一种基于模糊自适应的积分分离PID的植保机轮距调整装置

本技术涉及农业机械，特别涉及一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置。

背景技术：

1、植保机针对不同的田间作业需求，需要有不同的轮距。农业生产中种植不同种类的农作物，或者同一农作物的不同品种，对于种植过程中的行距和株距等要求存在一定的差异，导致作业机在种植小麦、玉米、大豆、高粱等不同作物时所需要的底盘状态也不同，为避免作业工程中植保机对植株造成伤害，采用轮距可调技术能很好地避免这一问题的发生。

2、目前我国大田作物生长期的追施肥、病虫害防治等田间管理机械的研制尚处于起步阶段，主要存在的问题是可靠性差、故障率高、机械结构复杂、性能差等，无法做到精准调整，作物碾压率高。且传统机械逐渐向数字控制化、信息集成化智能机械发展。因此，采取农机农艺相结合，改进、完善现有机械设备，研制新型田间管理作业机械，增加智能控制环节，进行田间实验，对于提高大田作物生产机械化、智能化整体水平，对实现农业增效、农民减负增收和农村经济发展具有重要的现实意义。

3、基于上述的分析，拟研制一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置，达到不同农作物农艺要求的轮距，精准调整以期实现田间精细化管理，从而降低压苗率并减少农民负担，具有重要的经济与实用价值，对提高轮距调节机械化作业水平具有巨大推动作用。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置，利用电控和液压技术实现对轮距的控制，同时加入一种基于模糊自适应的积分分离pid控制算法优化控制效果，四轮可独立轮距可调，大幅度减少作业过程中的压苗现象，提高粮食产量，降低农民劳动强度。

2、为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置，包括机架总成1、发动机5和驾驶室6；

4、所述装置还包括轮距调节机构2、行走动力传动机构3、液压控制系统4和控制器；

5、所述机架总成1包括横梁1-1、前大架1-2、第一纵向花键传动轴1-3-1、第二纵向花键传动轴1-3-2、油壶1-4、第一万向节1-5-1、第二万向节1-5-2、第三万向节1-5-3、前法兰盘1-6-1、后法兰盘1-6-2、差速器输出轴1-7、后大架1-8、电机1-9、横向花键传动轴1-10和支架脚1-11；

6、前、后车轮3-7的车轮轴3-11的上方分别设有一横梁1-1；

7、前大架1-2的前端与位于前部车轮轴3-11上方的横梁1-1水平连接；前法兰盘1-6-1竖直布置，前法兰盘1-6-1的上端与前部车轮3-7上方的横梁1-1连接；后法兰盘1-6-2竖直布置，后法兰盘1-6-2的上端与前大架1-2的后端连接；差速器3-4与前法兰盘1-6-1连接，油壶1-4与后法兰盘1-6-2连接；

8、差速器输出轴1-7的后端与第一纵向花键传动轴1-3-1的前端通过第一万向节1-5-1连接；第一纵向花键传动轴1-3-1穿过油壶1-4，第一纵向花键传动轴1-3-1的后端与第二纵向花键传动轴1-3-2的前端通过第二万向节1-5-2连接；

9、后大架1-8的后端与位于后部车轮轴3-11上方的横梁1-1水平连接；位于后部车轮轴3-11上方的横梁1-1的下方与支架脚1-11连接；后大架1-8的下方固设有竖直布置的法兰盘，后大架1-8的下方的法兰盘与电机1-9相连；电机1-9的左右两侧的动力输出轴与横向花键传动轴1-10连接；电机1-9的前方的动力输出轴与第二纵向花键传动轴1-3-2的后端通过第三万向节1-5-3连接；

10、轮距调节机构2呈中心对称设置在前、后车轮3-7的车轮轴3-11的上方的横梁1-1上，轮距调节机构2包括可动支腿2-1、锁紧螺母2-2、间隙调整螺栓2-3、调节滑套2-4、滑动轴承2-5和液压缸2-6；

11、液压缸2-6的缸座安装在差速器3-4两侧的固定座上，液压缸2-6水平放置，液压缸2-6的活塞杆水平向外与两个可动支腿2-1通过连接耳固定连接；

12、在横梁1-1两端分别套有调节滑套2-4，调节滑套2-4与可动支腿2-1的上端固定固接；

13、当液压缸2-6的活塞杆伸缩时，液压缸2-6的活塞杆水平向外或向内拉动可动支腿2-1；由于可动支腿2-1与调节滑套2-4固定连接，可动支腿2-1进而带动调节滑套2-4沿横梁1-1水平移动，从而使车轮水平移动，实现位于同一横梁1-1下方的两车轮3-7间轮距的调节；

14、调节滑套2-4与横梁1-1间安装有滑动轴承2-5，调节轮距时，横梁1-1在调节滑套2-4内与滑动轴承2-5相对滑动；调节滑套2-4上设有定位螺栓孔，定位螺栓孔内设有间隙调整螺栓2-3，所述的间隙调整螺栓2-3的一端穿过定位螺栓孔抵在滑动轴承2-5上；锁紧螺母2-2与间隙调整螺栓2-3相配合，滑动轴承2-5位于调节滑套2-4内部与间隙调整螺栓2-3相配合；

15、所述行走动力传动机构3包括双排链轮3-1、从动轴3-2、主动轴3-3、差速器3-4、差速器输出半轴3-5、输出轴3-6、车轮3-7、上齿轮3-8、链条3-9、下齿轮3-10和车轮轴3-11；

16、双排链轮3-1包括两个分别套装于从动轴3-2和主动轴3-3端部的子链轮；差速器输出半轴3-5上设有链轮，差速器输出半轴3-5上的链轮与设在主动轴3-3端部的子链轮通过第一子链条连接；主动轴3-3端部的子链轮与从动轴3-2端部的子链轮通过第二子链条连接；输出轴3-6上设有链轮，从动轴3-2端部的子链轮与输出轴3-6上的链轮通过第三子链条连接；动力从差速器输出半轴3-5通过双排链轮3-1传至主动轴3-3，从动轴3-2通过双排链轮3-1与输出轴3-6连接；

17、可动支腿2-1的内侧上方设有上齿轮3-8，可动支腿2-1的内侧下方设有下齿轮3-10；上齿轮3-8套装于输出轴3-6上，下齿轮3-10套装于车轮轴3-11上，车轮3-7可转动地连接与车轮轴3-11连接；上齿轮3-8和下齿轮3-10通过链条3-9连接；差速器输出半轴3-5通过传动轴组件将动力传递至上齿轮3-8和下齿轮3-10，从而带动车轮3-7转动；

18、所述的液压控制系统4包括位移传感器4-1、报警装置4-2、键盘4-3、显示器4-4、球阀4-5、双向液压锁4-6、电磁比例换向阀4-7、液压泵4-8、过滤器4-9、油箱4-10和溢流阀4-11；

19、位移传感器4-1位于输出轴3-6下方，与可动支腿2-1的内侧相连接；

20、油箱4-10的出油口与过滤器4-9的进油口和溢流阀4-11的出油口连接，过滤器4-9的出油口与液压泵4-8的进油口相连接，溢流阀4-11的进油口与液压泵4-8的出油口相连接，液压泵4-8的出油口连接四组液压装置，每组液压装置由液压缸2-6、球阀4-5、双向液压锁4-6、电磁比例换向阀4-7组成，电磁比例换向阀4-7的进油口与液压泵4-8的出油口相连接，电磁比例换向阀4-7的出油口与油箱连接，电磁比例换向阀4-7的工作口a和工作口b分别与双向液压锁4-6的两个进油口连接，双向液压锁4-6的两个出油口分别与球阀4-5的进油口连接，两个球阀4-5的出油口分别与液压缸2-6的两个腔室连接；

21、发动机5通过传动带连接液压泵4-8带动液压泵转动，液压油由油箱4-10经过过滤器4-9被吸入液压泵4-8，通过油腔容积的不断改变将低压油转换为高压油，高压油从液压泵4-8出油口进入电磁比例换向阀4-7的进油口，电磁比例换向阀4-7经过双向液压锁4-6、球阀4-5进入液压缸2-6的活塞杆侧，另一侧液压油流回油箱4-10；

22、控制器与位移传感器4-1、报警装置4-2、键盘4-3、显示器4-4和电磁比例换向阀4-7电连接。

23、所述控制器为模糊自适应的积分分离pid控制，由积分分离的pid控制和模糊pid控制组成；积分分离pid公式为：

24、

25、公式1中，u(k)为进入受控对象的控制变量；kp为比例系数；e(k)、e(j)、e(k-1)为偏差信号；β项为积分项的开关系数；ki为积分时间常数；t为采样时间，单位为秒；kd为微分时间常数；ε为阈值。

26、报警装置4-2、键盘4-3和显示器4-4均位于驾驶室6上方，内嵌于驾驶室6的上箱盖。

27、一种利用所述的基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置的控制方法，所述方法包括如下步骤：

28、s1、控制器进行参数的初始化；

29、s2、将输入值r(k)和理想输出值y(k)输入到控制器中，由控制器计算偏差值e(k)，e(k)＝r(k)-y(k)；

30、s3、将偏差值e(k)的绝对值与设定的阈值ε进行比较，当e(k)小于阈值ε时积分器开始工作，大于阈值ε时积分器关闭；

31、s4、控制器根据模糊pid规则，计算出输出变量的值，并通过查表的形式创建并实施保存在控制器中。通过偏差e和偏差变化ec的模糊量化语言直接查询输出表值，获取pid增量值；

32、s5、最终得到一个输出值u(k)，更新控制器各部分的参数，控制器根据给定的输出值u(k)控制电磁比例换向阀4-7的阀口开度实现轮距的调节。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

34、1、本发明的一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置，轮距调整装置采用滑块式调节机构，结构简单，易于操作与维护。

35、2、本发明的一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置具有车轮轮距的同步调节、两轮独立调节和四轮独立调节多种模式，能够大大降低农作物碾压率，提高粮食产量，通过障碍物、狭窄路段等复杂地形。

36、3、本发明的一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置通过液压技术与电子控制技术结合，实现智能化、自动化，通过编程控制电磁比例换向阀，进而推动液压缸，实现轮距连续性调节。与机械式轮距调整相比更加方便精准，与电力驱动相比更加适用恶劣环境作为农业机械的动力来源。

37、4、本发明的一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置的套节滑套采用间隙调整螺栓和锁紧螺母机构来消除间隙，进而保证轴承与横梁接触均匀，使横梁在调节滑套内不发生晃动。

38、5、本发明的一种基于模糊自适应的积分分离pid的植保机轮距调整装置的控制器中在传统的pid控制上加入模糊自适应控制与积分分离pid控制，降低了超调量，响应速度更快，有效地减小了震荡次数，提高了稳定性。