本发明属于植保机械领域，尤其涉及到一种喷杆平衡主动预测调节系统及方法。
背景技术
喷杆式喷雾机在田间作业过程中，喷杆不仅要承受行驶底盘传递过来的地面颠簸，且因分行器的存在，还要承受各分行器的随机分行阻力，极易出现喷杆偏斜和喷杆晃动现象，不仅影响施药均匀性，甚至还会出现刮伤作物、喷杆触地、拉断喷杆等严重事故。因此，研发一种喷杆平衡自动调节系统具有重要的现实意义。
专利申请号201510079249.0，公开了一种喷杆平衡自动调节装置及方法，作业时，控制器根据安装在行驶底盘上的姿态传感器所侧行驶底盘的侧倾角和侧倾角加速度，控制器预测液压缸喷杆调平所需调节量，实现喷杆平衡的调节。文献《基于姿态调整的自平衡静电喷杆的研究与实现》(张金燕等，计算机工程与应用，2015,51(s1)，第322～325页)设计了一种基于姿态调整自平衡喷杆，采用9轴姿态传感器gy521-mpu6050来实时监测喷杆的倾斜状态，通过控制直流电机转速和转向实现喷杆平衡的控制。但是，此类方法仅依靠姿态传感器对喷杆平衡状态进行监测，且未考虑喷杆分行阻力对喷杆姿态的影响，对于带有分行器结构的喷杆式喷雾机适应性较差，调整滞后严重，平衡效果较差。
为了有效地调节喷杆的平衡，本发明提供了一种喷杆平衡主动预测调节系统及方法，可实现对喷杆平衡的主动预测调节。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种喷杆平衡主动预测调节系统及方法，以实现在喷杆式喷雾机田间作业阶段，喷杆平衡控制器依据各分行器随机分行阻力、底盘姿态变化及趋势预测喷杆姿态变化量，操控两侧的平衡液压缸对喷杆平衡进行伺服预测控制。主要为了解决田间地面颠簸和分行阻力不平衡引起的喷杆偏斜或晃动，实现喷杆的自动平衡控制。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种喷杆平衡主动预测调节系统包括机械部分和控制部分；所述机械部分包括行驶底盘、喷雾机主架、喷杆、滚柱、分行器、喷杆升降液压缸、左侧平衡液压缸、右侧平衡液压缸、左侧横向折叠液压缸和右侧横向折叠液压缸；所述喷杆上设置有多个分行器；
所述控制部分包括底盘姿态传感器、多维力传感器、数据采集模块、喷杆平衡控制器、数据输出模块、电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d和电磁阀e；电磁阀a、电磁阀b连接至数据输出模块，分别用于驱动左侧平衡液压缸和右侧平衡液压缸；所述底盘姿态传感器安装在行驶底盘上，用于检测行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度；所述多维力传感器安装于各分行器上，用于检测各分行器的随机分行阻力；底盘姿态传感器、多维力传感器连接至数据采集模块；数据采集模块和数据输出模块连接至喷杆平衡控制器。
进一步的，所述喷杆平衡控制器用于依据行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度、各分行器的随机分行阻力，计算左侧平衡液压缸和右侧平衡液压缸保持喷杆平衡的调节量。
进一步的，所述电磁阀c、电磁阀d和电磁阀e连接至数据输出模块，分别用于驱动喷杆升降液压缸、左侧横向折叠液压缸和右侧横向折叠液压缸。
进一步的，所述分行器为11个。
进一步的，所述多维力传感器为11个。
一种喷杆平衡主动预测调节方法，包括以下步骤：
步骤一，在喷杆喷雾机实际田间作业阶段，底盘姿态传感器检测行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度以预测因地面颠簸导致的喷杆姿态变化，多维力传感器检测各分行器的随机分行阻力以预测因随机分行阻力导致的喷杆姿态变化；
步骤二，喷杆平衡控制器依据行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度及分行器的随机分行阻力预测喷杆姿态变化量，计算左侧平衡液压缸和右侧平衡液压缸保持喷杆平衡的调节量；
步骤三，根据步骤二计算的喷杆平衡调节量，向电磁阀a和电磁阀b发出控制命令，电磁阀a和电磁阀b驱动左侧平衡液压缸和右侧平衡液压缸提前调节喷杆的平衡，抵消田间地面颠簸和随机分行阻力不平衡导致的喷杆偏斜或晃动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过对各分行器安装多维力传感器，从而能在喷雾机实际田间作业阶段检测各分行器的随机分行阻力。
2.本发明依据各分行器的随机分行阻力，并结合底盘姿态传感器输出的底盘姿态侧倾角和侧倾角加速度预测喷杆姿态变化，从而能在喷雾机实际田间作业阶段操控两侧的平衡液压缸对喷杆进行伺服预测控制，实现喷杆平衡的预测调节，有利于提高喷雾雾滴沉积均匀性，节约农药，减少环境污染。
附图说明
图1为喷杆式喷雾机的轴测图。
图2为喷杆平衡控制结构示意图。
附图标记如下：
1.多维力传感器2.分行器3.左侧平衡液压缸4.右侧平衡液压缸5.底盘姿态传感器6.数据采集模块7.喷杆平衡控制器8.数据输出模块9.电磁阀a10.电磁阀b
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明一种喷杆平衡主动预测调节系统，包括机械部分和控制部分。
结合附图1所示，机械部分由行驶底盘、喷雾机主架、喷杆、滚柱、分行器2、喷杆升降液压缸、左侧平衡液压缸3、右侧平衡液压缸4、左侧横向折叠液压缸、右侧横向折叠液压缸组成。其中喷杆上设置有多个分行器2。
结合附图2所示，控制部分由底盘姿态传感器5、多维力传感器1、数据采集模块6、喷杆平衡控制器7、数据输出模块8、电磁阀a9、电磁阀b10、电磁阀c、电磁阀d和电磁阀e组成；电磁阀a9、电磁阀b10连接至数据输出模块8，分别用于驱动左侧平衡液压缸3和右侧平衡液压缸4。其中底盘姿态传感器5安装在行驶底盘上，用于检测行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度；多维力传感器1安装于各分行器2上，用于检测各分行器2的随机分行阻力；底盘姿态传感器5、多维力传感器1连接至数据采集模块6；数据采集模块6和数据输出模块8连接至喷杆平衡控制器7；喷杆平衡控制器7用于依据行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度、各分行器2的随机分行阻力，计算左侧平衡液压缸3和右侧平衡液压缸4保持喷杆平衡的调节量。
本发明的工作过程及调节方法如下：
喷杆式喷雾机田间作业前，操作人员首先应根据当前作物生长实际高度通过喷杆升降液压缸调节喷杆高度至适当值以满足作业需求，并通过左侧平衡液压缸3和右侧平衡液压缸4将喷杆调至平衡态。
喷雾机实际田间作业阶段，多维力传感器1实时监测各分行器2随机分行阻力、底盘姿态传感器5实时监测底盘的侧倾角及侧倾角加速度，并通过数据采集模块6传送给喷杆平衡控制器7。喷杆平衡控制器7依据各分行器2随机分行阻力、底盘姿态变化及趋势预测喷杆姿态变化量，计算喷杆调平所需的调节量，并通过数据输出模块8将所需调平量输出到相应的电磁阀，驱动与之对应的平衡液压缸对喷杆进行伺服预测控制，抵消由地面颠簸和随机分行阻力导致的喷杆姿态变化，实现喷杆平衡的主动预测调节。
本发明的一种喷杆平衡主动预测调节方法，包括以下步骤：
步骤一，在喷杆喷雾机实际田间作业阶段，底盘姿态传感器5检测行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度以预测因地面颠簸导致的喷杆姿态变化，多维力传感器1检测各分行器2的随机分行阻力以预测因随机分行阻力导致的喷杆姿态变化；
步骤二，喷杆平衡控制器7依据行驶底盘的侧倾角度和侧倾角加速度及分行器2的随机分行阻力预测喷杆姿态变化量，计算左侧平衡液压缸3和右侧平衡液压缸4保持喷杆平衡的调节量；
步骤三，根据步骤2计算的喷杆平衡调节量，向电磁阀a9和电磁阀b10发出控制命令，电磁阀a9和电磁阀b10驱动左侧平衡液压缸3和右侧平衡液压缸4提前调节喷杆的平衡，抵消田间地面颠簸和随机分行阻力不平衡导致的喷杆偏斜或晃动。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。