Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов и средств автоматизации уборочных работ 9
1.1. Анализ задач автоматического управления зерноуборочным комбайном и особенностей выполнения технологического процесса 9
1.2. Анализ методов и средств автоматизации управления траекторией движения комбайна 15
1.3. Анализ методов и средств автоматизации управления загрузкой рабочих органов комбайна 30
1.4. Анализ принципов построения мехатронных систем с нечеткой логикой 42
1.5. Постановка задач исследования 46
Выводы по главе 1 47
2. Динамика многопараметрической мехатронной системы как объекта автоматического управления 49
2.1. Многопараметрический принцип построения мехатронной системы зерноуборочного комбайна как объекта автоматического управления 49
2.2. Математическая модель динамики комбайна как объекта трехмассовой системы 61
2.3. Математическая модель динамики ходовой части 68
2.4. Вариативно-декомпозиционная модель динамики материальных потоков зерноуборочного комбайна 76
Выводы по главе 2 81
3. Имитационная модель многопараметрической мехатронной системы зерноуборочного комбайна 83
3.1. Структурная организация ММСЗК и формализация задачи адаптивного управления комбайном 83
3.2. Бортовой микроконтроллер ММСЗК на базе нечёткого управления 3.3. Влияние способа управления траекторией движения на качество и быстродействие ММСЗК 102
3.4. Влияние ограничения скорости на качество и устойчивость ММСЗК 106
Выводы по главе 3 110
4. Исследование имитационной модели и техническая реализация мехатронной системы 112
4.1. Структурная и практическая реализация ММСЗК 112
4.2. Оценка адекватности имитационной модели ММСЗК 123
4.3. Корреляционный и регрессионный анализ имитационной модели ММСЗК 129
4.4. Оптимизация ММСЗК 136
Вы вод ы по гла ве 4 139
Заключение 140
Список использованной литературы
- Анализ методов и средств автоматизации управления траекторией движения комбайна
- Анализ принципов построения мехатронных систем с нечеткой логикой
- Вариативно-декомпозиционная модель динамики материальных потоков зерноуборочного комбайна
- Корреляционный и регрессионный анализ имитационной модели ММСЗК
Введение к работе
Актуальность исследования. Одним из перспективных направлений автоматизации управления движения мобильных технологических объектов (МТО) является использование мехатронных модулей и систем. Среди множества МТО наиболее сложными при решении задач управления движением являются зерноуборочные комбайны. Это обусловлено тем, что комбайн работает в недетерминированных условиях, вызывающих изменение параметров технологического процесса (ТП), реагировать на которые своевременно оператор не в состоянии, поэтому неизбежным направлением повышения производительности зерноуборочного комбайна является создание мехатроннои системы управления траекторией движения и загрузкой рабочих органов молотильно-сепарирующего устройства (МСУ) при минимальном участии оператора.
Оптимизация уровня использования технических возможностей зерноуборочных комбайнов, способствующая уменьшению потерь продукта, повышению производительности и улучшению условий труда оператора, не может быть осуществима без комплексной автоматизации управления движением машины. Зерноуборочный комбайн представляет собой единый комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, поэтому задача автоматизации управления движением комбайна сводится к построению многопараметрической мехатроннои системы.
В тоже время, при создании мехатроннои системы управления движением зерноуборочного комбайна встречаются серьёзные трудности, которые вызваны тем, что машина работает в условиях непрерывно изменяющихся внешних воздействий. Вместе с тем, свойства комбайна как объекта автоматического управления, динамика его рабочих органов и их влияние на процессы обмолота и сепарации недостаточно изучены, что, наряду с отсутствием надёжных технических средств измерения параметров управления, в полной мере отражающих показатели загрузки двигателя и МСУ, сдерживает развитие работ по разработке мехатронных систем и затрудняет их практическое использование.
Решение проблемы создания эффективной мехатроннои системы для автоматизации управления скоростью и траекторией движения зерноуборочного комбайна с целью снижения потерь продукта, оптимизации загрузки двигателя и рабочих органов МСУ делают тему диссертационной работы актуальной как в техническом, так и научном плане.
Целью диссертационного исследования является разработка многопараметрической мехатроннои системы адаптивного управления движением зерноуборочного комбайна, обеспечивающей повышение эффективности его работы.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать метод построения мехатроннои системы управления движением комбайна при недетерминированных условиях выполнения ТП;
-
Разработать метод моделирования динамики материальных потоков зерноуборочного комбайна, учитывающий конструктивные и эксплуатационные параметры его рабочих органов, а также позволяющий определить влияние этих параметров на обобщённые потери продукта;
-
Разработать метод автоматического управления скоростью и траекторией движения зерноуборочного комбайна с адаптацией по обобщённым потерям продукта, степени загрузки двигателя и рабочих органов МСУ при непрерывно изменяющихся условиях ТП;
-
Разработать имитационную модель мехатроннои системы зерноуборочного комбайна, учитывающую динамические свойства двигателя и ходовой части комбайна, влияние возмущающих воздействий и взаимовлияния параметров мехатроннои системы.
Идея работы заключается в разработке многопараметрической мехатроннои системы, предназначенной для автоматизации управления скоростью и траекторией движения зерноуборочного комбайна с нечётким адаптивным управлением по обобщённым потерям продукта, степени загрузки двигателя и рабочих органов МСУ при недетерминированных условиях выполнения ТП.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы классической механики, мехатроники, робототехники, математического анализа, нечёткой логики, математического и имитационного моделирования, классической и современной теории автоматического управления, теории планирования эксперимента. Полученные результаты проверялись имитационным моделированием, натурными экспериментами, методами статистического, корреляционного и регрессионного анализа.
Основные научные результаты, выносимые на защиту и степень их научной новизны:
-
Многопараметрический метод построения мехатроннои системы, отличающийся введением дополнительных обратных связей между меха-тронными модулями управления скоростью и траекторией движения зерноуборочного комбайна;
-
Вариативно-декомпозиционный метод моделирования динамики материальных потоков зерноуборочного комбайна, отличающийся от извест-
ных методов учетом конструктивных и эксплуатационных параметров технологической машины и моделированием влияния мехатроннои системы на потери продукта и загрузку рабочих органов МСУ на различных этапах ТП;
-
Метод нечёткого адаптивного управления движением зерноуборочного комбайна при непрерывно изменяющихся условиях ТП, отличающийся реализацией нечёткого управления скоростью и траекторией движения машины с параметрической адаптацией по обобщённым потерям продукта, степени загрузки двигателя и рабочих органов МСУ;
-
Имитационная модель многопараметрической мехатроннои системы, отличающаяся от известных, реализацией нечёткого адаптивного управления движением при непрерывно изменяющихся условиях ТП.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов обусловлена корректным использованием фундаментальных законов физики, механики, классической теории управления, мехатроники, робототехники, теории нечёткого управления, корректными допущениями при составлении математических моделей, подтверждается результатами натурных экспериментов, статистического анализа и имитационного моделирования разработанной системы, при этом максимальная ошибка отклонения расчётных и экспериментальных данных не превышает 8,3 %.
Теоретическая значимость диссертационной работы заключается в развитии методов построения и моделирования мехатронных систем адаптивного управления движением мобильных технологических объектов, расширяющих теорию мехатроники, имитационного моделирования и нечёткого управления.
Практическая полезность диссертационной работы заключается в том, что предложенная в ней методика адаптивного управления движением и имитационная модель многопараметрической мехатроннои системы зерноуборочного комбайна (ММСЗК) на базе нечёткой логики позволяют использовать их в инженерной практике при разработке мехатронных систем управления движением различными МТО. Прикладная значимость результатов заключается в следующем:
-
Разработанная методика нечёткого адаптивного управления движением может быть применима для управления траекторией и (или) скоростью движения зерноуборочных комбайнов с различной схемой обмолота;
-
Разработанная методика построения нечёткого контроллера мехатронно-го модуля управления траекторией движения, может быть применима для разработки нечётких систем управления траекторным движением различных МТО по линейному отклонению от заданной траектории и курсовому углу, с ошибкой управления не более ± 10 см;
3. Наиболее перспективным для практической реализации разработанной мехатроннои системы является высокопроизводительный комбайн отечественного производства РСМ-181 «TORUM-740».
Реализация результатов работы. Разработанный многопараметрический метод построения мехатроннои системы, её структурная организация, метод нечёткого адаптивного управления движением МТО приняты к внедрению ООО «Гипростройдормаш» (г. Ростов-на-Дону), рекомендации по размещению датчиков и исполнительных устройств мехатроннои системы на комбайнах с классической и аксиально-роторной схемой обмолота, приняты к внедрению СПК «Заветы Ленина» (Красносулинский район Ростовской области). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедрой «Робототехника и мехатроника» ДГТУ для студентов специальности 220401 «Мехатроника», кафедрой «Мехатроника и гидропневмоавтоматика» ЮРГТУ (НПИ) для студентов специальности 221000 «Мехатроника и робототехника», а также кафедрой «Технический сервис машин» ДГТУ для студентов специальности 190206 «Сельскохозяйственные машины и оборудование».
Апробация диссертационной работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Современные перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения» в рамках международных агропромышленных выставок «Интерагромаш» (Ростов-на-Дону, 2008, 2010—2012 гг.), Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика-2008» ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск 2008 г.), Всероссийской научной школе для молодёжи в области мехатроники «Меха-троника-2010» ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск 2010 г.), международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-24 (Саратов, 2011) и ММТТ-25 (Волгоград, 2012), на 4-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления «МЭС-2011» (пос. Дивноморское, 2011 г.), на 3-м международном научном семинаре «Системный анализ, управление и обработка информации» (пос. Дивноморское, 2012 г.).
Публикации по теме диссертации. Основные результаты диссертации опубликованы в 19 научных работах. В 14 работах, опубликованных в соавторстве доля материалов, принадлежащих автору диссертации, составляет не менее 50%. При этом 4 статьи опубликованы в ведущих научных журналах, входящих в список ВАК РФ, получен 1 патент РФ на полезную модель.
Анализ методов и средств автоматизации управления траекторией движения комбайна
Условия работы зерноуборочного комбайна характеризуются значительными изменениями параметров внешней среды не только в течение уборочного периода, но и в течение рабочего дня и даже в пределах одного и того же поля [1]. Изменения условий работы комбайна являются внешними воздействиями, вызывающими колебания загрузки МСУ и двигателя. Эти воздействия могут быть подразделены на вызывающие изменение затрат энергии на передвижение комбайна по полю, и на воздействия, обусловливающие изменение загрузки рабочих органов МСУ и также влияющие на колебание загрузки двигателя.
Изменение затрат энергии на передвижение комбайна зависит от колебаний физико-механических свойств почвы (влажности, плотности, структурного состава); изменений рельефа поля и характера обработки почвы; изменений поступательной скорости комбайна, вызванных неровностями рельефа или стремлением поддержать оптимальную загрузку МСУ с изменением урожайности; изменения веса комбайнового агрегата за счет увеличения или уменьшения количества зерна в бункере и соломистых продуктов в копнителе и др. Под действием перечисленных факторов изменение сопротивления передвижению комбайна носит случайный характер, что вызывает неустановившуюся загрузку ходовой части, органов привода и двигателя. К внешним факторам, вызывающим изменение загрузки рабочих органов МСУ, относятся:
Зависимость загрузки МСУ от столь различных факторов, изменение которых носит случайный характер, приводит к неустановившемуся режиму его работы. На колебание загрузки наряду с внешними факторами влияют и внутренние, зависящие от совершенства конструкции комбайна, технического состояния, надежности рабочих органов и т.п. Колебания скорости движения комбайна оказывают значительное влияние на качество выполнения ТП, временные затраты и потери технологического продукта, а буксование колес отрицательно воздействует на структуру верхнего слоя почвы, увеличивая расход топлива и снижая общий тяговый к.п.д. машины.
Основная особенность уборочных работ заключается в неразрывной связи техники с биологическими объектами (растениями), для которых характерны: непрерывность процессов образования продукции и цикличность ее получения, невозможность увеличения выпуска продукции за счет ускорения производства.
В этих условиях к зерноуборочному комбайну предъявляются повышенные требования надежности, так как процессы является непрерывным (из-за сезонности выполняемых работ) и их практически невозможно интенсифицировать за счет последующих периодов работы. Возмущающие воздействия имеют высокую степень неоднородности и случайности с изменением своих величин.
К числу основных особенностей функционирования зерноуборочного комбайна как динамической системы относят следующие [2]:
1. Многопараметричность, т.е. наличие многих входных и выходных переменных. Число переменных зависит от типа машины или ее рабочих органов, выбранной расчетной схемы, степени учета условий работы и других факторов. Зерноуборочный комбайн являются многопараметрической системой с не сколькими входными и выходными переменными, причем каждое входное воздействие оказывает влияние на несколько выходных переменных.
2. Статистическая природа компонентов ft{t) вектор-функции F условий работы (внешних возмущений), определяющей условия функционирования машины. Существенной особенностью абсолютного большинства компонентов /fa) является то, что они должны быть отнесены к категории случайных в вероятностно-статистическом смысле.
3. Сложность, а зачастую и недоступность получения информации о некоторых компонентах f i) и выходных переменных yj{t) при нормальном функционировании машин. К числу таких процессов относятся, например, сопротивление среды (почвы, растений), подача растительной массы, потери урожая и т.д. Это затрудняет построение модели функционирования, расчет ее параметров и ТП. 4. Нестационарность, т.е. изменчивость свойств машины как динамиче ской системы во времени. У зерноуборочного комбайна нестационарности про являются за счет изменения его массы из-за опустошения (наполнения) бунке ра, а также из-за изменения геометрии рабочих органов в связи с износом и де формацией деталей. Изменения массы и геометрических размеров приводит к изменению динамических свойств машин.
Основными агротехническими требованиями, предъявляемыми к уборке зерновых и других сельскохозяйственных культур, являются минимальные потери урожая, затраты труда и средств на уборку единицы продукции [3]. Выполнение этих требований связано не только с работой уборочных машин, но и с необходимостью проведения уборки в сжатые, агротехнически оптимальные для данных конкретных условий сроки [4].
Качество работы зерноуборочного комбайна определяется главным образом потерями и чистотой зерна в бункере. Допустимые потери зерна определены в [5]: 1) общие потери зерна за жаткой при полеглости хлебов до 20% — 0.5%, а при уборке полеглых хлебов — до 1.5%; 2) общие потери зерна при подборке нормально уложенных в валки хлебов — не более 0.5%; 3) общие потери за МСУ — не более 1.5%.
Таким образом, зерноуборочный комбайн работает в сложных, недетерминированных и различных почвенно-климатических условиях при многообразии случайных возмущений, различных неопределенностей, которые приводят к нарушениям энергетического и технологического режимов работы. Поэтому обеспечение оптимального ТП, сочетающего максимальную производительность с минимальными потерями зерна, можно осуществить лишь с помощью автоматизации управления ТП уборки урожая и ходовыми характеристиками комбайна.
Оператор одновременно с управлением комбайном непрерывно контролирует ход ТП, техническое состояние агрегата, а также обеспечивает безопасность его движения. В реальных условиях работы оператор практически не в состоянии своевременно принять правильное решение (создать управляющие воздействия) при восприятии и обработке огромного потока взаимозависимой информации, превышающей его физиологические возможности. Особенно это сказывается при повышении рабочих скоростей и ширины захвата жатки, усложнении контроля технологических режимов, тем самым подводя к пределу возможности оператора по управлению машиной [6]. «Физиологический барьер», характеризуемый психофизиологическими возможностями оператора ограничивает дальнейшее увеличение рабочих скоростей и вызывает снижение качества выполнения ТП с увеличением длительности работы. Поэтому ручное управление современными зерноуборочными комбайнами недостаточно эффективно, а потенциальные возможности их не используются в полном объеме в связи с ограничениями, вносимыми «человеческим фактором» [7]. Создание эффективных средств автоматизации представляет собой комплексную задачу, связанную со специфическими особенностями выполнения ТП (рис. 1.1).
Анализ принципов построения мехатронных систем с нечеткой логикой
Мехатронная система зерноуборочный комбайн как объект автоматического управления представляет сложную динамическую систему (рис. 2.1) [102], на вход которой поступает вектор управляющих воздействий U, включающий изменение подачи топлива в двигатель na(t), угол поворота управляемых колёс aK(t) и изменение давление в гидросистеме объёмного привода ходовой части (ГСТ) nx(t). Вектор возмущающих воздействий F включает урожайность Q(t), состояние растительной массы ю(/) (влажность, соломистость), сопротивление движению R(t) и изменение траектории ориентации f{t). Взаимодействие между отдельными рабочими органами комбайна описывается вектором внутренних связей D, включающим подачу растительной массы q{t), ширину рабочего захвата жатки B{t) и параметр yM(t), характеризующий загрузку МСУ.
Выходные переменные представляют собой вектор Y, включающий обобщённые потери продукта П(/)=Пм(ґ)+Пс(/), состоящие из потерь в МСУ Пм (/) и потери в системе очистки, скорость движения vK(t), загрузку двигателя уд(/), отклонение от базовой линии s(t) и курсовой угол ф( ). Величины s(t) и ф(/), характеризуют точность движения комбайна относительно траектории ориентации, причём величина s(t) влияет на ширину рабочего захвата жатки B(t) = Bm -s(t) (Вж — паспортная ширина захвата жатки), и как следствие на подачу растительной массы q\t) в МСУ.
Модель зерноуборочного комбайна с технологической позиции можно представить в виде четырёх элементов (подсистем): ходовой части, жатки, МСУ и системы очистки (рис. 2.2). Возмущающими воздействиями для ходовой части являются изменение траектория ориентации f{t) и сопротивление движению R{t), а управляющими воздействиями — угол поворота ак(/) управляемых колес и изменение давления и (t) в ГСТ ходовой части. Указанные воздействия вызывают отклонение от базовой линии s(t), изменение курсового угла ф(/) и скорости движения vK(t), которое, в свою очередь, приводит к изменению подачи q{t) растительной массы в МСУ.
Для жатки возмущающими воздействиями являются сопротивление движению R\t) (воздействие профиля поверхности поля на опорные башмаки), урожайность растительной массы Q{t) и её состояние ю(ґ), а управляющими воздействиями — скорость движения vK(t) и ширина рабочего захвата жатки B(t). Для МСУ управляющими воздействиями являются q{t) и передаточное отношение вариатора nM(t) молотильного аппарата, выходными технологическими переменными будут количество мелкого вороха qs{t) прошедшего через деку, потери Пм(/) и количество незерновой части урожая дс(/), поступающего на измельчитель-разбрасыватель соломы. Для системы очистки входным воздействием является количество мелкого вороха qB(t) поступающего с МСУ и повторного домолота, а выходными — потери Пс(/), количество продукта q3(t) транспортируемого в бункер и его качество k3(t). Для любой модели зерноуборочного комбайна указанные переменные в условиях нормального функционирования являются случайными в вероятностно-статистическом смысле, поэтому возникает необходимость в установлении вероятностно-статистических связей процессов [2, 57].
Граф взаимосвязи переменных ММСЗК Зерноуборочный комбайн как многомерную мехатронную систему с множеством внутренних и внешних взаимосвязей [103] можно представить в виде графа взаимосвязей переменных (рис. 2.3). Из рис. 2.3 видно, что кроме обычного для мобильных сельскохозяйственных агрегатов возмущающего воздействия R{t), важнейшими условиями функционирования, определяющими качество ТП зерноуборочного комбайна и его энергоемкость, являются урожайность Q{t) и состояние растительной массы (зерна и соломы) со(/).
Большинство существующих моделей зерноуборочных комбайнов как объектов управления основаны на том, что ряд параметров B(t), со( ), f(t), R(t) рассматриваются как постоянные величины. Кроме того, скорость движения vK(t) комбайна также задаётся постоянной. Однако в реальных условиях они являются переменными, имеют статистическую природу и оказывают значительные воздействия на качественные и количественные показатели ТП (см. рис. 2.3).
Для решения задачи автоматизации управления траекторией движения и оптимизации загрузки МСУ с целью снижения потерь от недомолота зерновой массы и улучшения качества выполняемого ТП, мехатронную систему зерноуборочного комбайна, как объект автоматического управления, представим в виде трёх подсистем [102] (рис. 2.4): ходовая часть, мехатронный модуль управления (ММУ) скоростью и ММУ траекторией движения. Причём меха-тронные модули управления связаны друг с другом через модель динамики двигателя и ходовой части машины.
Зерноуборочный комбайн как объект автовождения (рис. 2.5) имеет две регулируемые величины [104]: ер — угол между требуемым направлением движения и продольной осью машины (курсовой угол), град; 5— расстояние между центром тяжести машины и некоторой фиксированной на земле линией (траекторией ориентации/(/)), м. Эти величины взаимосвязаны друг с другом: каждое изменение курсового угла приводит к изменению отклонения от траектории ориентации.
При решении задачи управления комбайном можно сделать ряд допущений [8]: регулируемый параметр имеет малое отклонение; сила тяги неизменна по величине и направлена вдоль продольной оси машины; регулирующим органом колесной машины являются управляемые колеса, регулирующим воздействием — угол ак поворота этих колес. Особенностью управления движением машины является то, что вектор vK скорости центра тяжести в результате бокового смятия почвы, эластичности шин и других факторов при повороте машины отстает от вектора силы тяги на угол (3. Наличие скольжения приводит к тому, что мгновенный центр поворота колесной машины не совпадает с его кинематическим представлением как точки пересечения осей движителя. Из принятых допущений и конструктивных особенностей движение машины описывается системой уравнений вида [105]:
Вариативно-декомпозиционная модель динамики материальных потоков зерноуборочного комбайна
Уравнение линейной регрессии и коэффициент регрессии для случайных величин X и Y имеет такой же вид, причем рух в данном случае представляет собой коэффициент корреляции случайных величин Y и X. Реализации системы случайных величин Y и X образуют на плоскости поле точек. Если провести через фиксированные точки х],х2,...,хп на оси абсцисс вертикальные линии, то условными плотностями распределения /(ух) будут плотности распределения только тех точек поля, которые расположены на данной вертикали. Пусть точки 1,2,...,/ определяют математические ожидания ту , m , ,... ординат точек на каждой вертикали. Соединив точки 1,2,...,і сплошной линией, получим линию регрессии т , случайной величины Y относительно величины X.
Аналогично определяют условные распределения вероятностей и функцию регрессии случайного процесса X(t) по фиксированным значениям случайного процесса Г(/),т.е. функции F[x\y;tx), f(x\y;tx) и т , .
После получения уравнений регрессии параметров имитационной модели ММСЗК, оценка качества приближения может быть проведена как графически, так и с использованием различных критериев пригодности приближения: SSE (сумма квадратов ошибок), R-square (критерий R-квадрат), RSME (корень из среднего для квадрата ошибки). Кроме того, можно вычислить доверительные интервалы для найденных значений параметров модели, соответствующие различным уровням вероятности, и доверительные полосы для приближения и данных, так же соответствующие различным уровням вероятности.
Результаты регрессионного анализа для наиболее коррелированных параметров имитационной модели ММСЗК представлены в таблице 4.6 и на рис. 4.9. Из таблицы 4.9 видно, что наиболее сложную зависимость имеет параметр vK, поэтому достаточно большая ошибка SSE, однако другие критерии пригодности приближения свидетельствуют о достаточной точности приближения. Для остальных параметров модели критерии пригодности свидетельствуют о достаточно высокой степени точности регрессионного анализа.
В общей проблеме оптимизации ММСЗК можно выделить два аспекта: оптимизация при проектировании и оптимизация функционирования. В первом случае решаются задачи выбора технологических схем и параметров конструкции, во втором случае — правильного выбора режимов ведения ТП при заданных технологической схеме и конструктивных параметрах комбайна. Оптимальные параметры дрейфуют в пространстве возможных значений под влиянием внешних условий, другими словами, дрейфует возможный максимум эффективности ММСЗК при изменении производственной ситуации. Поэтому никакие заранее рассчитанные значения режимов не могут быть оптимальными не только в течение всего сезона, но и на протяжении одной смены. Чтобы ММСЗК действительно работала с наибольшей эффективностью, состояние машины, определяемое значениями параметров режима, должно иметь не меньшее разнообразие, чем разнообразие производственной ситуации.
Показатель эффективности использования ММСЗК определён функцией цели (3.2). Численное значение показателя определяет близость достижения поставленной цели управления. Кроме того, этот показатель выражен в виде функции параметров, которые можно измерять при помощи комплекса датчиков системы в процессе работы машины и приводить к желаемому состоянию. Максимум (минимум) функции цели (3.2) соответствует наилучшему режиму работы машины. Поэтому достижение её наибольшего (наименьшего) значения в области допустимых управляющих воздействий является критерием оптимальности режима работы ММСЗК.
Исходя из изложенного и учитывая сформулированные в разделе 3.4 ограничения на область возможных режимов функционирования машины, структурную схему системы автоматической оптимизации ММСЗК можно представить в виде, показанном на рисунке 4.10.
Из совокупности целевых значений, внутримашинных и внемашинных данных, блок обработки данных ММСЗК формирует модель ситуации, которая состоит из сведений о виде продукта, его состоянии, погодных условиях и рельефе местности, причем эти данные могут вводиться либо в качественной (высокая, низкая, средняя), либо в количественной форме в виде конкретных числовых значений. Бортовой микроконтроллер сравнивает модель конкретной ситуации с заложенными в БД моделями и выбирает для дальнейшего использования в программе такую, которая близка или аналогична конкретной ситуации. Далее активизируется и выполняется алгоритм действий, связанный с выбранной моделью. В зависимости от целевых значений, внутримашинных и внемашинных данных алгоритм действий определяет оптимизированные параметры, которые автоматически устанавливаются с помощью исполнительных устройств ММСЗК на соответствующих рабочих органах, и выводятся на интерфейс связи с оператором. Если полученные целевые значения совпадают с заданными, то выполнение выбранного алгоритма действий заканчивается. В противном случае, алгоритм действий выполняется до тех пор, пока не будут получены оптимизированные параметры, причем возможно также, что блок обработки данных произведет корректировку целевых значений. Произведенная по этому способу оптимизация регулируемых параметров ММСЗК учитывает множество граничных условий, которые при оптимизации, выполняемой оператором, не могли бы быть учтены.
Несмотря на многопараметричность разработанной ММСЗК, система автоматической оптимизации позволяет осуществить быструю и точную оптимизацию регулируемых параметров. Одной из особенностей системы автоматической оптимизации ММСЗК является то, что её структура (см. рис. 4.10) не зависит от технологической схемы комбайна, поскольку измеряются параметры, имеющиеся у любой конструкции машин аналогичного назначения. Поэтому жизненный цикл системы автоматической оптимизации ММСЗК определяется только уровнем совершенства технических решений в области мехатроники и робототехники, а не в области комбайностроения.
Корреляционный и регрессионный анализ имитационной модели ММСЗК
Научные и практические результаты диссертационной работы Шевч\к Д.Г, приняты к внедрению и будут использованы ГПК «Заветы Ленина» при проведении уборочных работ. Объектами внедрения являются: - принципы построения и структурная организация многоііарамеїричс-ской системы адаптивного управления зерноуборочным комбайном, реализуемой на базе нечёткого управления; - многопараметрический метод адаптивного управления зерноуборочным комбайном, реализуемый на базе нечёткого правления скоростью и траекторией движения машины с адаптацией по обобщённым потерям зерна, степени загрузки двигателя и рабочих органов молотильно-сепарируюшего устройства при непрерывно изменяющихся условиях технологического процесса, - метод нечёткого адаптивного управления зерноуборочным комбайном для оптимизации траектории движения, потерь зерна, загрузки двитателя и рабочих органов молотильно-сепарирующего устройства. - рекомендации по размещению датчиков и исполнительных устройств многопараметрической системы адаптивного управления зерноуборочным комбайном с классической схемой обмолота и для комбайнов с молотилыю сепарирующим устройством роторного типа.
предварительным расчётам позволит увеличить точность дви 175 жения машины по траектории ориентации более чем па 50%, оптимизировать затрушу двигателя и молотильио-сепарируютего устройства, снизить потери за МСУ и системой очистки на Внедрение научных и практических результатов диссертационной работы Шевчук Д.Г. по 25 %, увеличить фактическ ю производительность агрегата в среднем на 15% и повысить качество уборочных работ в целом. Научные и практические результаты диссертационной рабо і ы Шевч\,с Л 1 приняіьі к внедрению и будут использованы ООО «І ипросчроіїдормлш» -к-!, проведении проектно-исследовательских работ и разработке инженерно-к- 1 , ческої о обеспечения производственного назначения.
Объектами внедрения являются: многопараметрический метод построения мехагронной сииеиь- уци леиия движением мобильного технологического объекта, отличающийся ш. ниєм дополнительных обратных связей между мехатронными моду шмп ;5 .J -ления траекторией движения и загрузкой рабочих оріанов ооьекіа ун гь їй. І-1, - метод нечёткого адаптивного управления движением мноіипцхл.к. і[ .1 ческой мехагронной системы при непрерывно изменяющихся слииич\ sex: v лої ического процесса, отличающийся реализацией нечёткою управления пл. росіью и траекторией движения мехатроннои системы с парамефнчс оп адаптацией по степени загрузки двигателя и рабочих оріанов мобильною ;с\ нологического объекта; - имитационная модель многопараметрической мехагронной снекчч,-управления движением мобильного технологическою объект, реали юьанпд і І сисчеме Matlab Simulink с интеграцией SimDriveline и Fuzz Logic І ооіЬоч - рекомендации по размещению датчиков и исполни тельных xcipomu-многопарамефической системы адаптивного управления движением мобч \ його технологического объекта.
Внедрение научных и практических резулыатов диссертационной рабо 111 Шевчук Д.Г. по предварительным расчётам позволит увеличиїь ючінхгь „а «і-женля объекта управления по траектории ориентации более чем на 50%, ч«1п-мизировагь загрузку двигателя и рабочих органов мобильною іехнилої ичс и ю объекта, увеличить фактическую производительность аі регата в ере тем , 15% и повысить качество работы мобильного технологическою обьекм
Настоящим акюм подтверждаемся использование в учебном процессе ре зулыаюв диссертационной работы Шевчук Д1 при изучении чисмин шпы « I схиологическне машины и оборудование» студентами специальное ш 190206 «Сельскохозяйственные машины и оборудование»
В рабочую программу «Течнолої ические машины и обору юианне» включен вариативно-декомпозиционный метод моделирования динамики маю-риальных HOI оков зерноуборочною комбайна, позволяющий онредепіп. в шя-ние рабочих органов и режимов и\ рабо іы на заїру зк\ моложп.но сепарирующею устройства, поіери, обмолот и сепарацию зерна па рачіичпьіч участках технологического процесса
Настоящим актом подтверждается использование в учебном іфип.с і\льіак в диссе ргационной работы Шевчук Д.Г. при шучеиич дии іч « «ІСомпькнерпое управление мехатронными системами» сі\дешами пе і юс пі 220401 «Мехагроника».
В рабочую программу «Компьютерное управление мечаїроимыми , ч мами» включен мегод нечёткого адаптивного управления движением VJ»O, su, рачте І рической мехатронной системы при непрерывно изменяющие - -.к и іечнолотичсского процесса, реализующий нечёткое управление .кі» чч , і іраен горией движения мобильных гехнолотических объемен е пар..мі- и .. ской адаптацией по степени загрузки двигателя.
Настоящим актом подтверждается использование в учебном процессе результатов диссертационной работы Шевчук Д.Г. при изучении дисциплины «Проектирование мехатронных и робототехнических систем специального назначения» студентами специальности 221000 «Мехатроника и робототехника».
В рабочую программу «Проектирование мехатронных и робототехнических систем специального назначения» включен многопараметрический метод построения мехатроннои системы управления движением мобильного технологического объекта, реализующий дополнительные обратные связи между ме-хатронным модулем управления траекторией движения и мехатронным модулем управления скоростью движения. Отличительной особенность многопараметрического метода построения мехатроннои системы является учёт влияния внешних воздействий и внутренних взаимосвязей параметров мехатроннои системы на качество управления движением, динамику двигателя и ходовой части мобильного технологического объекта.
