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农业机械自动控制系统传感技术应用

2018-07-20 09:02 来源:农业机械论文 人参与在线咨询

摘要:随着农业机械不断发展以及完善,使得我国的农业机械取得较大的进步,其中最为显著的是传感技术,通过该技术可以有效促进农机控制的效率,同时也可以更好地推进农机以及农业发展。在本文中主要结合农机自动化的控制案例具体分析传感技术的运用情况,希望能够对今后的农机发展以及农业发展带来一定的参考。

关键词:传感技术;农业机械自动控制系统;应用;实践;分析

0引言

目前,农业发展受到人们的高度重视,而且农机发展作为提升农业生产综合效率的重要方式之一,使得人们在农业产生过程中大量运用。其中在自动化技术的发展过程中,农业现代化的控制方面采用传感技术,一方面可以改善农机控制的综合效率,另一方面在机电一体化中,传感技术属于其中十分关键构件,主要提升的系统控制的精确性以及快速性,进而可以使得信息获取方面取得良好的效果,能够在农机自动化的控制方面取得更好地效果。在文章中主要分析传感技术在整个农机系统中的控制运用情况。

1概述某地农业发展中对农机控制系统的运用情况

某地属于我国重要的农业区,根据其气候条件(夏季该地气温较高,而且降水多,属于典型的高温期以及多雨期向一致的地理环境,同时也具有良好的水热配合效果等),主要种植的作物有:小麦、玉米、甜菜、高粱、大豆以及花生等。在长久发展过程中,农业发展逐渐引入新的技术,其中在农机控制方面也积极引入传感技术,不断提升农机控制精确度以及综合效率。此外,某地的面积非常大,在农业种植以及管理方面需要许多机械的技术进行支持。例如运用拖拉机、灌溉机以及收割机,在这些机械中都广泛运用传感技术[1],在传感技术运用方面可以提高农机综合性能,实际运用方面还会快速掌握农机的综合特征,进而可以快速掌握数据、信息的精确度,人们也可以快速掌握农机信息。下文以拖拉机运用情况具体分析传感技术的运用情况。

2概述拖拉机中的自动调平具体控制情况

拖拉机在农业生产过程中有十分广泛的运用,拖拉机中的农机转动情况和各个构建之间的连接需要加强控制,同时针对农机转动的方向也需要控制。但是由于拖拉机中的横滚角中的传感系统主要测量的是拖拉机横滚角,因此,在田间工作中,拖拉机和农机具需要保持同一的倾斜度,在自动化的控制过程中就需要结合横滚角而加强控制决策,促使农机控制工作中可以取得良好作业的角度。

2.1传感技术在拖拉机横向倾角中的运用

由于农业生产过程中已经大量运用拖拉机,其中横滚角中的传感系统作为测量拖拉机倾斜角的重要工具之一,就可以通过卡尔曼滤波的计算方式进行计算,即掌握陀螺仪和传感器相关的数据信息,进而可以为人们带来十分精确横滚的角度。在计算过程中主要采用的是:在该计算式子中,其中陀螺仪中的传感器主要作用是策略出拖拉机中横向的倾斜角所具有的速度,同时通过横滚角的系统则可以快速掌握一个真实的倾角,即渍代表的是真实倾角,属于一个良好状态下的向量,然后通过加速估计的方式可以展示出陀螺仪这一常值下所发生的偏差,即b,这就可以得到如下的观测方程以及状态方程。在上述方程式子中,渍的导数是渍觶,即代表是角速度,而渍则是横向实际的倾角度。棕在包含在固定状态下陀螺仪所需要输出对应的角速率所产生的偏差,而wg是陀螺仪中噪声的测量情况,其中加速度所计测量中对应的噪声采用wa;在该方程式中,b是b觶所对应的导数,陀螺仪中的常值所发生的偏差表示为b,加速度通过处理之后所获得的角度是渍a,而wa和wg之间是相互独立的。在观察过程中,将二者视为白色噪声的正态分布。在采集该系统中的周期数据资料采用Ts表示,这就可以得到离散系统对应状态的方程以及测量方程,即:在该方程式子中,k作为Xk在该时刻下的一个向量,而(k-1)则属于Xk-1这一时刻下的向量,采集的周期是Ts,而(k-1)属于渍k-1这一时刻所代表的一个固定偏差状态下的陀螺仪所需要的输出角速率,而wgk是k时刻下陀螺仪所测量出的噪声,而k是zk在该时刻下所得到的观测向量。通过该计算方程式就可以得到如下的方程:在k时刻下预测数据所得到的结果,(k-1)作为X+k-1在该时刻下所获得的结果,其中X-k协方差如下:

2.2农业设备的控制情况

在农机系统中,传感技术的运用十分重要。对于传感器而言,属于机械中十分重要的零部件,自身性能的质量直接和整个机械性能带来重要影响。在当前的运用过程中,农业机械中所包含的传感器数量大约为20个,这些传感器分布在农机各个位置,例如有的分布在发动机中对应的控制系统中,有的是底盘控制中,有的是车身控制方面[2],因此,传感器技术对农机系统的控制实现自动目的属于一个十分重要的流程,同时也是农机发展过程中十分重要的环节,可以在实践运用在发挥重要意义。

2.2.1传感器的安装情况

在实际中,拖拉机机械中都会安装传感器,目的就是为了可以提升整个农机整体的性能。但是在现阶段运用过程中,电子控制的方式可以解决许多农机所存在的问题,然而对于其中传感器所出现的问题主要是基于相关的测量数值进行掌握,此时,工作人员就需要定量从各个部件中提取输出的信号,进而可以将传感器置于实际作业量过程中,可以十分细化地掌握空气湿度以及实际农业作业中的环境信息等,通过该信号方式则能够有效传递出相关的信息。

2.2.2农机中的底盘控制情况

为了能够提升农机控制的系统综合效率,底盘属于其中十分重要的部分,采用传感器技术进行控制,则可以充分促进整个功能系统获得良好的质量,同时也可以很好地促进农机发展提升自己的综合水平。因此,这就要求工作人员在实践工作中可以重视传感技术的运用,并且可以有效改善农机系统中的底盘控制效果,即实现自动化控制的目标。如农垦系统需要运用的是大功率轮式的拖拉机,工作人员为了可以逐渐提高机械运用所具有的效率以及综合效果,可以将传感技术融入其中,保障整个农垦系统可以充分发挥良好的作用。

2.2.3收集数据信息

传感器作为农业机械中十分重要组成部分,在实践运用过程中,工作人员需要结合实际情况而提升整体的性能,进而可以使得农机在工作中可以有效降低能耗,同时也可以减少废气的排放,针对其中所发生的问题以及故障等都可以尽快掌握,尤其是在较为恶劣状态下,也可以很好地提高整个机械设备所具有的稳定性。从某地从事农业生产的角度分析,农机设备参与作业的环境都十分恶劣,此时工作人员就可以通过传感技术而收集对应的信息,并且进行分析,从而可以有效提升整个系统环境的可靠性以及精确度。除此之外,该方式还可以防止传感器整个系统发生误差等问题。

2.3数字传感器实施定位

农业机械还需要具备较高的精度进行定位,其中GPS定位的方式具有一定的复杂性,在农业生产过程中如果采用此定位方式不仅需要大量建设资金,而且在一些较小的农田运用中也难以推广,同时GPS系统中的定位也难以取得良好的精准度,为了可以更好地提高农机定位的精准性,在某地的农业生产过程中采用的是数字传感器进行定位工作。在数字传感器中,其主要的工作原理:数字补偿,通过数字补偿的方式可以合理建立对应的物理模型和相关的数学模型,并且结合数据信息而绘制出一个十分精准和可靠数字的模型,从而更好地提升数字补偿的精度。拖拉机中的横滚角所实施的传感系统主要安装的有三个不同的轴线,其中对于各个功能转台中的平台都可以设置对应的正弦运动,但是其他的两个则锁定其处于不运动的状态。结合拖拉机躬耕在田间的情况,其中的正弦运动所获得的频率分别是0.5、0.75、1.0以及2(单位:赫兹),具体的幅度值可以选取为:2/4/6/8以及10,农机在实际中的运用主要是参照数字模型则绘制简单的图形,见图2。结合补偿计算的软件以及微处理器对其中的误差进行修正,这就可以使得传感器可以获得良好模拟信息的有效输出。

2.4结合拖拉机

在田间的运用情况根据某地从事农业生产的实际情况可知,拖拉机在农业生产中的运用传感技术,将实际的数据反馈至工作人员在。通常情况下,控制好拖拉机在平地中的运行速度,即0.6m/S,其中数据的记录频率大约为40Hz。拖拉机的车身通过MTi-300的姿态控制好传感测量中横滚角的数据,使得拖拉机中的横滚角可以在传感系统中较好地融合对应的算法输出情况,并且也可以提升拖拉机中的车身横滚的倾斜度。但是,相关的工作人员需要充分控制好平均绝对的误差,大约是0.4度,而平均的方根误差允许范围为0.45度,而最大的误差则是1.25度,在符合具体要求的横滚角传感中的算法之后,从而可以获得良好的横滚角度效果。此外,当MTi-300处于平地铲的状态下,传感技术所获得的倾斜角度(和水平位置的0度对比)可以允许的误差为0.51度,从而可以更好地调整拖拉机在平地中实现自动铲平的要求,同时也极大提升拖拉机精度的控制效果。

3结束语

在上文中主要分析传感技术运用于农业机械控制方面所取得的良好效果,在今后的农机控制方面将智能化以及自动化结合在一起,使得农机发展逐渐提升控制质量。因此,农机的自动化控制方面融入传感技术,并且也对农机发展带来积极作用,同时也促进农业获得更加长远的发展。

参考文献:

[1]胡静涛,高雷,白晓平,李逃昌,刘晓光.农业机械自动导航技术研究进展[J].农业工程学报,2015,31(10):1-10.

[2]郑晓龙,王士军,张军伟,文永双,赵达.农业机械自动调高装置微电容检测系统的设计[J].农机化研究,2016,38(03):101-105,114.

[3]黄华睿.虚拟技术在农业机械中的运用[J].南方农机,2018(03).

作者:杜静 单位:河南省水利水电学校

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