BR112020002537B1 - METHOD TO AUTOMATICALLY CONTROL AN IMPLEMENT HEIGHT AND HEIGHT CONTROL SYSTEM FOR AN IMPLEMENT - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA CONTROLAR AUTOMATICAMENTE UMA ALTURA DE UM IMPLEMENTO E SISTEMA DE CONTROLE DE ALTURA PARA UM IMPLEMENTO. Em um aspecto, um método para controlar automaticamente uma altura de um implemento (32) de um veículo de trabalho agrícola (10) em relação a uma superfície do solo (19) pode incluir monitorar, com um ou mais dispositivos de computação, a altura do implemento (32) em relação à superfície do solo (19). O método também pode incluir determinar, com um ou mais dispositivos de computação, um erro de altura do implemento (e(t)) comparando a altura do implemento (32) com uma altura alvo predeterminada. O método também pode incluir calcular, com um ou mais dispositivos de computação, de um sinal proporcional com base no erro de altura do implemento (e(t)) elevado a uma potência maior que um. O método também pode incluir ajustar, com um ou mais dispositivos de computação, a altura do implemento (32) em relação à superfície do solo (19) com base no sinal proporcional.METHOD TO AUTOMATICALLY CONTROL AN IMPLEMENT HEIGHT AND HEIGHT CONTROL SYSTEM FOR AN IMPLEMENT. In one aspect, a method for automatically controlling a height of an implement (32) of an agricultural work vehicle (10) relative to a ground surface (19) can include monitoring, with one or more computing devices, the height of the implement (32) in relation to the ground surface (19). The method may also include determining, with one or more computing devices, an implement height error (e(t)) by comparing the implement height (32) to a predetermined target height. The method may also include computing, with one or more computing devices, a proportional signal based on the implement height error (e(t)) raised to a power greater than one. The method may also include adjusting, with one or more computing devices, the height of the implement (32) relative to the ground surface (19) based on the proportional signal.
Description
[001] A presente invenção refere-se, de um modo geral, a sistemas de controle de altura para implementos agrícolas e, mais particularmente, a um método e um sistema para controlar a altura de um implemento agrícola em relação a uma superfície do solo.[001] The present invention relates, in general, to height control systems for agricultural implements and, more particularly, to a method and a system for controlling the height of an agricultural implement in relation to a soil surface .
[002] Uma colheitadeira é uma máquina agrícola usada para colher e processar colheitas. Por exemplo, uma colheitadeira de forragem pode ser usada para cortar e triturar culturas de silagem, como grama e milho. Da mesma forma, uma colheitadeira-debulhadora pode ser usada para colher grãos, como trigo, aveia, centeio, cevada, milho, soja e linho ou linhaça. Em geral, o objetivo é concluir vários processos, tradicionalmente distintos, em uma passada da máquina por uma parte específica do campo. Nesse sentido, a maioria das colheitadeiras está equipada com um implemento de colheita destacável, como uma plataforma, que corta e coleta a colheita do campo e alimenta a colheitadeira de base com a mesma para um posterior processamento.[002] A harvester is an agricultural machine used to harvest and process crops. For example, a forage harvester can be used to cut and shred silage crops such as grass and corn. Likewise, a combine harvester can be used to harvest grains such as wheat, oats, rye, barley, corn, soybeans and flax or flaxseed. In general, the objective is to complete several traditionally distinct processes in one pass of the machine through a specific part of the field. In this regard, most combines are equipped with a detachable harvesting implement, such as a header, which cuts and collects the crop from the field and feeds it to the base combine for further processing.
[003] Convencionalmente, a operação da maioria das colheitadeiras requer envolvimento operacional e controle substanciais do operador. Por exemplo, com referência a uma colheitadeira combinada, o operador normalmente é obrigado a controlar vários parâmetros operacionais, como a direção da colheitadeira combinada, a velocidade da colheitadeira combinada, a altura da plataforma da colheitadeira combinada, o fluxo de ar através do ventilador de limpeza da colheitadeira combinada, a quantidade de colheita colhida armazenada na colheitadeira combinada; e/ou similares. Para resolver esses problemas, muitas colheitadeiras atuais utilizam um sistema automático de controle de altura e inclinação da plataforma para manter uma altura de corte constante acima do solo independentemente do contorno do solo ou da posição do solo em relação à colheitadeira combinada. Por exemplo, é conhecido o uso de cilindros de altura e inclinação controlados eletronicamente para ajustar automaticamente a altura e a orientação lateral, ou inclinação, da plataforma em relação ao solo com base nas medições do sensor. No entanto, esses sistemas geralmente exibem atrasos significativos e tempos de resposta lentos, principalmente quando a colheitadeira está operando em altas velocidades no solo.[003] Conventionally, the operation of most combines requires substantial operator involvement and control. For example, with reference to a combine harvester, the operator is typically required to control various operating parameters such as the direction of the combine combine, the speed of the combine combine, the height of the combine combine header, the airflow through the combine harvester cleaning, the amount of harvested crop stored in the combine harvester; and/or similar. To solve these problems, many combines today use an automatic header height and tilt control system to maintain a constant cutting height above the ground regardless of ground contour or position of the ground relative to the combination combine. For example, it is known to use electronically controlled height and tilt cylinders to automatically adjust the height and lateral orientation, or tilt, of the platform relative to the ground based on sensor measurements. However, these systems often exhibit significant delays and slow response times, particularly when the combine is operating at high ground speeds.
[004] Consequentemente, um método aprimorado e um sistema relacionado para controlar a altura de um implemento agrícola em relação ao solo que aborde um ou mais dos problemas identificados acima seriam bem- vindos na tecnologia.[004] Consequently, an improved method and related system for controlling the height of an agricultural implement above the ground that addresses one or more of the issues identified above would be welcome in the technology.
[005] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.[005] Aspects and advantages of the invention will be set forth in part in the description that follows, or may be obvious from the description, or may be learned through practice of the invention.
[006] Em um aspecto, a presente invenção é direcionada a um método para controlar automaticamente a altura de um implemento de um veículo de trabalho agrícola em relação a uma superfície do solo. O método pode incluir monitorar, com um ou mais dispositivos de computação, a altura do implemento em relação à superfície do solo. O método também pode incluir determinar, com um ou mais dispositivos de computação, um erro de altura do implemento comparando a altura do implemento com uma altura alvo predeterminada. O método também pode incluir calcular, com um ou mais dispositivos de computação, um sinal proporcional com base no erro de altura do implemento elevado a uma potência maior que um. O método também pode incluir ajustar, com um ou mais dispositivos de computação, a altura do implemento em relação à superfície do solo com base no sinal proporcional.[006] In one aspect, the present invention is directed to a method for automatically controlling the height of an implement of an agricultural work vehicle relative to a soil surface. The method may include monitoring, with one or more computing devices, the height of the implement above the ground surface. The method may also include determining, with one or more computing devices, an implement height error by comparing the implement height to a predetermined target height. The method may also include calculating, with one or more computing devices, a proportional signal based on the implement height error raised to a power greater than one. The method may also include adjusting, with one or more computing devices, the height of the implement relative to the ground surface based on the proportional signal.
[007] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um sistema de controle de altura para uma implementação de um veículo de trabalho agrícola. O sistema de controle pode incluir um implemento conectado ao veículo de trabalho agrícola, um sensor de altura do implemento configurado para detectar uma altura do implemento em relação a uma superfície do solo e um controlador acoplado comunicativamente ao sensor de altura do implemento. O controlador pode incluir um processador e memória associada, e a memória pode armazenar instruções que, quando executadas pelo processador, configuram o controlador do implemento para monitorar a altura do implemento em relação à superfície do solo com base nos sinais recebidos do sensor de altura do implemento. O controlador também pode ser configurado para determinar um erro de altura do implemento comparando a altura do implemento com uma altura alvo predeterminada. O controlador também pode ser configurado para calcular um sinal proporcional com base no erro de altura do implemento elevado a uma potência maior que um. O controlador também pode ser configurado para ajustar a altura do implemento com base no sinal proporcional.[007] In another aspect, the present invention is directed to a height control system for an implementation of an agricultural work vehicle. The control system may include an implement connected to the agricultural work vehicle, an implement height sensor configured to sense a height of the implement relative to a ground surface, and a controller communicatively coupled to the implement height sensor. The controller may include a processor and associated memory, and the memory may store instructions that, when executed by the processor, configure the implement controller to monitor the implement height relative to the ground surface based on signals received from the implement height sensor. implement. The controller can also be configured to determine an implement height error by comparing the implement height to a predetermined target height. The controller can also be configured to calculate a proportional signal based on the implement height error raised to a power greater than one. The controller can also be configured to adjust implement height based on the proportional signal.
[008] Em um aspecto adicional, a presente invenção é direcionada a um método para controlar automaticamente a altura de uma plataforma de uma colheitadeira agrícola em relação a uma superfície do solo. O método pode compreender monitorar, com um ou mais dispositivos de computação, a altura da plataforma em relação à superfície do solo e determinar, com um ou mais dispositivos de computação, um erro de altura da plataforma comparado com a altura da plataforma com uma altura alvo predeterminada. O método também pode incluir o cálculo, com um ou mais dispositivos de computação, de um sinal proporcional com base no erro de altura da plataforma elevado a uma potência de entre 1,5 e 2,5. O método também pode incluir o ajuste, com um ou mais dispositivos de computação, da altura da plataforma em relação à superfície do solo com base no sinal proporcional.[008] In an additional aspect, the present invention is directed to a method to automatically control the height of a platform of an agricultural harvester in relation to a soil surface. The method may comprise monitoring, with one or more computing devices, the height of the platform relative to the ground surface and determining, with one or more computing devices, a height error of the platform compared to the height of the platform with a height predetermined target. The method may also include calculating, with one or more computing devices, a proportional signal based on the platform height error raised to a power of between 1.5 and 2.5. The method may also include adjusting, with one or more computing devices, the height of the platform relative to the ground surface based on the proportional signal.
[009] Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidos com referência à seguinte descrição e às reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que estão incorporados e constituem parte deste relatório descritivo, ilustram realizações da invenção e, em conjunto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.[009] These and other features, aspects and advantages of the present invention will be better understood with reference to the following description and the appended claims. The attached drawings, which are incorporated into and form part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
[010] Uma descrição completa e possibilitadora da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, direcionada a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às figuras anexas, nas quais: A Figura 1 ilustra uma vista lateral em corte parcial simplificada de uma realização de um veículo agrícola de acordo com aspectos da presente invenção; A Figura 2 ilustra uma vista esquemática simplificada de uma realização de um sistema hidráulico para uma colheitadeira agrícola de acordo com aspectos da presente invenção; A Figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma realização de um sistema para controlar a altura de um implemento agrícola em relação ao solo, de acordo com aspectos da presente invenção; e A Figura 4 ilustra um fluxograma que mostra uma realização de um método para controlar a altura de um implemento agrícola em relação ao solo, de acordo com aspectos da presente invenção.[010] A complete and enabling description of the present invention, including its best mode, directed to a person skilled in the art, is presented in the descriptive report, which makes reference to the attached figures, in which: Figure 1 illustrates a side view in simplified partial section of an embodiment of an agricultural vehicle in accordance with aspects of the present invention; Figure 2 illustrates a simplified schematic view of one embodiment of a hydraulic system for an agricultural harvester in accordance with aspects of the present invention; Figure 3 illustrates a schematic view of one embodiment of a system for controlling the height of an agricultural implement in relation to the ground, in accordance with aspects of the present invention; and Figure 4 illustrates a flowchart showing one embodiment of a method for controlling the height of an agricultural implement relative to the ground, in accordance with aspects of the present invention.
[011] A referência será agora feita em detalhes às realizações da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido como explicação da invenção, e não como limitação da invenção. De fato, será evidente para os técnicos no assunto que podem ser feitas várias modificações e variações na presente invenção sem se afastar do escopo ou espírito da invenção. Por exemplo, características ilustradas ou descritas como parte de uma realização podem ser utilizadas com outra realização para produzir ainda uma outra realização. Assim, pretende-se que a presente invenção inclua modificações e variações que estejam dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.[011] Reference will now be made in detail to the embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated in the drawings. Each example is provided by way of explanation of the invention, and not as a limitation of the invention. Indeed, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. For example, features illustrated or described as part of one embodiment may be used with another embodiment to produce yet another embodiment. Thus, it is intended that the present invention include modifications and variations that are within the scope of the appended claims and their equivalents.
[012] Em geral, o presente assunto é direcionado a um sistema de controle para controlar a altura de um implemento associado a um veículo agrícola. Por exemplo, um sistema de controle integral proporcional ("PI") ou derivado integral proporcional ("PID") pode ser usado para monitorar e controlar a altura do implemento em relação a uma superfície do solo. De acordo com aspectos da presente invenção, o sinal proporcional pode incluir um componente não linear para melhorar a capacidade de resposta quando comparado com um controlador PI ou PID padrão. Por exemplo, em várias realizações, o sinal proporcional pode ser elevado a uma potência maior que um, como uma potência de dois. Embora os sistemas e métodos divulgados sejam descritos principalmente com referências a colheitadeiras, os mesmos podem ser aplicáveis a quaisquer veículos agrícolas adequados com implementos que se beneficiariam de um melhor controle de altura.[012] In general, this subject is directed to a control system to control the height of an implement associated with an agricultural vehicle. For example, an integral proportional ("PI") or proportional integral derivative ("PID") control system can be used to monitor and control implement height relative to a ground surface. In accordance with aspects of the present invention, the proportional signal can include a non-linear component to improve responsiveness when compared to a standard PI or PID controller. For example, in various embodiments, the proportional signal can be raised to a power greater than one, such as a power of two. Although the disclosed systems and methods are described primarily with reference to combines, they may be applicable to any suitable agricultural vehicles with implements that would benefit from better height control.
[013] Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma vista lateral em corte parcial e simplificada de uma realização de um veículo de trabalho, uma colheitadeira 10. A colheitadeira 10 pode ser configurada como uma colheitadeira combinada do tipo fluxo axial, em que o material da colheita é debulhado e separado enquanto é avançado por, e ao longo de, um rotor disposto longitudinalmente 12. A colheitadeira 10 pode incluir um chassi ou estrutura principal 14 com um par de rodas motrizes frontais de engajar no solo 16 e um par de rodas traseiras direcionáveis 18. As rodas 16, 18 podem ser configuradas para suportar a colheitadeira 10 em relação a uma superfície do solo 19 e mover a colheitadeira 10 em uma direção de movimento para frente 21 em relação à superfície do solo 19. Além disso, uma plataforma do operador 20 com uma cabine do operador 22, um conjunto de debulha e separação 24, um conjunto de limpeza de grãos 26 e um tanque de retenção 28 suportado pela estrutura 14. Além disso, como é geralmente entendido, a colheitadeira 10 pode incluir um motor e uma transmissão montados na estrutura 14. A transmissão pode ser acoplada operacionalmente ao motor e pode fornecer relações de transmissão ajustadas de forma variável para transferir a potência do motor para as rodas 16, 18 através de um conjunto de eixo de acionamento (ou através de eixos se forem utilizados vários eixos de acionamento).[013] With reference now to the drawings, Figure 1 illustrates a side view in partial and simplified section of an embodiment of a work vehicle, a combine 10. The combine 10 can be configured as an axial flow-type combine harvester, in that crop material is threshed and separated while being advanced by and along a longitudinally disposed rotor 12. The combine 10 may include a chassis or main frame 14 with a pair of ground engaging front sprockets 16 and a pair of steerable rear wheels 18. The wheels 16, 18 can be configured to support the combine 10 relative to a ground surface 19 and move the combine 10 in a forward motion direction 21 relative to the ground surface 19. furthermore, an operator's platform 20 with an operator's cabin 22, a threshing and separating assembly 24, a grain cleaning assembly 26 and a holding tank 28 supported by the frame 14. Furthermore, as is generally understood, the combine 10 may include an engine and transmission mounted to frame 14. The transmission may be operatively coupled to the engine and may provide variably tuned gear ratios for transferring power from the engine to wheels 16, 18 via a driveshaft assembly. drive (or through shafts if several drive shafts are used).
[014] Além disso, como mostrado na Figura 1, um implemento de colheita (por exemplo, uma plataforma 32) e um alimentador associado 34 podem se estender para frente da estrutura principal 14 e podem ser fixados de maneira articulada à mesma para um movimento geralmente vertical. Em geral, o alimentador 34 pode ser configurado para servir como estrutura de suporte para a plataforma 32. Como mostrado na Figura 1, o alimentador 34 pode se estender entre uma extremidade frontal 36 acoplada à plataforma 32 e uma extremidade traseira 38 posicionada adjacentemente ao conjunto de debulha e separação 24. Como é geralmente entendido, a extremidade traseira 38 do alimentador 34 pode ser acoplada articuladamente a uma porção da colheitadeira 10 para permitir que a extremidade dianteira 36 do alimentador 34 e, assim, a plataforma 32 se mova para cima e para baixo em relação ao solo 19 para definir a altura de colheita ou corte desejada para a plataforma 32.[014] Furthermore, as shown in Figure 1, a harvesting implement (for example, a platform 32) and an associated feeder 34 can extend forward from the main structure 14 and can be pivotally attached to it for movement usually vertical. In general, the feeder 34 can be configured to serve as a support structure for the platform 32. As shown in Figure 1, the feeder 34 can extend between a front end 36 coupled to the platform 32 and a rear end 38 positioned adjacent to the assembly. of threshing and separating 24. As is generally understood, the rear end 38 of the feeder 34 can be pivotally coupled to a portion of the combine 10 to allow the front end 36 of the feeder 34 and thus the platform 32 to move up and down. down from the ground 19 to set the desired harvesting or cutting height for header 32.
[015] À medida que a colheitadeira 10 é propelida para a frente sobre um campo com colheita em pé, o material da colheita é cortado do restolho por uma barra de foice 42 na frente da plataforma 32 e entregue por um trado da plataforma 44 para a extremidade frontal 36 do alimentador 34, que fornece a colheita cortada ao conjunto de debulha e separação 24. Como é geralmente entendido, o conjunto de debulha e separação 24 pode incluir uma câmara cilíndrica 46 na qual o rotor 12 é girado para debulhar e separar a colheita recebida no mesmo. Ou seja, a colheita é esfregada e batida entre o rotor 12 e as superfícies internas da câmara 46, por meio de que o grão, a semente ou semelhante é solto e separado da palha.[015] As the combine 10 is propelled forward over a field with standing crop, the crop material is cut from the stubble by a sickle bar 42 in front of the platform 32 and delivered by an auger from the platform 44 to the front end 36 of the feeder 34, which supplies the cut crop to the threshing and separating assembly 24. As is generally understood, the threshing and separating assembly 24 may include a cylindrical chamber 46 in which the rotor 12 is rotated to thresh and separate the harvest received in it. That is, the crop is rubbed and pounded between the rotor 12 and the inner surfaces of the chamber 46, whereby the grain, seed or the like is loosened and separated from the chaff.
[016] O material de colheita que foi separado pelo conjunto de debulha e separação 24 cai sobre uma série de recipientes 48 e peneiras associadas 50, com o material de colheita separado sendo espalhado por oscilação dos recipientes 48 e/ou peneiras 50 e eventualmente caindo através das aberturas definidas nas peneiras 50. Além disso, um ventilador de limpeza 52 pode ser posicionado adjacentemente a uma ou mais das peneiras 50 para fornecer um fluxo de ar através das peneiras 50 que remove palha e outras impurezas do material da colheita. Por exemplo, o ventilador 52 pode soprar as impurezas do material da colheita para descarga da colheitadeira 10 através da saída de uma calha de palha 54 posicionada na extremidade traseira da colheitadeira 10.[016] The crop material that has been separated by the threshing and separating assembly 24 falls onto a series of buckets 48 and associated sieves 50, with the separated crop material being spread out by oscillating the buckets 48 and/or sieves 50 and eventually falling through openings defined in the screens 50. In addition, a cleaning fan 52 can be positioned adjacent one or more of the screens 50 to provide an air flow through the screens 50 which removes chaff and other impurities from the crop material. For example, blower 52 can blow impurities from crop material to discharge from combine 10 through the outlet of a straw chute 54 positioned at the rear end of combine 10.
[017] O material de colheita limpo que passa através das peneiras 50 pode, então, cair na calha de um trado 56, o qual pode ser configurado para transferir o material de colheita para um elevador 58 para entrega ao tanque de retenção associado 28. Além disso, um par de trados de tanque 60 no fundo do tanque de retenção 28 pode ser usado para empurrar o material de colheita limpo lateralmente para um tubo de descarga 62 para descarga da colheitadeira 10.[017] The clean crop material passing through the screens 50 can then drop onto the chute of an auger 56, which can be configured to transfer the crop material to an elevator 58 for delivery to the associated holding tank 28. Additionally, a pair of tank augers 60 at the bottom of holding tank 28 can be used to push clean crop material laterally into a discharge chute 62 for discharge from combine 10.
[018] Além disso, em várias realizações, a colheitadeira 10 também pode incluir um sistema hidráulico 100 que está configurado para ajustar uma altura da plataforma 32 em relação ao solo 19, de modo a manter a altura de corte desejada entre a plataforma 32 e o solo 19. O sistema hidráulico 100 pode incluir um cilindro de controle de altura 101 configurado para ajustar a altura da plataforma 32 em relação ao solo. Por exemplo, em algumas realizações, o cilindro de controle de altura 101 pode ser acoplado entre o alimentador 34 e a estrutura 14, de modo que o segundo cilindro de controle de altura 101 possa girar o alimentador 34 para elevar a plataforma 32 em relação ao solo 19. Em algumas realizações, o sistema hidráulico 100 pode incluir o primeiro e o segundo cilindros de inclinação 102, 104 acoplados entre a plataforma 32 e o alimentador 34 para permitir que a plataforma 32 seja inclinada em relação ao solo 19 ou articulado lateralmente ou lado a lado em relação ao alimentador 34.[018] In addition, in various embodiments, the harvester 10 may also include a hydraulic system 100 that is configured to adjust a height of the platform 32 relative to the ground 19, in order to maintain the desired cutting height between the platform 32 and the ground 19. The hydraulic system 100 may include a height control cylinder 101 configured to adjust the height of the platform 32 relative to the ground. For example, in some embodiments, the height control cylinder 101 can be coupled between the feeder 34 and the frame 14 such that the second height control cylinder 101 can rotate the feeder 34 to raise the platform 32 relative to the ground 19. In some embodiments, hydraulic system 100 may include first and second tilt cylinders 102, 104 coupled between platform 32 and feeder 34 to allow platform 32 to be tilted relative to ground 19 or pivoted laterally or side by side with respect to feeder 34.
[019] Com referência agora à Figura 2, uma vista esquemática simplificada de uma realização do sistema hidráulico 100 descrito acima com referência à Figura 1 é ilustrada de acordo com aspectos da presente invenção. Como mostrado, a plataforma 32 pode, em geral, se estender de um lado para o outro ou em uma direção longitudinal (indicada pela seta 105 na Figura 2) entre uma primeira extremidade lateral 106 e uma segunda extremidade lateral 108. Além disso, a plataforma 32 pode ser acoplado ao alimentador 34 em um local entre a primeira e a segunda extremidades laterais 106, 108 do mesmo para permitir que a plataforma 32 incline lateralmente em relação ao alimentador 34 (por exemplo, como indicado pelas setas 112, 114 na Figura 2). Por exemplo, a plataforma 32 pode ser acoplada ao alimentador 34 aproximadamente no centro 110 da plataforma 32. O cilindro de controle de altura 101 pode ser configurado para elevar e abaixar a extremidade do alimentador 34 em relação à estrutura 14 da colheitadeira (por exemplo, como indicado pela seta 115). Os cilindros de inclinação lateral 102, 104 podem ser configurados para inclinar lateralmente a plataforma 32 em relação ao solo 19 (por exemplo, como indicado pelas setas 112, 114). Em algumas realizações, os cilindros de inclinação 102, 104 também podem ser configurados para elevar e abaixar a plataforma 32 em relação ao alimentador 34 (por exemplo, como indicado pela seta 113).[019] With reference now to Figure 2, a simplified schematic view of one embodiment of the hydraulic system 100 described above with reference to Figure 1 is illustrated in accordance with aspects of the present invention. As shown, the platform 32 may generally extend side-to-side or in a longitudinal direction (indicated by arrow 105 in Figure 2) between a first side end 106 and a second side end 108. platform 32 can be attached to feeder 34 at a location between the first and second side ends 106, 108 thereof to allow platform 32 to tilt laterally relative to feeder 34 (e.g., as indicated by arrows 112, 114 in Figure two). For example, header 32 can be attached to feeder 34 at approximately center 110 of header 32. Height control cylinder 101 can be configured to raise and lower the end of feeder 34 relative to frame 14 of the combine (e.g., as indicated by arrow 115). Tilt cylinders 102, 104 can be configured to tilt platform 32 laterally relative to ground 19 (eg, as indicated by arrows 112, 114). In some embodiments, the tilt cylinders 102, 104 can also be configured to raise and lower the platform 32 relative to the feeder 34 (for example, as indicated by arrow 113).
[020] Como indicado acima, o sistema hidráulico 100 pode incluir o cilindro de controle de altura 101 e um ou mais cilindros de inclinação 102, 104. Por exemplo, como mostrado na realização ilustrada, o primeiro cilindro de inclinação 102 pode ser acoplado entre a plataforma 32 e o alimentador 34 ao longo de um lado lateral da conexão entre a plataforma 32 e o alimentador 34, e um segundo cilindro de inclinação 104 pode ser acoplado entre a plataforma 32 e o alimentador 34 ao longo do lado lateral oposto da conexão entre a plataforma 32 e o alimentador 34. Em geral, a operação do cilindro de controle de altura 101 e dos cilindros de inclinação 102, 104 pode ser controlada (por exemplo, através de um controlador associado) para ajustar a altura e o ângulo da plataforma 32 em relação ao solo 19. Por exemplo, um ou mais sensores de altura 116, 118, 119 podem ser fornecidos na plataforma 32 para monitorar uma ou mais distâncias ou alturas locais respectivas 120 definidas entre a plataforma 32 e o solo 19. Especificamente, como mostrado na Figura 2, um primeiro sensor de altura 116 pode ser fornecido na, ou adjacente a, primeira extremidade lateral 106 da plataforma 32, e um segundo sensor de altura 118 pode ser fornecido na, ou adjacente a, segunda extremidade lateral 108 da plataforma 32. Em algumas realizações, um terceiro sensor de altura 119 pode ser fornecido no, ou adjacente a, centro 110 da plataforma 32. Em tal realização, quando um dos sensores de altura 116, 118, 119 detecta que a altura local 120 definida entre a plataforma 32 e o solo 19 difere da altura desejada (ou fica fora de uma faixa de altura desejada), o cilindro de controle de altura 101 e/ou os cilindros de inclinação 102, 104 podem ser ativamente controlados de modo a ajustar a altura e/ou inclinação da plataforma 33 de uma maneira que mantenha a plataforma 32 na altura desejada (ou dentro da faixa de altura desejada) em relação ao solo 19. Em algumas realizações, a altura desejada pode ser uma média, média ponderada ou outra combinação matemática adequada das alturas locais 120 medidas por um ou mais dos sensores de altura 116, 118, 119.[020] As indicated above, the hydraulic system 100 may include the height control cylinder 101 and one or more tilt cylinders 102, 104. For example, as shown in the illustrated embodiment, the first tilt cylinder 102 may be coupled between the platform 32 and the feeder 34 along one side of the connection between the platform 32 and the feeder 34, and a second tilt cylinder 104 can be coupled between the platform 32 and the feeder 34 along the opposite side of the connection between platform 32 and feeder 34. In general, the operation of the height control cylinder 101 and the tilt cylinders 102, 104 can be controlled (e.g., via an associated controller) to adjust the height and angle of the platform 32 relative to the ground 19. For example, one or more height sensors 116, 118, 119 may be provided on the platform 32 to monitor one or more distances or respective local heights 120 defined between the platform 32 and the ground 19. Specifically , as shown in Figure 2, a first height sensor 116 can be provided at or adjacent to the first side end 106 of the platform 32, and a second height sensor 118 can be provided at or adjacent to the second side end 108 of platform 32. In some embodiments, a third height sensor 119 may be provided at or adjacent to center 110 of platform 32. In such an embodiment, when one of the height sensors 116, 118, 119 detects that the local height 120 defined between the platform 32 and the ground 19 differs from the desired height (or falls outside a desired height range), the height control cylinder 101 and/or the tilt cylinders 102, 104 can be actively controlled in order to adjust height and/or tilt of platform 33 in a manner that maintains platform 32 at the desired height (or within the desired height range) relative to the ground 19. In some embodiments, the desired height may be an average, weighted average, or another suitable mathematical combination of the local heights 120 measured by one or more of the height sensors 116, 118, 119.
[021] Com referência agora à Figura 3, uma vista esquemática de uma realização de um sistema de controle 200 é fornecida para controlar automaticamente a altura de um implemento agrícola (como a plataforma 32 da colheitadeira 10 descrita acima) em relação ao solo 19 de acordo com aspectos da presente invenção. Em geral, o sistema de controle 200 será descrito neste documento com referência à colheitadeira 10 e à plataforma 32 ilustradas na Figura 1. No entanto, deve-se observar que o sistema de controle divulgado 200 pode ser implementado para controlar a altura de qualquer implemento agrícola adequado associado a um veículo de trabalho com qualquer outra configuração adequada.[021] With reference now to Figure 3, a schematic view of an embodiment of a control system 200 is provided to automatically control the height of an agricultural implement (such as the platform 32 of the combine 10 described above) in relation to the ground 19 of in accordance with aspects of the present invention. In general, the control system 200 will be described herein with reference to the combine 10 and header 32 illustrated in Figure 1. However, it should be noted that the disclosed control system 200 can be implemented to control the height of any implement. suitable agricultural equipment associated with a working vehicle in any other suitable configuration.
[022] Como mostrado, o sistema de controle 200 pode geralmente incluir um controlador 202 instalado e/ou de outra forma fornecido em associação operativa com a colheitadeira 10. Em geral, o controlador 202 do sistema divulgado 200 pode corresponder a qualquer dispositivo (ou dispositivos) adequado com base em processador, como um dispositivo de computação ou qualquer combinação de dispositivos de computação. Assim, em várias realizações, o controlador 202 pode incluir um ou mais processadores 206 e dispositivos de memória associados 208 configurados para executar uma variedade de funções implementadas por computador. Conforme usado neste documento, o termo "processador" se refere não apenas aos circuitos integrados referidos na técnica como incluídos em um computador, mas também a um controlador, um microcontrolador, um microcomputador, um controlador lógico programável (PLC), um circuito integrado de aplicação específica e outros circuitos programáveis. Além disso, o dispositivo (ou dispositivos) de memória 208 do controlador 202 pode geralmente compreender elemento (ou elementos) de memória incluindo, porém sem limitação, mídia legível por computador (por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM)), mídia não volátil legível por computador (por exemplo, uma memória flash), uma memória somente leitura de disco compacto (CD-ROM), um disco magnético-óptico (MOD), um disco versátil digital (DVD) e/ou outros elementos de memória adequados. Tais dispositivos de memória 208 podem geralmente ser configurados para armazenar instruções legíveis por computador adequadas que, quando implementadas pelo processador (ou processadores) 206, configuram o controlador 202 para executar várias funções implementadas por computador, como um ou mais aspectos de um método 300 para controlar a altura do implemento descrito abaixo com referência à Figura 4.[022] As shown, the control system 200 may generally include a controller 202 installed and/or otherwise provided in operative association with the combine 10. In general, the controller 202 of the disclosed system 200 may correspond to any device (or devices) based on processor, such as a computing device or any combination of computing devices. Thus, in various embodiments, controller 202 may include one or more processors 206 and associated memory devices 208 configured to perform a variety of computer-implemented functions. As used herein, the term "processor" refers not only to integrated circuits referred to in the art as included in a computer, but also to a controller, a microcontroller, a microcomputer, a programmable logic controller (PLC), an integrated circuit of specific application and other programmable circuits. In addition, memory device (or devices) 208 of controller 202 may generally comprise memory element (or elements) including, but not limited to, computer-readable media (e.g., random access memory (RAM)), non- computer-readable volatile disk (e.g. flash memory), compact disk read-only memory (CD-ROM), magnetic-optical disk (MOD), digital versatile disk (DVD) and/or other suitable memory elements . Such memory devices 208 may generally be configured to store suitable computer-readable instructions that, when implemented by processor (or processors) 206, configure controller 202 to perform various computer-implemented functions, such as one or more aspects of a method 300 for control the height of the implement described below with reference to Figure 4.
[023] Além disso, o controlador 202 pode também incluir vários outros componentes adequados, como um circuito ou módulo de comunicação, uma interface de rede, um ou mais canais de entrada/saída, um barramento de dados/controle e/ou similares, para permitir que o controlador 202 esteja acoplado comunicativamente a qualquer um dos vários outros componentes do sistema descritos neste documento. Em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para monitorar e/ou controlar o motor 210 e a transmissão 212 da colheitadeira 10.[023] In addition, the controller 202 may also include various other suitable components, such as a communication circuit or module, a network interface, one or more input/output channels, a data/control bus, and/or the like, to allow controller 202 to be communicatively coupled to any of the various other system components described herein. In some embodiments, controller 202 may be configured to monitor and/or control engine 210 and transmission 212 of combine 10.
[024] Ainda com referência à Figura 3, o controlador 202 pode geralmente ser configurado para controlar a operação de um ou mais componentes da colheitadeira 10. Por exemplo, em várias realizações, o controlador 202 pode ser configurado para controlar a operação de um ou mais componentes que regulam a altura da plataforma 32 em relação ao solo 19. Por exemplo, o controlador 202 pode ser acoplado de forma comunicativa a uma ou mais válvulas de controle 218 configurada para regular o fornecimento de fluido (por exemplo, fluido hidráulico ou ar) a um ou mais atuadores correspondentes 220. Em algumas realizações, os atuadores 220 podem corresponder ao cilindro de controle de altura 101, primeiro cilindro de inclinação 102 e/ou segundo cilindro de inclinação 104, e a válvula (ou válvulas) de controle 218 pode corresponder a uma ou mais válvulas associadas ao cilindro (ou cilindros) 101, 102, 104.[024] Still referring to Figure 3, the controller 202 can generally be configured to control the operation of one or more components of the combine 10. For example, in various embodiments, the controller 202 can be configured to control the operation of one or more further components that regulate the height of the platform 32 relative to the ground 19. For example, the controller 202 can be communicatively coupled to one or more control valves 218 configured to regulate the supply of fluid (e.g., hydraulic fluid or air ) to one or more corresponding actuators 220. In some embodiments, the actuators 220 may correspond to height control cylinder 101, first tilt cylinder 102 and/or second tilt cylinder 104, and control valve (or valves) 218 may correspond to one or more valves associated with the cylinder (or cylinders) 101, 102, 104.
[025] Além disso, como mostrado na realização ilustrada, o controlador de veículo 202 pode ser acoplado de forma comunicativa a uma interface de usuário 222 do veículo de trabalho 10. Em geral, a interface de usuário 222 pode corresponder a qualquer dispositivo (ou dispositivos) de entrada adequado configurado para permitir que o operador forneça entradas de operador para o controlador de veículo 202, como um visor de tela sensível ao toque, um teclado, joystick, botões, chaves, interruptores e/ou combinações dos mesmos localizados dentro da cabine 22 do veículo de trabalho 10. O operador pode fornecer várias entradas para o sistema 200 por meio da interface de usuário 222. Em uma realização, as entradas adequadas do operador podem incluir, porém sem limitação, uma altura de destino para o implemento, um tipo de cultura e/ou característica indicativa de uma altura de plataforma de destino adequada e/ou qualquer outro parâmetro associado ao controle da altura do implemento.[025] Furthermore, as shown in the illustrated embodiment, the vehicle controller 202 can be communicatively coupled to a user interface 222 of the working vehicle 10. In general, the user interface 222 can correspond to any device (or input devices) configured to allow the operator to provide operator inputs to the vehicle controller 202, such as a touch screen display, a keyboard, joystick, buttons, keys, switches and/or combinations thereof located within the cab 22 of work vehicle 10. The operator may provide various inputs to system 200 via user interface 222. In one embodiment, suitable operator inputs may include, but are not limited to, a target height for the implement, a type of crop and/or characteristic indicative of a suitable target header height and/or any other parameters associated with controlling implement height.
[026] Além disso, o controlador 202 também pode ser acoplado comunicativamente aos vários sensores associados à plataforma 32. Por exemplo, como mostrado na Figura 3, o controlador de plantadeira 104 pode ser acoplado a um ou mais sensores de altura da plataforma 224 configurados para monitorar a altura da plataforma 32 em relação ao solo 19. Em uma realização, o sensor (sensores) de altura da plataforma 224 pode corresponder a um ou mais do um ou mais sensores de altura 116, 118, 119 configurados para monitorar distância (ou distâncias) local ou altura (ou alturas) 120 definidas entre a plataforma 32 e o solo 19.[026] In addition, the controller 202 can also be communicatively coupled to the various sensors associated with the platform 32. For example, as shown in Figure 3, the planter controller 104 can be coupled to one or more platform height sensors 224 configured for monitoring the height of the platform 32 relative to the ground 19. In one embodiment, the platform height sensor(s) 224 may correspond to one or more of the one or more height sensors 116, 118, 119 configured to monitor distance ( or distances) location or height (or heights) 120 defined between the platform 32 and the ground 19.
[027] A Figura 4 ilustra um fluxograma de uma realização de um método 300 para controlar automaticamente uma altura de um implemento de um veículo de trabalho agrícola em relação a uma superfície do solo, de acordo com aspectos da presente invenção. Embora a Figura 4 represente as etapas executadas em uma ordem específica para fins de ilustração e discussão; os métodos discutidos neste documento não se limitam a nenhuma ordem ou disposição específica. Um especialista na técnica, usando as divulgações fornecidas neste documento, entenderá que várias etapas dos métodos divulgados neste documento podem ser omitidas, reorganizadas, combinadas e/ou adaptadas de várias maneiras, sem se desviar do escopo da presente invenção. Além disso, o método 300 pode ser descrito neste documento com referência à colheitadeira 10 e plataforma 32 mostrados na Figura 1. No entanto, deve ser entendido que o método divulgado 300 pode ser implementado para controlar a altura de qualquer implemento agrícola adequado associado a um veículo de trabalho com qualquer outra configuração adequada.[027] Figure 4 illustrates a flowchart of an embodiment of a method 300 for automatically controlling a height of an implement of an agricultural work vehicle relative to a soil surface, in accordance with aspects of the present invention. Although Figure 4 represents the steps performed in a specific order for purposes of illustration and discussion; the methods discussed in this document are not limited to any specific order or arrangement. One skilled in the art, using the disclosures provided herein, will understand that various steps of the methods disclosed herein can be omitted, rearranged, combined and/or adapted in various ways without departing from the scope of the present invention. Furthermore, method 300 may be described herein with reference to the combine 10 and header 32 shown in Figure 1. However, it should be understood that disclosed method 300 may be implemented to control the height of any suitable agricultural implement associated with a work vehicle with any other suitable configuration.
[028] Com referência à Figura 4, o método 300 pode incluir, em (302), monitorar a altura do implemento em relação à superfície do solo. Por exemplo, o controlador pode receber sinais do sensor (ou sensores) de altura da plataforma 224 (por exemplo, sensores de altura 116, 118, 119 configurados para monitorar a distância (ou distâncias) local ou altura (ou alturas) 120 definidas entre a plataforma 32 e o solo 19). O controlador 202 pode ser configurado para receber sinais do sensor de altura e converter os sinais em uma medição.[028] With reference to Figure 4, the method 300 may include, in (302), monitoring the height of the implement in relation to the ground surface. For example, the controller may receive signals from the platform height sensor (or sensors) 224 (e.g., height sensors 116, 118, 119 configured to monitor the local distance (or distances) or height (or heights) 120 defined between platform 32 and ground 19). Controller 202 may be configured to receive signals from the height sensor and convert the signals into a measurement.
[029] O método 300 pode incluir, em (304), determinar um erro de altura do implemento comparando a altura do implemento com uma altura alvo predeterminada. Por exemplo, o controlador 202 pode subtrair a altura alvo predeterminada da altura monitorada para determinar o erro de altura do implemento. Assim, quando a altura monitorada exceder a altura alvo predeterminada, o erro de altura do implemento pode ser positivo, e quando a altura alvo predeterminada exceder a altura monitorada, o erro de altura do implemento pode ser negativo.[029] Method 300 may include, in (304), determining an implement height error by comparing the implement height with a predetermined target height. For example, controller 202 can subtract the predetermined target height from the monitored height to determine implement height error. Thus, when the monitored height exceeds the predetermined target height, the implement height error can be positive, and when the predetermined target height exceeds the monitored height, the implement height error can be negative.
[030] Em algumas realizações, a altura alvo predeterminada pode ser baseada no modelo específico da plataforma 32 e/ou pode ser inserida pelo operador através da interface do usuário 222. Por exemplo, como indicado acima, o operador pode inserir diretamente a altura desejada ou inserir informações ou características da colheita, como tipo, condição, altura, densidade e/ou similares da colheita, a partir de que o controlador pode selecionar uma altura alvo apropriada usando a interface do usuário 222.[030] In some embodiments, the predetermined target height may be based on the specific platform model 32 and/or may be entered by the operator via user interface 222. For example, as indicated above, the operator may directly enter the desired height or enter crop information or characteristics such as crop type, condition, height, density and/or the like, from which the controller can select an appropriate target height using user interface 222.
[031] O método 300 pode incluir, em (306), calcular um sinal proporcional com base no erro de altura do implemento elevado a uma potência maior que um. Por exemplo, em uma realização, o sinal proporcional pode ser expresso da seguinte forma, em que Kp representa um ganho constante associado ao sinal proporcional, e(t) representa o erro de altura do implemento como uma função do tempo, e n é um número adimensional, que, em algumas realizações, pode ser maior que um: [031] Method 300 may include, in (306), calculating a proportional signal based on the height error of the implement raised to a power greater than one. For example, in one embodiment, the proportional signal can be expressed as follows, where Kp represents a constant gain associated with the proportional signal, e(t) represents the implement height error as a function of time, and n is a number dimensionless, which, in some embodiments, may be greater than one:
[032] Em outras realizações, o sinal de saída total, u(t), pode ter outros componentes além do sinal proporcional. Por exemplo, em outras realizações, componentes adicionais do sinal de saída, u(t), podem incluir um sinal de saída derivado e/ou um sinal de saída integral. Por exemplo, o controlador pode ser configurado para calcular o sinal de saída integral com base em uma integral do erro de altura do implemento em relação ao tempo. Além disso, em algumas realizações, o controlador pode ser configurado para calcular um sinal de saída derivado com base em uma derivada do erro de altura do implemento em relação ao tempo.[032] In other embodiments, the total output signal, u(t), may have components other than the proportional signal. For example, in other embodiments, additional components of the output signal, u(t), may include a derived output signal and/or an integral output signal. For example, the controller can be configured to calculate the integral output signal based on an integral of the implement height error over time. Furthermore, in some embodiments, the controller can be configured to calculate a derived output signal based on a derivative of the implement height error with respect to time.
[033] Por exemplo, em uma realização, o controlador pode ser configurado como um controlador PI modificado, e, em outra realização, o controlador pode ser configurado como um controlador PID modificado. A equação a seguir mostra o sinal de saída, u(t), de um controlador PID modificado de acordo com aspectos da presente invenção, em que e(t) representa o erro de altura do implemento em função do tempo, t; Kp, Ki e Kd representam os respectivos ganhos constantes para cada um dos componentes de sinal proporcional, integral e derivado; e n é um número adimensional maior que um: [033] For example, in one embodiment, the controller can be configured as a modified PI controller, and in another embodiment, the controller can be configured as a modified PID controller. The following equation shows the output signal, u(t), of a PID controller modified according to aspects of the present invention, where e(t) represents the implement height error as a function of time, t; Kp, Ki and Kd represent the respective constant gains for each of the proportional, integral and derivative signal components; en is a dimensionless number greater than one:
[034] Como mostrado na equação acima, o sinal proporcional pode ser baseado no erro de altura do implemento, u(t), elevado a uma potência, n. Em algumas realizações, a potência n, pode ser maior que um. Por exemplo, em uma realização, a potência, n, pode ser igual a dois, de modo que o erro de altura do implemento, e(t), seja elevado ao quadrado. Em outras realizações, n, pode ser qualquer número adequado maior que um. Por exemplo, em algumas realizações, n, pode estar entre 1,5 e 2,5. Em outras realizações, a potência, n, pode estar entre 1 e 10, por exemplo. A potência, n, pode ser qualquer número adequado, no entanto, por exemplo, em algumas realizações a potência, n, pode estar entre 0 e 1. Em outras realizações, a potência, n, pode ser negativo.[034] As shown in the equation above, the proportional signal can be based on the implement height error, u(t), raised to a power, n. In some embodiments, the n power may be greater than one. For example, in one embodiment, the power, n, might equal two, so the implement height error, e(t), is squared. In other embodiments, n can be any suitable number greater than one. For example, in some embodiments, n can be between 1.5 and 2.5. In other embodiments, the power, n, can be between 1 and 10, for example. The power, n, can be any suitable number, however, for example, in some embodiments the power, n, can be between 0 and 1. In other embodiments, the power, n, can be negative.
[035] A potência, n, pode ser selecionada ou otimizada, de modo que o sistema 200 geralmente responda conforme desejado. Por exemplo, a potência n, pode ser selecionada usando teste empírico e/ou modelagem teórica. Em algumas realizações, o controlador 202 também pode ser configurado para aplicar funções e/ou operações adicionais ao sinal proporcional e/ou de saída, como explicado em mais detalhes abaixo.[035] The power, n, may be selected or optimized so that system 200 generally responds as desired. For example, the power n, can be selected using empirical testing and/or theoretical modeling. In some embodiments, controller 202 may also be configured to apply additional functions and/or operations to the proportional and/or output signal, as explained in more detail below.
[036] Referindo novamente à Figura 4, o método 300 pode incluir, em (308), ajustar a altura do implemento em relação à superfície do solo com base no sinal proporcional. Por exemplo, em algumas realizações, o controlador 202 pode ajustar uma ou mais válvulas de controle 218 para elevar e abaixar a plataforma 32 em relação ao solo 19 usando um ou mais atuadores 220, como o cilindro de controle de altura 101 e/ou os cilindros de inclinação 102, 104.[036] Referring again to Figure 4, the method 300 may include, at (308), adjusting the height of the implement relative to the ground surface based on the proportional signal. For example, in some embodiments, the controller 202 can adjust one or more control valves 218 to raise and lower the platform 32 relative to the ground 19 using one or more actuators 220, such as the height control cylinder 101 and/or the tilt cylinders 102, 104.
[037] A resposta do sinal proporcional não linear descrita acima pode fornecer vários benefícios em comparação com um sinal proporcional linear. Por exemplo, a resposta não linear pode reduzir a saída total do controlador 202 para valores baixos de erro de altura do implemento. Essa resposta não linear pode resultar em menos movimento quando a altura do implemento estiver próxima da altura alvo predeterminada, ou seja, para valores baixos de erro de altura do implemento. Além disso, a resposta não linear pode aumentar a saída total do controlador 202 para grandes valores de erro de altura do implemento. Assim, o controlador 202 pode ser mais adequado para responder a erros de altura de implementos grandes e pequenos.[037] The non-linear proportional signal response described above can provide several benefits compared to a linear proportional signal. For example, the non-linear response can reduce the total output of controller 202 for low implement height error values. This non-linear response can result in less movement when the implement height is close to the predetermined target height, ie for low implement height error values. Furthermore, the non-linear response can increase the total output of controller 202 for large implement height error values. Thus, controller 202 may be better suited to respond to height errors of both large and small implements.
[038] Por exemplo, em algumas realizações, o controlador 202 pode corrigir grandes erros de altura do implemento mais rapidamente do que um controlador PI ou PID padrão. Da mesma forma, o controlador 202 pode naturalmente produzir uma resposta menor e mais apropriada para valores pequenos de erros de altura do implemento do que um controlador PI ou PID padrão, reduzindo ajustes desnecessários à altura do implemento. Isso pode, por exemplo, reduzir o desgaste desnecessário nos atuadores 220 configurados para elevar e abaixar o implemento, como o atuador de controle de altura 101 e/ou os atuadores de controle de inclinação 102, 104 configurados para elevar e abaixar a plataforma 32 da colheitadeira 10.[038] For example, in some embodiments, the 202 controller can correct large implement height errors faster than a standard PI or PID controller. Likewise, the 202 controller can naturally produce a smaller, more appropriate response to small implement height error values than a standard PI or PID controller, reducing unnecessary adjustments to implement height. This can, for example, reduce unnecessary wear on actuators 220 configured to raise and lower the implement, such as the height control actuator 101 and/or the tilt control actuators 102, 104 configured to raise and lower the platform 32 of the harvester 10.
[039] Em algumas realizações, o método 300 pode incluir o cálculo de um ganho proporcional de sinal com base no erro de altura do implemento. Por exemplo, o ganho proporcional do sinal, Kp(t), pode ser uma função do tempo. Por exemplo, o ganho proporcional do sinal pode variar com o erro de altura do implemento, que pode variar com o tempo. Em algumas realizações, o ganho proporcional de sinal pode ser um produto do erro de altura do implemento e uma constante. Por exemplo, na equação a seguir, o ganho proporcional do sinal, Kp(t), é um produto do valor absoluto do erro de altura do implemento, e(t), e uma constante, K0: [039] In some embodiments, method 300 may include calculating a signal proportional gain based on implement height error. For example, the proportional gain of the signal, Kp(t), can be a function of time. For example, the proportional gain of the signal can vary with the implement height error, which can vary with time. In some embodiments, the signal proportional gain may be a product of the implement height error and a constant. For example, in the following equation, the signal proportional gain, Kp(t), is a product of the absolute value of the implement height error, e(t), and a constant, K0:
[040] O sinal de saída total, u(t), para uma realização do controlador 202, de acordo com aspectos da presente invenção, pode então ser expresso da seguinte forma: [040] The total output signal, u(t), for an implementation of the controller 202, in accordance with aspects of the present invention, can then be expressed as follows:
[041] A equação acima é análoga à equação (2), acima, em que n=2 (isto é, o erro é elevado ao quadrado), exceto que o sinal do sinal de erro é preservado na equação (4). A equação (4) pode ser mais geralmente expressa de modo a caracterizar a equação (2) para qualquer valor de n, preservando também o sinal numérico do sinal de erro usando a seguinte equação, na qual m é um número adimensional: [041] The above equation is analogous to equation (2), above, where n=2 (that is, the error is squared), except that the sign of the error signal is preserved in equation (4). Equation (4) can be more generally expressed in a way that characterizes equation (2) for any value of n, also preserving the numerical sign of the error signal using the following equation, where m is a dimensionless number:
[042] A equação (5) é análoga à equação (2) quando m = n-1.[042] Equation (5) is analogous to equation (2) when m = n-1.
[043] Embora explicado no contexto de um controlador PI e PID, deve-se considerar que a presente invenção não se limita a sistemas de controle, incluindo sinais integrais ou derivados. Por exemplo, em uma realização, o controlador 202 pode não utilizar um sinal integral ou um sinal derivado. Em outras realizações, o controlador 202 pode calcular vários sinais proporcionais em combinação com várias funções de normalização e/ou saturação, como explicado em mais detalhes abaixo.[043] Although explained in the context of a PI and PID controller, it should be considered that the present invention is not limited to control systems, including integral or derived signals. For example, in one embodiment, controller 202 may not use an integral signal or a derived signal. In other embodiments, controller 202 can calculate various proportional signals in combination with various normalization and/or saturation functions, as explained in more detail below.
[044] Em algumas realizações, várias funções de normalização e saturação podem ser aplicadas aos vários componentes de sinal e/ou sinal de saída total. Em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para normalizar o sinal proporcional e/ou o ganho de sinal proporcional associado. Por exemplo, o controlador 202 pode ser configurado para normalizar o ganho proporcional do sinal dividindo o ganho proporcional do sinal por um limite predeterminado de erro de altura. Por exemplo, em algumas realizações, o ganho proporcional do sinal, Kp(t), pode ser calculado de acordo com a seguinte equação, na qual e(t) representa o erro de altura do implemento, K0 representa um ganho constante, e e0 representa a altura predeterminada limite de erro. [044] In some embodiments, various normalization and saturation functions may be applied to the various signal components and/or total output signal. In some embodiments, controller 202 may be configured to normalize the proportional signal and/or the associated proportional signal gain. For example, controller 202 can be configured to normalize the signal proportional gain by dividing the signal proportional gain by a predetermined pitch error threshold. For example, in some embodiments, the proportional gain of the signal, Kp(t), can be calculated according to the following equation, where e(t) represents the implement height error, K0 represents a constant gain, and e0 represents the predetermined error threshold height.
[045] Em algumas realizações, o ganho constante, K0, pode ser igual a tal que um valor de erro de altura do implemento igual ao limiar predeterminado de erro de altura, e0 faça com que o ganho proporcional do sinal, Kp(t) seja igual a um. Para esse valor de erro de altura do implemento, o ganho proporcional do sinal não aumenta nem diminui o componente do sinal proporcional da saída total. Nessa realização, o ganho proporcional do sinal, Kp(t), pode ser maior que um quando o erro de altura do implemento, e(t), é maior que o limiar predeterminado de erro de altura, e0. Isso pode resultar em uma resposta mais rápida do que um controlador PI ou PID padrão para valores grandes de erro de altura do implemento. Além disso, o ganho proporcional do sinal, Kp(t), pode ser menor que um quando o erro de altura do implemento, e(t), for menor que o limite predeterminado de erro de altura, e0. Isso pode resultar em uma resposta menor e mais apropriada para valores pequenos de erro de altura do implemento do que um controlador PI ou PID padrão. Além disso, em algumas realizações, o limiar de erro de altura predeterminado, e0, pode ser selecionado para otimizar o desempenho do sistema 200 usando análise empírica e/ou análise teórica.[045] In some embodiments, the constant gain, K0, may be equal to such that an implement height error value equal to the predetermined height error threshold, e0 causes the signal proportional gain, Kp(t) be equal to one. For this implement height error value, the signal proportional gain does not increase or decrease the proportional signal component of the total output. In this embodiment, the proportional signal gain, Kp(t), may be greater than one when the implement height error, e(t), is greater than the predetermined height error threshold, e0. This can result in faster response than a standard PI or PID controller to large implement height error values. Also, the proportional signal gain, Kp(t), can be less than one when the implement height error, e(t), is less than the predetermined height error threshold, e0. This can result in a smaller, more appropriate response to small implement height error values than a standard PI or PID controller. Furthermore, in some embodiments, the predetermined height error threshold, e0, may be selected to optimize the performance of the system 200 using empirical analysis and/or theoretical analysis.
[046] Em algumas realizações, o limiar de erro de altura predeterminado pode ser baseado na altura alvo predeterminada. Por exemplo, o limite de erro de altura predeterminado pode ser uma porcentagem predeterminada da altura de destino predeterminada, como 5%, por exemplo. Em outras realizações, o limiar de erro de altura predeterminado pode ser baseado em várias características da colheita, medições de irregularidades do solo e/ou considerações de design de várias juntas, válvulas de controle 218 e/ou atuador (ou atuadores) 220 da colheitadeira 10. Por exemplo, o limite predeterminado de erro de altura pode ser baseado em variações aceitáveis no comprimento da colheita, que podem ser baseadas no tipo de colheita que está sendo colhida. Em algumas realizações, o limite de erro de altura predeterminado pode ser baseado nas tolerâncias das conexões entre o alimentador 34 e a plataforma 32 e/ou entre o alimentador 34 e a estrutura 14 da colheitadeira 10. Por exemplo, o limite predeterminado de erro de altura pode ser selecionado de modo que o sinal de saída total seja minimizado para erros de baixa altura do implemento para impedir ajustes desnecessários na altura da plataforma, de modo que o desgaste desnecessário nos atuadores 220 seja impedido. Em algumas realizações, o limiar de erro de altura predeterminado pode ser selecionado para acomodar flexão natural na estrutura que suporta o implemento e/ou inclinação entre as várias juntas na estrutura de suporte. Por exemplo, quando a colheitadeira 10 é conduzida sobre um solo irregular, o alimentador 34 e/ou a plataforma 32 podem flexionar de modo que a plataforma 32 se mova para cima e para baixo. Da mesma forma, pode haver alguma inclinação nas juntas da plataforma 32 e/ou do alimentador 34.[046] In some embodiments, the predetermined height error threshold may be based on the predetermined target height. For example, the predetermined height error threshold can be a predetermined percentage of the predetermined target height, such as 5% for example. In other embodiments, the predetermined height error threshold can be based on various characteristics of the crop, measurements of soil irregularities and/or design considerations of various gaskets, control valves 218 and/or actuator (or actuators) 220 of the combine 10. For example, the predetermined height error threshold may be based on acceptable variations in crop length, which may be based on the type of crop being harvested. In some embodiments, the predetermined height error limit may be based on the tolerances of the connections between the feeder 34 and the header 32 and/or between the feeder 34 and the frame 14 of the combine 10. For example, the predetermined height error limit height can be selected such that the total output signal is minimized for low implement height errors to prevent unnecessary adjustments to header height so unnecessary wear on actuators 220 is prevented. In some embodiments, the predetermined height error threshold may be selected to accommodate natural bending in the structure supporting the implement and/or tilting between the various joints in the support structure. For example, when combine 10 is driven over uneven ground, feeder house 34 and/or header 32 may flex so header 32 moves up and down. Likewise, there may be some inclination at the joints of the platform 32 and/or the feeder 34.
[047] Em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para aplicar uma função de saturação de modo que o sinal proporcional, o ganho proporcional do sinal e/ou o sinal total de saída não exceda os ganhos máximos predeterminados respectivos. Por exemplo, o ganho proporcional de sinal pode ter um primeiro ganho máximo predeterminado e o sinal de saída total pode ter um segundo ganho máximo predeterminado. Isso pode impedir o movimento excessivamente rápido do implemento. Por exemplo, isso pode impedir que o controlador 202 cause danos e/ou desgaste excessivo à colheitadeira 10, plataforma 32, alimentador 34, atuadores 220 e/ou válvulas associadas 218. Da mesma forma, o ganho excessivo de sinal pode resultar em instabilidade no sistema de controle 200, como o aumento de oscilações em torno da altura alvo predeterminada. Em algumas realizações, os ganhos máximos predeterminados podem ser determinados empiricamente ou teoricamente para evitar instabilidade. Em algumas realizações, os ganhos máximos predeterminados podem ser baseados em uma velocidade máxima segura para o implemento e/ou em uma velocidade ou carga máxima segura para os atuadores associados 220. Por exemplo, em algumas realizações, os ganhos máximos predeterminados podem ser baseados em uma velocidade máxima e/ou em uma carga máxima associada ao cilindro de controle de altura 101 e/ou aos cilindros de inclinação 102, 104.[047] In some embodiments, the controller 202 can be configured to apply a saturation function so that the proportional signal, the proportional gain of the signal and/or the total output signal does not exceed respective predetermined maximum gains. For example, the proportional gain signal can have a first predetermined maximum gain and the total output signal can have a second predetermined maximum gain. This can prevent excessively rapid movement of the implement. For example, this can prevent controller 202 from causing damage and/or excessive wear to combine 10, header 32, feeder 34, actuators 220, and/or associated valves 218. Likewise, excessive signal gain can result in instability in the control system 200 such as increasing oscillations around the predetermined target height. In some embodiments, predetermined maximum gains may be determined empirically or theoretically to avoid instability. In some embodiments, the maximum predetermined gains may be based on a maximum safe speed for the implement and/or a maximum safe speed or load for associated actuators 220. For example, in some embodiments, the maximum predetermined gains may be based on a maximum speed and/or at a maximum load associated with the height control cylinder 101 and/or the tilt cylinders 102, 104.
[048] Em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para aplicar uma ou mais funções descontínuas a pelo menos um do sinal de saída total, sinal proporcional ou ganho de sinal proporcional. A saída dessa função descontínua pode ser igual a uma constante predeterminada respectiva quando o erro de altura do implemento for menor que um erro de limiar predeterminado respectivo ou dentro de uma faixa de erro de limiar predeterminado correspondente. Em algumas realizações, isso pode efetivamente criar uma "banda morta" dentro da qual pelo menos um do sinal de saída total, sinal proporcional ou ganho de sinal proporcional é igual a um. Criar uma banda morta para o ganho proporcional de sinal, por exemplo, pode fazer com que o controlador 202 atue como um controlador PI ou PID padrão para implementar valores de erro de altura dentro da "banda morta". Em tal realização, o controlador 202 ainda pode responder mais rápido que um PI ou PID padrão quando o erro de altura do implemento é maior que o erro de limiar predeterminado, ou fora da faixa de erro de limiar predeterminado, no entanto, da mesma forma, a criação de uma "banda morta" para o sinal proporcional pode reduzir o ajuste da altura do implemento quando o erro de altura do implemento estiver dentro da "banda morta". Por fim, a criação de uma "banda morta" para o sinal total de saída pode eliminar o ajuste da altura do implemento quando o erro de altura do implemento estiver dentro do respectivo intervalo de erro de limiar predeterminado "banda morta".[048] In some embodiments, the controller 202 can be configured to apply one or more discontinuous functions to at least one of the total output signal, proportional signal or proportional signal gain. The output of this discontinuous function may equal a respective predetermined constant when the implement height error is less than a respective predetermined threshold error or within a corresponding predetermined threshold error range. In some embodiments, this can effectively create a "dead band" within which at least one of the total output signal, proportional signal, or proportional signal gain equals one. Creating a deadband for the signal proportional gain, for example, can make the controller 202 act like a standard PI or PID controller to implement height error values within the "deadband". In such an embodiment, the controller 202 may still respond faster than a standard PI or PID when the implement height error is greater than the predetermined threshold error, or outside the predetermined threshold error range, however, likewise , creating a "dead band" for the proportional signal can reduce the implement height adjustment when the implement height error is within the "dead band". Finally, creating a "dead band" for the total output signal can eliminate the implement height adjustment when the implement height error is within its predetermined "dead band" threshold error range.
[049] Em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para utilizar múltiplos componentes de sinal proporcional em combinação com uma ou mais das funções de normalização e/ou saturação descritas acima. Por exemplo, em uma realização, um primeiro componente de sinal proporcional pode ter uma primeira potência, m, e primeira constante, K0, e um segundo componente de sinal proporcional pode ter uma segunda potência, n, e uma segunda constante, K1, como mostrado pela seguinte equação: [049] In some embodiments, the controller 202 can be configured to use multiple proportional signal components in combination with one or more of the normalization and/or saturation functions described above. For example, in one embodiment, a first proportional signal component can have a first power, m, and first constant, K0, and a second proportional signal component can have a second power, n, and a second constant, K1, as shown by the following equation:
[050] Em algumas realizações, uma primeira função descontínua e/ou primeira função de saturação podem ser aplicadas ao primeiro componente de sinal proporcional ou ganho de sinal proporcional associado. Da mesma forma, em uma realização, uma segunda função descontínua e/ou segunda função de saturação podem ser aplicadas ao segundo componente de sinal de proporção ou ganho de sinal proporcional associado. Essas realizações podem permitir maior personalização e/ou adaptabilidade do sistema 200. Por exemplo, em algumas realizações, a primeira função descontínua pode fornecer uma primeira "banda morta" que tem um alcance menor que uma segunda "banda morta".[050] In some embodiments, a first discontinuous function and/or first saturation function may be applied to the first proportional signal component or associated proportional signal gain. Likewise, in one embodiment, a second discontinuous function and/or second saturation function may be applied to the second aspect ratio signal component or associated proportional signal gain. These embodiments may allow for greater customization and/or adaptability of the system 200. For example, in some embodiments, the first discontinuous function may provide a first "dead band" that has a smaller range than a second "dead band".
[051] Em algumas realizações, o controlador pode ser configurado para ajustar o ângulo do implemento em relação ao solo para considerar a irregularidade do solo. Por exemplo, o controlador pode ser configurado para ajustar a altura da plataforma com base nas entradas do sensor (ou sensores) de altura 116, 118, 119. Como indicado acima, em algumas realizações os cilindros de inclinação podem ser capazes de ajustar a altura da plataforma 32 da colheitadeira 10. Por exemplo, o controlador 202 pode ser configurado para ajustar a altura local 120 medida no centro 110 da plataforma 32, usando o cilindro de controle de altura 101. Além disso, em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para ajustar a altura local 120 da plataforma 32 em cada extremidade 106, 108 da plataforma 32 usando os cilindros de inclinação 102, 104. Além disso, em algumas realizações, o controlador 202 pode ser configurado para executar loops de controle discretos ou vinculados para cada uma das alturas locais 120 da plataforma 32 usando qualquer técnica adequada ou combinação de técnicas descritas aqui.[051] In some embodiments, the controller can be configured to adjust the angle of the implement in relation to the ground to consider the unevenness of the ground. For example, the controller can be configured to adjust the height of the platform based on inputs from the height sensor (or sensors) 116, 118, 119. As indicated above, in some embodiments the tilt cylinders may be able to adjust the height of header 32 of combine 10. For example, controller 202 may be configured to adjust the local height 120 measured at center 110 of header 32, using height control cylinder 101. Furthermore, in some embodiments, controller 202 may be configured to adjust the local height 120 of platform 32 at each end 106, 108 of platform 32 using tilt cylinders 102, 104. Furthermore, in some embodiments, controller 202 may be configured to perform discrete or linked control loops for each of the local heights 120 of the platform 32 using any suitable technique or combination of techniques described herein.
[052] Esta descrição escrita utiliza exemplos para divulgar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, incluindo fazer e usar qualquer dispositivo ou sistema e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorrerem para os técnicos no assunto. Tais outros exemplos pretendem estar dentro do escopo das reivindicações se incluírem elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.[052] This written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and also to enable anyone skilled in the art to practice the invention, including making and using any device or system and performing any methods incorporated therein. The patentable scope of the invention is defined by the claims and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they include structural elements that do not differ from the literal language of the claims or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal languages of the claims.
Claims (16)
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