基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置及控制方法与流程

本发明属于农业机械技术领域，尤其涉及一种基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置及控制方法。

背景技术：

目前，传统的收割机割台为了最大效率进行收割，保证收获作业质量，根据田间地形地貌起伏，需要调节割台的高度。然而由于割台较重，传统的调节高度机构在调节高度后，很难进行自锁，割台无法稳定固定，从而不能正常进行使用；并且现有的割台的位置调节均为手动调节，智能化程度差。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)传统的收割机割台由于割台较重，无法进行自锁，影响工作。

(2)现有的割台的位置调节均为手动调节，智能化程度差。

现有技术中，对电机的安全运行缺乏一种安全控制方法。使电机不能发挥最大利用效率。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置及控制方法。

本发明是这样实现的，一种基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置，所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置设置有：

设置有固定底座；

所述固定底座的中部通过螺栓固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上焊接有转轴；所述转轴的外部套装有棘轮；

所述棘轮外部齿接有棘爪，所述棘爪焊接安装在丝杆柱上，两侧的所述丝杆柱的上端通过固定架安装有割刀；所述驱动电机的信号控制端连接信号接收器，所述信号接收器嵌装在固定底座内部；

所述信号接收器与遥控器无线连接，通过遥控器对信号接收器发送指令，实现对驱动电机的无线控制；所述固定底座的两侧卡装在固定横梁内，所述固定横梁通过螺栓固定安装在收割机本体上，通过安装固定架对固定底座在收割机本体上的安装，用于提高安装的牢固度；

所述丝杆柱的下端卡装在步进电机的内部，所述步进电机通过螺栓固定安装在固定底座上，通过步进电机从容控制割台的上下移动，形成自锁，让割台稳定地固定在某一高度，并锁定；

所述棘轮的表面粘贴有转向标识，所述棘轮的外部套装有防护罩，通过安装转向标识和防护罩，对棘轮的转动方向进行识别和防护，用于避免对操作人员造成损伤。

进一步，固定底座的两侧卡装在固定横梁内，固定横梁通过螺栓固定安装在收割机本体上。

进一步，丝杆柱的下端卡装在步进电机的内部，步进电机通过螺栓固定安装在固定底座上；

棘轮的表面粘贴有转向标识，棘轮的外部套装有防护罩。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置的基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法，所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法包括：

(1)将固定架与收割机的机身固定连接，根据收割稻麦的高度需要调节割台高度时，通过控制固定底座上安装的两个步进电机转动，带动与其连接的丝杆柱转动，套在上面的滑块会相应的往上移动，带动割刀的上下移动；

(2)当停止移动时，安装在丝杆柱上的棘爪与中间的棘轮相互啮合形成自锁，从而收割机的割台不会下落或者不稳定，稳定地固定了割台；当要使割台下落时，通过遥控器向信号接收器发送指令，信号接收器将信号传输至驱动电机，通过驱动电机的反向转动，从容解除棘爪与中间的棘轮的相互之间的自锁，从而让割台下降。

所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法进一步包括：

(1)在方波信号作用下，分析q轴一个周期t电流环pid参数；分析时将方波信号一个周期分为高电平区间[0,t/2]、低电平区间[t/2,t]；电流方波信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；itae整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，itae准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过adc采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；对p值进行整定，初值p(0)对应itae指标为e(0)；p(i)对应itae指标为e(i)；i∈[1,∞)，i∈n；

按照粒子群优化算法对p值进行动态赋值，变量p(i)值所对应的适应度函数用fi表示，当fi<2％时，此时得到最优伺服整定p(i)值，粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c1r1(pbest-x(t))+c2r2(gbest-x(t))；

w＝(wmax-wmin)×exp(-β(t/tmax)²)+wmin；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c1、c2为常数2，r1、r2为分布于[0,1]范围内的随机数，pbest为粒子本身找到的最优解，全局极值gbest为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；

(2)根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，fi为第i个粒子适应度，favg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1,max|f1-favg|},i∈[1,n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

gbest＝gbest×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对gbest执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

(3)在确定最优伺服系统控制参数p值后，分别使d值取0，整定i值，i值取0，整定d值；

对得到的整定参数进行校验，若作用下的电流闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小等特征，则认为参数整定结果满足电流环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定；

(4)当停止移动时，安装在丝杆柱上的棘爪与中间的棘轮相互啮合形成自锁；

当割台下降时，通过遥控器向信号接收器发送指令，信号接收器将信号传输至驱动电机，通过驱动电机的反向转动，解除棘爪与中间的棘轮的相互之间的自锁，让割台下降；具体包括：

给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比和工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比的定义公式；

通过香农公式给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率和终端直通模式的驱动电机的传输速率的定义公式；

驱动电机在遥控器的接收信干噪比的定义公式为：

其中，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机m的发送功率，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机m与遥控器之间的信道增益，pl^r(t)为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l的发送功率，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l与遥控器之间的信道增益，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j的发送功率，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j与遥控器之间的信道增益，nm(t)为遥控器的噪声功率；

(5)工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比定义为：

其中，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机n的发送功率，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机n与终端直通接收端之间的信道增益，pl^r(t)为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l的发送功率，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l与终端直通接收端之间的信道增益，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j的发送功率，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j与终端直通接收端之间的信道增益，nn(t)为终端直通接收端的噪声功率。

所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法的信号控制端控制步进电机转动中进一步包括：

电机转子堵转，输入q轴电流周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；

随机给定电流环初始控制参数p＝x，通过adc采样，坐标变换后得到q轴电流跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；

如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；根据公式计算群体适应度方差；

判断算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子初始化；

求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定伺服系统最优p值之后，整定系统i、d值；

最终校验伺服系统整体电流闭环响应特性。

进一步，所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法的itae准则表达为：

组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率的定义公式：

其中，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比；

组r内工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率定义为：

其中，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比；

给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比和工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比的定义公式后，还需进行给出系统工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率rm(t)、工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率rn(t)和所有工作的驱动电机的总传输速率rtot(t)的定义公式；

给出系统工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率rm(t)的定义公式：

其中，为一个示性参数，如果驱动电机m是组r内工作在蜂窝模式的驱动电机，则值为1；否则值为0，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率；

工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率rn(t)的定义公式：

其中，为一个示性参数，如果驱动电机n是组r内工作在终端直通模式的驱动电机，则值为1；否则值为0，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率；

所有工作的驱动电机的总传输速率rtot(t)的定义公式：

其中，为组r内工作的驱动电机的传输速率。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制法的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于移动终端的收割机割台升高锁定控制方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

通过安装转向标识，方便对棘轮的转动方向进行识别；通过安装防护罩，可有效对棘轮进行防护，避免棘轮对操作人员造成损伤。

通过遥控器对信号接收器发送指令，实现对驱动电机的无线控制，智能化程度高；并锁定的问题，使割台可以锁定在任意高度，而不影响工作。

通过步进电机从容控制割台的上下移动，形成自锁，让割台稳定地固定在某一高度，并锁定，使用方便。

本发明信号控制端控制步进电机转动中，进行电机转子堵转，消除d轴电流反向电动势的影响；

在方波信号作用下，分析q轴一个周期t电流环pid参数；

分析时将方波信号一个周期分为高电平区间[0,t/2]、低电平区间[t/2,t]；

电流方波信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；

itae整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，itae准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过adc采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；

对p值进行整定，初值p(0)对应itae指标为e(0)；p(i)对应itae指标为e(i)；i∈[1,∞)，i∈n；

按照粒子群优化算法对p值进行动态赋值，变量p(i)值所对应的适应度函数用fi表示，当fi<2％时，此时得到最优伺服整定p(i)值，可对电机的安全运行提供保证。使电机利用效率大大提高。

本发明当要使割台下落时，通过遥控器向信号接收器发送指令，信号接收器将信号传输至驱动电机，通过驱动电机的反向转动，解除棘爪与中间的棘轮的相互之间的自锁，让割台下降；具体包括：

给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比和工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比的定义公式；

通过香农公式给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率和终端直通模式的驱动电机的传输速率的定义公式；可进一步智能控制驱动电机的运行状态，而且实用性强。收割机在田间作业时，田间地形复杂，割台位置驾驶人员并不能实时观测到，如何使用遥控器对该问题加以解决，加以在分禾轮位置增加离地高检测传感器，解决驾驶人员肉眼观测不到的缺陷，实用性会更好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置的前面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置的结构后面示意图；

图3是本发明实施例提供的步进电机的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的遥控器的电路原理图；

图中：1、割刀；2、丝杆柱；3、滑块；4、棘爪；5、转轴；6、驱动电机；7、棘轮；8、固定架；9、固定底座；10、步进电机；11、固定横梁；12、遥控器；13、信号接收器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

由图1至图4所示，本发明实施例提供的基于移动终端的收割机割台升高锁定控制装置，设置有固定底座9，所述固定底座9的中部通过螺栓固定安装有驱动电机6，所述驱动电机6的输出轴上焊接有转轴5，所述转轴5的外部套装有棘轮7；所述

所述棘轮7外部齿接有棘爪4，所述棘爪4焊接安装在丝杆柱2上，两侧的所述丝杆柱2的上端通过固定架8安装有割刀1；

所述驱动电机6的信号控制端连接信号接收器13，所述信号接收器13嵌装在固定底座9内部；所述信号接收器13与遥控器12无线连接。

通过遥控器12对信号接收器13发送指令，实现对驱动电机6的无线控制，智能化程度高。解决了因割台较重而无法升高到某一高度，并锁定的问题，使割台可以锁定在任意高度，而不影响工作。

所述固定底座9的两侧卡装在固定横梁11内，所述固定横梁11通过螺栓固定安装在收割机本体上。

通过安装固定架11方便对固定底座9在收割机本体上的安装，提高了安装的牢固度。

所述丝杆柱2的下端卡装在步进电机10的内部，所述步进电机10通过螺栓固定安装在固定底座9上。

通过步进电机10从容控制割台的上下移动，形成自锁，让割台稳定地固定在某一高度，并锁定，使用方便。

所述棘轮7的表面粘贴有转向标识，所述棘轮7的外部套装有防护罩。

通过安装转向标识，方便对棘轮7的转动方向进行识别；通过安装防护罩，可有效对棘轮7进行防护，避免棘轮7对操作人员造成损伤。

本发明的工作原理是：工作时，将固定架8与收割机的机身固定连接，根据收割稻麦的高度需要调节割台高度时，通过控制固定底座9上安装的两个步进电机10转动，带动与其连接的丝杆柱2转动，从而套在上面的滑块3会相应的往上移动，进而带动了割刀1的上下移动。当停止移动时，安装在丝杆柱2上的棘爪4与中间的棘轮7相互啮合形成自锁，从而收割机的割台不会下落或者不稳定，从而稳定地固定了割台。当要使割台下落时，通过遥控器12向信号接收器13发送指令，信号接收器13将信号传输至驱动电机6，通过驱动电机6的反向转动，从容解除棘爪4与中间的棘轮7的相互之间的自锁，从而让割台下降。

下面结合具体分析对本发明作进一步描述。

本发明实施例提供的基于移动终端的收割机割台升高锁定控制法，包括：

通过驱动电机的信号控制端控制固定底座上安装的两个步进电机转动，带动丝杆柱转动，使滑块相应的移动，进而带动割刀的上下移动；

信号控制端控制步进电机转动中，进行电机转子堵转，消除d轴电流反向电动势的影响；

在方波信号作用下，分析q轴一个周期t电流环pid参数；

分析时将方波信号一个周期分为高电平区间[0,t/2]、低电平区间[t/2,t]；

电流方波信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；

itae整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，itae准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，通过adc采样得到反馈相电流，然后进行坐标变换得到电流环跟踪响应电流；

对p值进行整定，初值p(0)对应itae指标为e(0)；p(i)对应itae指标为e(i)；i∈[1,∞)，i∈n；

按照粒子群优化算法对p值进行动态赋值，变量p(i)值所对应的适应度函数用fi表示，当fi<2％时，此时得到最优伺服整定p(i)值，粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c1r1(pbest-x(t))+c2r2(gbest-x(t))；

w＝(wmax-wmin)×exp(-β(t/tmax)²)+wmin；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c1、c2为常数2，r1、r2为分布于[0,1]范围内的随机数，pbest为粒子本身找到的最优解，全局极值gbest为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15,20]；

根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，fi为第i个粒子适应度，favg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1,max|f1-favg|},i∈[1,n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

gbest＝gbest×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对gbest执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

在确定最优伺服系统控制参数p值后，分别使d值取0，整定i值，i值取0，整定d值；

对得到的整定参数进行校验，若作用下的电流闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小等特征，则认为参数整定结果满足电流环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定；

当停止移动时，安装在丝杆柱上的棘爪与中间的棘轮相互啮合形成自锁；

当要使割台下落时，通过遥控器向信号接收器发送指令，信号接收器将信号传输至驱动电机，通过驱动电机的反向转动，解除棘爪与中间的棘轮的相互之间的自锁，让割台下降；具体包括：

给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比和工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比的定义公式；

通过香农公式给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率和终端直通模式的驱动电机的传输速率的定义公式；

驱动电机在遥控器的接收信干噪比的定义公式为：

其中，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机m的发送功率，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机m与遥控器之间的信道增益，pl^r(t)为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l的发送功率，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l与遥控器之间的信道增益，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j的发送功率，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j与遥控器之间的信道增益，nm(t)为遥控器的噪声功率；

工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比定义为：

其中，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机n的发送功率，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机n与终端直通接收端之间的信道增益，pl^r(t)为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l的发送功率，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机l与终端直通接收端之间的信道增益，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j的发送功率，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机j与终端直通接收端之间的信道增益，nn(t)为终端直通接收端的噪声功率。

信号控制端控制步进电机转动中，进一步包括：

电机转子堵转，输入q轴电流周期方波指令信号；在t＝0时刻，对所有粒子初始化，在允许取值范围内随机设置粒子的初始化位置x，将第i个粒子的自身个体极值设置成当前位置，全局极值设置成粒子群中的最优粒子位置；

随机给定电流环初始控制参数p＝x，通过adc采样，坐标变换后得到q轴电流跟踪响应信号，更新粒子位置，计算粒子i的适应度；

如果粒子i的适应度优于自身个体极值的适应度；如果当前进化代数中，粒子i的适应度优于全局极值的适应度；根据公式计算群体适应度方差；

判断算法是否满足收敛条件，如果满足就执行根据公式计算群体适应度方差，否则就对全局最优解按照公式执行变异操作并转回对所有粒子初始化；

求出全局最优解的目标函数值，并输出全局最优解，算法结束；通过伺服系统校验最优值等于全局极值，如果满足响应要求则整定成功，否则继续整定；相同整定结构，在确定伺服系统最优p值之后，整定系统i、d值；

最终校验伺服系统整体电流闭环响应特性。

itae准则表达为：

组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率的定义公式：

其中，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比；

组r内工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率定义为：

其中，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比。

给出组r内工作在蜂窝模式的驱动电机在遥控器的接收信干噪比和工作在终端直通模式的驱动电机在终端直通接收端的接收信干噪比的定义公式后，还需进行给出系统工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率rm(t)、工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率rn(t)和所有工作的驱动电机的总传输速率rtot(t)的定义公式；

给出系统工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率rm(t)的定义公式：

其中，为一个示性参数，如果驱动电机m是组r内工作在蜂窝模式的驱动电机，则值为1；否则值为0，为组r内工作在蜂窝模式的驱动电机的传输速率；

工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率rn(t)的定义公式：

其中，为一个示性参数，如果驱动电机n是组r内工作在终端直通模式的驱动电机，则值为1；否则值为0，为组r内工作在终端直通模式的驱动电机的传输速率；

所有工作的驱动电机的总传输速率rtot(t)的定义公式：

其中，为组r内工作的驱动电机的传输速率。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字驱动电机线(dsl)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。