毛豆收割机收割速度的控制方法和系统与流程

本发明涉及控制领域，特别涉及一种根据毛豆收割机行驶速度计算收割装置速度的毛豆收割机收割速度的控制方法和系统。

背景技术：

毛豆收割机是农业机械行业的一种专业收割设备。比较常见的收割设备有小麦收割机和水稻收割机。不同于传统的收割设备采用硬轴传动：发动机，传动轴，离合器，工作部件。毛豆收割机采用液压行走马达，带动履带转动，实现行走功能。收割作业时，将割台下降，转动滚刷，将毛豆和叶子刷掉，通过输送带传送至谷仓上方，利用风机将叶子和毛豆分离。毛豆顺利掉入谷仓。

传统收割机主要是收割和脱粒。将完全成熟的粮食与茎叶分离比较容易。毛豆收割要求收获青毛豆。在毛豆机出现之前，只能通过人工的方法采摘青毛豆。所以，毛豆收割机不能采用传统的收割方式。

毛豆收割机的作业特点决定了滚刷，输送带和风机的转速对收割效果影响非常大。当滚刷转速慢了，导致很多毛豆不能被刷下来。当输送带速度慢了，输送带上会堆积很多毛豆，影响毛豆和叶子分离。风机转速慢了，不能讲叶子和毛豆分离，叶子会混入毛豆中。

当滚刷转速快了，会把多余的毛豆茎刷入输送带。当输送带速度快了，毛豆会被甩出仓外。当风机速度快了，容易把毛豆吹出仓外。

当毛豆收割机工作时的行驶速度不同时，毛豆的单位时间收割面积也不同，如果收割装置的收割速度不能和行驶速度匹配，收割的效率和效果都很差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是根据毛豆收割机行驶速度计算收割装置速度的毛豆收割机收割速度的控制方法和系统。

本发明采用的技术方案是：一种毛豆收割机收割速度的控制方法，包括以下实施步骤：

1)在毛豆收割机处于工作状态时，利用转速传感器监测行走液压马达以及收割装置各个液压马达的转速脉冲信号mr；

2)提取行走液压马达转速脉冲信号mz，计算出收割装置各个液压马达需求的转速脉冲信号md，对需求的转速和实际转速进行判断，其逻辑运算表达式如式(1)所示：

md＝klzndmz/nz＝(klznd/nz)mz(1)

式(1)中lz表示行走液压马达齿轮周长，nd表示收割装置液压马达的齿轮数，nz表示行走液压马达齿轮数，k表示毛豆机每行走1米的距离，收割装置需要达到转速，mz表示行走液压马达转速脉冲信号，md表示收割装置液压马达需求大转速脉冲信号；

3)利用pid函数，计算收割装置各个液压马达的电磁阀需求的电流ad，从而控制各个液压马达的转速，其逻辑运算表达式如式(2)所示：

ad＝pid(p，i，d，mr，md)vmax/rf(2)

式(2)中vmax为控制输出最大电压，p、i、d分别表示pid函数的控制参数，mr表示收割装置上速度传感器时时读取的脉冲信号，md表示收割装置液压马达需求的转速脉冲信号，rf表示液压马达电磁阀的阀芯电阻。

一种毛豆收割机收割速度的控制系统，包括手柄输入装置，转速采集装置，控制装置和液压马达，所述手柄输入装置、转速采集装置和液压马达分别与控制装置联接；

手柄输入装置用于控制收割机的行驶方向和速度；

转速采集装置用于采集行走液压马达以及收割装置各个液压马达的转速；

控制装置用于对手柄输入信号判断，控制收割机行驶方向和速度；读取行走液压马达转速，判断收割装置各个液压马达需求转速，再和读取的收割装置各个液压马达的实际转速相比较，控制实际转速与需求转速相匹配；

液压马达用于在接收控制装置的输出信号后，分别带动行走装置和收割装置转动。

所述液压马达设有电磁阀，电磁阀与控制装置连接。

所述控制装置包括检测单元，提取单元，识别单元和输出单元；

检测单元用于毛豆收割机处于行驶状态时，检测行驶手柄输入装置的信号，用于控制车速；

提取单元用于提取行走液压马达和收割装置各个液压马达的转速；

识别单元利用提取的行走液压马达转速信息，计算出收割装置各个液压马达需求的转速，对需求的转速和实际转速进行判断；

输出单元利用识别单元的结果，输出不同的电流来控制收割装置各个液压马达的转速。

一种毛豆收割机的收割装置，包括滚刷液压马达，输送带液压马达，风机液压马达，以上设备分别设有转速传感器；所述滚刷马达，输送带马达，风机马达按照初始设置转速转动，进入收割状态，同时利用转速传感器读取各液压马达转速。推动行驶操作手柄，毛豆收割机的液压行走马达开始转动，行驶速度受手柄控制。此时通过安装在行走液压马达上的转速传感器，读取行走液压马达转速，计算行走速度。根据行走速度的大小控制滚刷马达，输送带马达还有风机马达等收割装置的转速。当行驶速度变快时，提高收割装置的转速，当减速时，降低收割装置的转速。利用pid算法，将设定转速与速度传感器读取的实际转速相匹配，达到精确控制。从而可根据行驶速度自动调节收割装置速度，提高收割效率。

本发明的有益效果是：通过获取行驶速度，来判断收割装置的各个马达的转速，从而使收割效率和行驶速度相匹配，达到更好的收割效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为毛豆收割机收割速度的控制方法的实施例流程图。

图2为毛豆收割机收割速度的控制装置的结构框图。

图3实施例一的毛豆收割机收割速度的控制装置的电控部分的结构示意图。

图4为控制装置的结构示意图。

图5为实施例一转速传感器检测装置安装示意图。

图6为本发明中比例电磁阀的阀芯开度和电流的关系示意图。

图7为本发明中对脉冲信号处理的原理示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图3所示转速采集装置包括转速传感器2-13、2-23、2-33，采用电感式接近开关；液压马达包括行走液压马达1-3和收割装置2的液压马达2-13、2-23、2-33；

如图1所示，本实施例毛豆收割机收割速度的控制方法，包括以下实施步骤：

1)在毛豆收割机处于工作状态时，利用转速传感器2-13、2-23、2-33监测收割装置2各个液压马达2-13、2-23、2-33的转速脉冲信号mr；

2)提取行走液压马达1-3转速脉冲信号mz，计算出收割装置2各个液压马达需求的转速脉冲信号md，对需求的转速和实际转速进行判断；

3)利用pid函数，计算收割装置2各个液压马达2-13、2-23、2-33的电磁阀2-11、2-21、2-31需求的电流ad，从而控制各个液压马达2-13、2-23、2-33的转速；

本实施例步骤1)中，利用转速传感器2-13、2-23、2-33检测收割装置2各个液压马达2-13、2-23、2-33的转速脉冲信号mr具体是指在液压马达2-13、2-23、2-33的主轴上分别安装机械编码盘4，而且在机械编码盘4的一侧安装用于检测机械编码盘4上齿轮的电感式接近开关5。如图5所示，当机械编码盘4跟随马达转动时，编码盘上凸起的齿轮靠近电感式接近开关时，会输出一个高电平信号；当编码盘上凹陷的齿轮靠近电感式接近开关时，会输出一个低电平信号。如图7所示，当脉冲信号接入控制器的频率检测接口，便可以计算出频率值。通过电感式接近开关输出马达转速的脉冲信号，本实施例中采用机械构件码盘检测机器运行同步脉冲信号，具有成本低、结构简单、故障率低、采样精度高等特点，使得可应用的范围广泛。

本实施例中通过电感式接近开关输出液压马达转速的脉冲信号时还包括对电感式接近开关输出的脉冲信号进行滤波，放大的步骤。

本实施例步骤2)中，提取行走液压马达1-3转速脉冲信号mz的实现方法与步骤1)的实现方法相同。步骤2)中利用转速传感器2-13、2-23、2-33监测收割装置2各个液压马达2-13、2-23、2-33的转速脉冲信号mr，其逻辑运算表达式如式(1)所示：

md＝klzndmz/nz＝(klznd/nz)mz(1)

式(1)中lz表示行走液压马达1-3齿轮周长，nd表示收割装置2液压马达2-13、2-23、2-33主轴上安装的机械编码盘4的齿轮数，nz表示行走液压马达1-3齿轮数，k表示毛豆机每行走1米的距离，收割装置需要达到转速，mz表示行走液压马达1-3转速脉冲信号，md表示收割装置2的液压马达2-13、2-23、2-33需求的转速脉冲信号。

当获得行走液压马达1-3转速脉冲信号mz、行走液压马达1-3齿轮周长lz以及收割装置2液压马达主轴上安装的机械编码盘4的齿轮数就可以计算出毛豆收割机的行驶速度。在利用毛豆机每行走1米的距离，收割装置2需要达到转速的系数k就可以算出收割装置2需求的转速。

如图3所示，本实施例中的电控部分主要包括行走装置1和收割装置2两部分，它们分别与主控制器3联接。其中行走装置1主要包括手柄1-1、电磁阀1-2、行走液压马达1-3和转速传感器1-4。本实施例中手柄1-1采用型号为hj5-fcf-h51-ms00-ss8n带摩擦定位的工业手柄。输入电压为5v，中位电压为2.5v，当电压大于2.5v可以作为前进信号。当向前推动手柄1-1，角度越大，输入主控制器3的电压越大，使正向输出端电流越大，则行走液压马达1-3正向转速越快；当向后拉动手柄1-1，角度越大，输入主控制器3的电压越小，使反向输出端电流越大，则行走液压马达1-3反向转速越快。速度传感器1-4采用poclain的t412-44型速度传感器，响应频率可达到15000hz。由此，再利用机械编码盘的齿数，履带轮周长便可以计算出毛豆机行走速度，精度可以达到毫米级。本实施例中的收割装置2包括滚刷2-1、输送带2-2和风机2-3。滚刷2-2转动，可以将毛豆和叶子刷掉，落入输送带2-2上。然后输送带2-2将毛豆和叶子输送至谷仓上方。风机2-3将毛豆和叶子分离，毛豆落入谷仓。其中收割装置2的各个马达的转轴上装有机械编码盘。利用速度传感器读取各个马达的转速。

所述的滚刷2-1、输送带2-2、风机2-3分别包括电磁阀2-11、2-21、2-31、液压马达2-12、2-22、2-32以及转速传感器2-13、2-23、2-33。

本实施例中，步骤3)利用pid函数，计算收割装置2各个液压马达2-12、2-22、2-32的电磁阀2-11、2-21、2-31需求的电流ad，从而控制各个液压马达2-12、2-22、2-32的转速。其逻辑运算表达式如式(2)所示：

ad＝pid(p，i，d，mr，md)vmax/rf(2)

式(2)中vmax为控制输出最大电压，p、i、d分别表示pid函数的控制参数，mr表示收割装置2上各速度传感器2-13、2-23、2-33时时读取的脉冲信号，md表示收割装置2的各液压马达2-12、2-22、2-32需求大转速脉冲信号，rf表示液压马达电磁阀2-11、2-21、2-31的阀芯电阻。

此时收割装置2各个液压马达2-12、2-22、2-32的转速就可以跟随毛豆机的行走速度自动调节了。

假设行走液压马达1-3齿轮的直径为0.3米，则行走液压马达1-3齿轮周长lz为：πd＝3.14x0.3米＝0.942米。行走液压马达1-3齿轮数nz为44个，行走液压马达13一分钟的转速脉冲信号数mz为220。

首先计算滚刷液压马达2-12需求的转速脉冲信号md1。k1表示毛豆机每行走1米的距离，滚刷液压马达2-12需要达到的转速，k1的值为10转。带入式(1)结果如下：

md1＝(k1lznd/nz)mz＝(10x0.942x22÷44)x220＝1036.2

输送液压马达2-22和风机液压马达2-32需求的转速信号数与滚刷液压马达2-12的计算方法相同。计算结果如下：

输送液压马达2-22：md2＝(k2lznd/nz)mz＝(5x0.942x22÷44)x220＝518.1

风机液压马达2-32：md3＝(k3lznd/nz)mz＝(15x0.942x22÷44)x220＝1554.3。