системы автоматизации вождения самоходных колесных сельскохозяйственных малин. - Технич. бюл. научн. ис-й ВИМ, выл. 86. Москва. 1992.

с. (соавторы Лебедев А,Т., Крыкачковский Н.Л.).

4. Положительное решение по заявке на А.С. № 492854/15 Устройство для автоматического вождение самоходных колесных сельскохозяйственных машин, Харькрв, ин-т мех. и эл. с. х-вд; А.Т.ЛеСедев~ Ц.Л.КрыкачкрвскИЙ^ 1992.