一种甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法与流程

本发明涉及甘蔗收获机领域，特别涉及一种甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法。

背景技术：

甘蔗是我国的主要农作物之一，广西为我国甘蔗生产的主要产区，蔗糖产量已超过全国的60％，由于甘蔗收获的机械化程度低，所以甘蔗收获的成本约占甘蔗生产成本的40％，随着人力成本的逐年升高，甘蔗糖业生产的成本也不断攀升，已极大地影响了甘蔗糖业的发展；而实现甘蔗生产全程机械化的关键瓶颈又在于甘蔗收获的机械化。在甘蔗收获机械的开发和推广中有一项关键技术急需解决，即甘蔗宿根切割破头率过高，切割质量不高，严重影响来年甘蔗的出芽率。现有的国内外机型中，宿根切割破头率较高，超过15％，通常达到20-30％，直接影响收获机械化的推广应用。

目前，人们在实践中发现，刀盘入土切割可有效地降低甘蔗宿根切割破头率，而刀盘入土的深度宜为0-20mm。但是，由于每一块蔗地的高低并非是均匀且一致的，甘蔗收获机无法保证对所有的甘蔗宿根都通过合适的入土深度来进行切割，特别是像在广西约有60％的甘蔗地为丘陵地区，甘蔗收获机更难保证刀盘位于合适的入土深度，因此，开发适于丘陵地区的甘蔗生产的收获机械已迫在眉睫。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法，从而克服现有的甘蔗收获机无法保证对所有的甘蔗宿根都通过合适的入土深度来进行切割的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法，其中，其包括如下步骤：第一，在甘蔗收获机上安装检测装置；检测装置包括用于检测刀盘负载压力P的压力检测装置、用于检测刀盘切深H的切深检测装置以及用于检测甘蔗收获机的行走速度V的速度检测装置；第二，对甘蔗地进行试切；在甘蔗收获机停止或进行匀速前进的情况下，刀盘匀速下降切割甘蔗地上的土壤，通过切深检测装置检测刀盘切深H随时间的变化，并通过压力检测装置检测刀盘负载压力P随时间的变化，以得到在甘蔗收获机停止或进行匀速前进时刀盘负载压力P和时间的关系曲线p＝f(t)及刀盘切深H和时间的关系曲线h＝f(t)；第三，控制系统对数据进行预处理；通过数据处理消去在相同的行走速度V下得到的p＝f(t)和h＝f(t)的时间t，以得到在行走速度V下刀盘负载压力P和刀盘切深H的二维点云，这个二维点云为以刀盘切深H为变量的刀盘负载压力P的离散序列P(n)；再通过智能滤波器对二维点云进行滤波处理；第四，对经滤波处理后剩余的二维点云进行P-H关系曲线的插值运算和校正，以获得在行走速度V下P-H关系曲线的控制参数；第五，在对甘蔗进行切割时，由于当刀盘切深H不变时，刀盘负载压力P与行走速度V呈现线性相关或幂函数关系，再结合上述步骤得到的在行走速度V下P-H关系曲线的控制参数，便可得到刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系；以及第六，在对甘蔗进行切割时，以刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系为依据，通过实时检测到的行走速度V和刀盘负载压力P换算得到当前的刀盘切深H，甘蔗收获机再以当前的刀盘切深H作为指标来实时调整刀盘切深H达到预设位置。

优选地，上述技术方案中，在第六步中，通过多元函数P＝f(V，H)来表达刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系，当实时检测到行走速度V和刀盘负载压力P后，通过多元函数P＝f(V，H)的逆函数H＝g(P，V)来换算得到当前刀盘切深H的实时值。

优选地，上述技术方案中，在第六步中，甘蔗收获机通过设置PID控制器来实时调整刀盘切深H的大小。

优选地，上述技术方案中，所述压力检测装置为一压力传感器，所述切深检测装置为一位移传感器，所述速度检则装置为一速度传感器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明由压力检测装置检测刀盘负载压力P，切深检测装置检测刀盘切深H，速度检测装置检测甘蔗收获机的行走速度V，然后先通过对实地进行预切，由实测的采样分析和数据处理得到刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系，进而在对甘蔗进行切割时，能够根据实时检测刀盘负载压力P及行走速度V来换算出当前的刀盘切深H，以方便甘蔗收获机把刀盘切深H调整到预设位置，从而调整刀盘以合适的入土深度对甘蔗宿根进行切割。本发明能够实现在丘陵地区复杂地貌下对甘蔗收获机的刀盘切深H进行实时控制，以有利于降低宿根破头率和提高甘蔗的切割质量。

附图说明

图1是根据本发明甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法的流程图。

图2是根据本发明的控制系统的构成图。

图3是根据本发明进行预切的实施框图。

图4是根据本发明进行甘蔗切割的实施框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1显示了根据本发明优选实施方式的一种甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法的流程图，该甘蔗收获机的刀盘切深的实时控制方法包括了如下步骤：

第一，在甘蔗收获机上安装检测装置；检测装置包括用于检测刀盘负载压力P的压力检测装置、用于检测刀盘切深H的切深检测装置以及用于检测甘蔗收获机的行走速度V的速度检测装置。优选地，压力检测装置为一压力传感器，切深检测装置为一位移传感器，速度检则装置为一速度传感器。压力传感器与甘蔗收获机的刀盘的马达液压输入端相连，通过数据采集卡采集压力传感器检测到的刀盘负载压力数据并传送给车载电脑。位移传感器为一直线位移传感器，其一端固定在可随刀盘运动的刀架上，另一端固定在不可动的悬架上，通过数据采集卡采集位移传感器检测到的刀盘位移数据并传送给车载电脑。速度传感器固定于甘蔗收获机的车轮轴上，通过数据采集卡采集速度传感器检测到的行走速度数据并传送给车载电脑。

第二，对甘蔗地进行试切；在甘蔗收获机停止或进行匀速前进的情况下，刀盘匀速下降切割甘蔗地上的土壤，通过切深检测装置检测刀盘切深H随时间的变化，并通过压力检测装置检测刀盘负载压力P随时间的变化，以得到在甘蔗收获机停止或进行匀速前进时刀盘负载压力P和时间的关系曲线p＝f(t)及刀盘切深H和时间的关系曲线h＝f(t)，由于刀盘是匀速下降的，故刀盘切深H和时间呈线性相关。试切过程为，当甘蔗收获机在停止情况下进行试切时，Vs＝0，V_h＝c，测得：h＝f(t)，同时测得到刀盘负载压力P和时间的关系曲线p＝f(t)；或者当甘蔗收获机以低速进行匀速前进时，Vs＝c，V_h＝c，测得：h＝f(t)，同时测得负载压力P和时间的关系曲线p＝f(t)。

第三，车载电脑的控制系统对数据进行预处理；通过把数据按相同时间抽样处理，以时间作为中间变量，消去在相同的行走速度V下得到的p＝f(t)和h＝f(t)的时间t，以得到在行走速度V下刀盘负载压力P和刀盘切深H的二维点云，这个二维点云为以刀盘切深H为变量的刀盘负载压力P的离散序列P(n)；再通过智能滤波器对二维点云进行滤波处理；智能滤波器为由计算机或DSP编程实现的低通滤波器，其对序列P(n)进行离散滤波，过滤得到曲线的若干剩余点云作为特征值；其中低通滤波器是利用Z变换表达式将切比雪夫滤波器转化为时域流程图形式。

第四，对经滤波处理后剩余的二维点云进行P-H关系曲线的插值运算和校正，以获得在行走速度V下P-H关系曲线的准确的控制参数。

第五，在对甘蔗进行切割时，由于当刀盘切深H不变时，刀盘负载压力P与行走速度V呈现线性相关或幂函数关系，即

${\left(\frac{V}{V_0}\right)}^A=\frac{p}{P}$

其中V₀为预切速度，V是实际速度，P为预切压力,p为实时压力，当A为1时，即为线性关系。A的大小跟土地及机器的参数有关(如湿度、硬度、刀盘转速等)，可以通过提前实验获得不同条件下A的大小，然后把实验数据以数据表的形式储存到控制系统中，在实际切割时应结合实测数据从预先储存的实验数据表中查表得出具体A的大小。再结合上述步骤得到的在行走速度V下P-H关系曲线的控制参数，便可得到刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系。

第六，在对甘蔗进行切割时，以刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系为依据，通过实时检测到的行走速度V和刀盘负载压力P换算得到当前的刀盘切深H，甘蔗收获机再以当前的刀盘切深H作为指标来实时调整刀盘切深H达到预设位置。优选地，在第六步中，通过多元函数P＝f(V，H)来表达刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系，当实时检测到行走速度V和刀盘负载压力P后，通过多元函数P＝f(V，H)的逆函数H＝g(P，V)来换算得到当前刀盘切深H的实时值。因为进给速度V和压力P也呈现显著相关，只要能得到P和V的大小，并通过原地静切(V＝0)或低匀速试切(V≠0)对g函数中的常量进行代入求解，刀盘切深H即可由多元函数g(P，V)换算出来。进一步优选地，在第七步中，甘蔗收获机通过设置PID控制器来实时调整刀盘切深H的大小。若当前刀盘切深H大于设定值则通过PID控制器控制刀盘上升，若当前刀盘切深H小于设定值则通过PID控制器控制刀盘下降。

本发明的图2显示了控制系统的构成图，图3显示了进行预切的实施框图，图4显示了进行甘蔗切割的实施框图。图2中的p-h关系图是通过图3中的试切过程最终得到的，且图2中的实际切深h是通过图4中的对甘蔗进行切割过程的实时分析得到的。

本发明由压力检测装置检测刀盘负载压力P，切深检测装置检测刀盘切深H，速度检测装置检测甘蔗收获机的行走速度V，然后先通过对实地进行预切，由实测的采样分析和数据处理得到刀盘负载压力P与刀盘切深H和行走速度V实际对应的特征数据关系，进而在对甘蔗进行切割时，能够根据实时检测刀盘负载压力P及行走速度V来换算出当前的刀盘切深H，以方便甘蔗收获机把刀盘切深H调整到预设位置，从而使刀盘以合适的入土深度对甘蔗宿根进行切割。本发明能够实现在丘陵地区复杂地貌下对甘蔗收获机的刀盘切深H进行实时控制，以有利于降低宿根破头率和提高甘蔗的切割质量。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。