为提高农用机械面对偏载启动、负载突变和系统调速时的自适应性,提出一种基于BP-PID控制的全液压驱动农用机械同步控制系统。首先分析该系统液压工作原理,并提出转速控制原理和同步控制策略;其次分析BP神经网络原理并设计BP-PID控制系统;最后运用AMESim和Matlab/Simulink进行建模和联合仿真分析。仿真结果表明:采用BP-PID控制系统相对于PID控制系统,系统偏载启动时,响应速度提高36.4%,系统没有超调量,响应速度更快;负载突变时,系统转速变化量减少32%,系统响应速度提高25%,系统具有更好的鲁棒性;目标转速变化时,系统具有更好的调速性能。

受约束弹性杆作为农作物根茎、植物纤维的力学模型,其平衡问题已成为力学与农业植物交叉学科的研究热点。基于Kirchhoff理论讨论受圆柱面约束弹性杆在光滑接触与非光滑接触时的平衡问题。首先以描述截面姿态的欧拉角为变量,建立形式简明且物理意义明确的数学模型及平衡方程。接下来考虑在光滑接触与非光滑接触两种情况下,分别讨论弹性杆在特殊状态时的平衡,给出其解析积分和数值积分,并画图分析外力对受圆柱面约束弹性杆形状的影响。

为实现高层住宅小区的垃圾回收资源化,应用气动技术实现气动垃圾回收系统的实际应用,完成系统方案设计。以项目示范工程的具体改造为例,展示系统整体规划及装配的解决方案。最终确定以高层垃圾回收管道及投放系统、地面智能化垃圾桶、地下气动垃圾输送系统为三大主要部分实现系统功能。气动系统整体损耗在20kPa以内,据此可以选择合适的动力系统实现气力输送功能。对系统主要承力部件——阀门闸板进行力学性能分析,得出垃圾的重力累积作用大于其投入系统过程中产生冲击作用的结论。初始阀门安装形式下应力集中明显,局部最大应力达到3.587×105 N,形变量最大处达3μm。优化阀座与闸板连接形式,其形变量增加幅度不超过0.1μm,满足可靠性要求。

为优化四通阀控非对称液压缸系统的动态特性,开展控制器优化设计研究。通过AMESim-MATLAB联合仿真的方法开展模型辨识,所构建的传递函数模型的位移误差平均值仅为4.31 mm,具有较高的准确度。基于伯德图进行系统的频域分析,结果表明所构建的系统是稳定的,但灵敏度和响应速度较差。设计两种最优PID控制器,基于遗传算法的最优PID控制器响应速度最快,其延迟时间、上升时间和最大超调量分别为0.152 s、0.323 s和3.43%,基于一阶模型延迟近似的最优PID控制器具有较高的控制精度,其延迟时间、上升时间和最大超调量分别为0.396 s、0.438 s和0。两种控制器均有效地改善系统的动态特性。

为提高电液伺服泵控系统位置控制精度和响应速度,将液压缸位移行程分为快速、中速和慢速三段分别实施分段PID控制,在AMESim中建立位置控制系统仿真模型。通过正交试验方法选取相应仿真参数,液压缸位移目标值160mm的仿真结果为159.99mm,位置精度最高。并通过实验验证分段PID位置控制系统仿真模型的可行性。通过仿真分析发现,液压缸第一段分段PID参数对响应速度影响较大,但系数过大会引起超调;第三段参数对控制精度的影响较大,且该段PID参数不宜过大。