CN104039125B - 矩形压捆机的多模式控制系统以及相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供矩形压捆机(10)，其具有捆形成室(16)，在捆形成室(16)中往复运动以便压缩生物质以形成草捆的活塞(62)。捆形成室(16)的内部的一部分的尺寸在至少一个传动器(18)的影响下可调节，对至少一个传动器(18)的通电是可控制的。用于控制至少一个传动器(18)的通电的控制器(58)适用于至少根据压捆机(10)的目标压力模式，生成第一控制信号(PWM₁)，根据压捆机(10)的目标力模式，生成第二控制信号(PWM₂)，以及根据压捆机(10)的目标重量模式，生成第三控制信号(PWM₃)。控制器(58)还适用于至少从第一控制信号以及与其相关联的权重因数，第二控制信号以及与其相关联的权重因数，第三控制信号以及与其相关联的权重因数，确定最终控制信号(PWM_final)，最终控制信号用于控制矩形压捆机的至少一个传动器的通电。通过进行用于生成最终控制信号的第一、第二以及第三控制信号的组合，并对控制信号赋予权重，可以混合控制策略，由此，提供处理控制系统的现代的选择有缺点的情况的很多替代方案。

Description

矩形压捆机的多模式控制系统以及相关的方法

技术领域

本发明一般涉及用于创建农作物材料的矩形草捆的压捆机。更具体而言，本发明涉及用于产生密度控制的草捆(例如，基本上恒定密度的草捆)的多模式控制系统，并涉及相关的密度控制方法。

背景技术

农用压捆机是农业中所使用的牵引机器(PTM——牵引型机器)，用于创建(通常)稻草或其他生物质(诸如在收割或刈草操作过程中所产生的干草、青饲料或类似的作物材料)的草捆。

现有技术提出了压捆机的各种设计。几乎所有压捆机的共同的特征是，它们被拖在诸如拖拉机之类的农用车辆后面。压捆机包括进料口，通过该进料口，生物质被吸入压捆机的内部，经压缩或以其他方式处理以形成草捆。利用麻线捆扎完整的草捆，以使它们坚硬并自承重，并通过通常在压捆机后部的卸料斜槽被弹出，以便在沿着收割的田地向前移动时掉在或被放在拖拉机/压捆机组合后面的地面上。

在1970和1980年代，开发了所谓的“圆形”压捆机。这些产生大量的圆柱形草捆。虽然许多圆形压捆机每年仍在销售，并且更多仍在使用中，但是，在许多领域，它们的受欢迎度被“矩形”或“正方形”压捆机夺取。这样的压捆机产生相对于“圆形”草捆具有若干个优点的立方形的草捆。

对矩形草捆的处理更方便也更安全。另外，由于矩形草捆的立方形的形状，传输以及堆放以便以稳定结构在田地或在农场临时或长期储存它们相对容易。矩形草捆可以以高密度产生。当使用时，矩形草捆还轻松地分发，因为它们是由若干个切片构成的。

矩形压捆机相对于圆形压捆机的一个显著的优点是，在某些情况下，当正在形成草捆时，可以调整矩形草捆的特征。

这是重要的，因为稻草或其他压捆的生物质是有价值的经济作物。经常根据通过压捆机的操作产生的每一个草捆的重量来评估压捆的生物质的价值。控制压捆的生物质的密度非常重要，以便确保草捆重量在压捆机从田地的一部分向另一部分通过过程中基本上是恒定的。然而，从一处到另一处吸入压捆机的压捆的生物质的特征(特别是水分)的变化可能意味着，在压捆操作过程中有频繁的或者甚至恒定的调整草捆密度的需要，以便符合草捆重量的目标。

在矩形压捆机中，有可能调整草捆密度，因为压捆机包括基本上立方形的捆形成室。已知构建带有一个或多个可移动的侧壁的捆形成室。可以调整侧壁的位置，以便改变捆形成室的体积，由此在草捆形成过程中将草捆挤压到不同程度。如果如在压捆机中常见的吸入的生物质的每一次填充基本上是恒定体积的，以这种方式的捆形成室体积的缩小导致产生较高密度的草捆，反之亦然。这又提供了控制形成的草捆的密度的能力。

更详细地，输入到捆形成室的每一次装料，在输入的点，是未经压缩的或压缩到相对低的程度。通过在附接的臂的作用下往复运动继而又由固定到旋转部件的钟形曲柄驱动的活塞的纵向冲程，装料沿着捆形成室移动。因此，活塞的每一个冲程都针对已经在捆形成室中的生物质压缩生物质的量。因此，如果由于在活塞运动过程中活塞到达的最远的点的“下游”位置处压捆室的侧壁的位置的调整而使生物质被卷入其中的体积缩小，形成的草捆的密度提高。

然而，矩形草捆的尺寸基本上是固定的，首先由于捆形成室的横截面尺寸，其次因为压捆机将生物质形成为相同的草捆长度，生物质以基本上相同的单个草捆通过排放口弹出。

在US4,037,528中示出了可调节的捆形成室侧壁的示例。此公开描述了在类似于凸轮的臂的影响下可移动的侧壁，类似于凸轮的臂由附接的液压冲头引起旋转。该布局定义了一对四连杆机构，每一个都包括一个侧壁。因此，相关联的冲头的操作导致侧壁相对于捆形成室的内部向内或向外移动，在其长度的一部分内导致捆形成室体积的均匀的改变。

在EP0655190中公开了适用于包括在矩形压捆机中的草捆密度调整的更现代的形式。

如果压捆机可以在反馈控制模式下操作以便评估取得的实际草捆密度是否匹配目标密度值，则调整草捆的密度的能力可能是最用的。

US2,796,825公开了矩形压捆机的液压控制系统，其中，压捆机可以在目标重量控制模式下操作。在US2,796,825的矩形压捆机中，卸料斜槽中的秤台的输出值是作为液压脉冲生成的，该脉冲被用作向活塞的调整侧壁在捆形成室中的位置的输入命令。因此，在US 2,796,285的压捆机中，使用草捆重量测量来调整草捆密度。

然而US2,796,825中所公开的布局的严重的缺点是，其中所公开的秤台只当完整的草捆在其上静止时才生成信号。由于在甚至平常大小的矩形压捆机中形成草捆至少需要花费30秒，常常要最多达120秒，因此，US2,796,825中所公开的系统的响应频率并不比0.033Hz好，通常比这要慢得多。

然而，跨收割的田地牵引压捆机的拖拉机，当在干草列上上行驶时可以实现大约15km/h的速度。因此，在要求形成单个草捆时，拖拉机/压捆机组合将行驶至少200米。另一方面，例如，倒在田地里的被割的稻草的特征在一米或较短的距离内差异很大。使用US 2,796,825的设备生成的草捆重量信号，比方说每隔50秒更新一次，相对来说不大可能能够考虑这样的变化。

在共同待审的申请BE2010/0081中公开了控制由矩形压捆机创建的草捆的密度的另一种方式。压捆机具有捆形成室，在耦接到液压电路的至少一个传动器的影响下，捆形成室的尺寸的一部分是可调节的。压捆机还包括允许在反馈密度控制模式下操作压捆机的控制器。所描述的压捆机的控制模式包括三个嵌套的控制回路，其中，中间控制回路的回路频率高于最外面的控制回路的回路频率，低于最里面的控制回路的回路频率。最里面的控制回路是将目标压力值与压捆机的液压电路中的测量的压力的值进行比较的目标压力回路。中间回路是将目标力值与由压捆机活塞施加的力的测量的值进行比较的目标力回路。最外面的回路是将单个草捆的目标重量值与完成的草捆的测量的重量进行比较的目标重量回路。所描述的控制系统是提高所产生的草捆的重量的精度并在草捆形成过程中自动地考虑生物质参数变化的高频控制系统。

控制由矩形压捆机创建的草捆的密度几个其他方式是本领域已知的。压捆机常常在多种控制模式下操作，例如，在目标重量控制模式和目标压力控制模式。然而，在已知的现有技术方法中，操作员只能够选择其中一种控制模式，而取决于情况，它们中没有一个单独来看是理想的。

发明内容

本发明的各实施例的目的是提供好的控制系统，其中，可以混合压捆机的各种控制模式，由此，提供根据具体情况适应密度控制逻辑的几乎无限的可能性。

上面的目的是通过根据本发明的方法以及设备来完成的。

在附带的独立和从属权利要求中陈述了本发明的特定和首选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征相结合，并相应地与其他从属权利要求的特征相结合，而不只是显式地在权利要求中陈述的。

在第一方面，本发明提供了一种矩形压捆机，包括连接到捆形成室的生物质馈送管道，在捆形成室中往复运动以便压缩通过生物质馈送管道馈送给捆形成室的生物质以形成草捆的活塞，以及草捆排放口，捆形成室的内部的一部分的尺寸在至少一个传动器的影响下可调节，所述至少一个传动器的通电是可控制的，以及用于控制至少一个传动器的通电的控制器。控制器适用于至少从根据压捆机的目标压力模式生成第一控制信号、根据压捆机的目标力模式生成第二控制信号，以及根据压捆机的目标重量模式生成第三控制信号，生成最终控制信号。目标压力模式适用于使用压力传感器的测量的压力值来生成所述第一控制信号，目标力模式适用于使用力传感器的测量的力值来生成所述第二控制信号，以及目标重量模式适用于使用重量传感器的测量的重量值来生成所述第三控制信号。矩形压捆机的特征在于，控制器适用于至少从第一控制信号以及与其相关联的权重因数，第二控制信号以及与其相关联的权重因数，第三控制信号以及与其相关联的权重因数，确定最终控制信号，最终控制信号用于控制矩形压捆机的至少一个传动器的通电。通过进行用于生成最终控制信号的第一、第二以及第三控制信号的组合，并对控制信号赋予权重，可以混合控制策略，由此，提供很多替代方案来处理控制系统的现有技术选择有不足之处的情况。

在根据本发明的各实施例的矩形压捆机中，压力传感器的采样频率可以高于力传感器的采样频率，力传感器的采样频率可以高于重量传感器的采样频率。通过具有不同的采样频率，传感器以不同速率提供测量值。由于更快的采样频率导致的更快的测量速率允许更快地改变对应的控制信号。这对包括测量完成的草捆的重量的称量系统的压捆机来说是重要的，因为重量只能在产生完整的草捆之后确定而有严重的时滞，并且在很多情况下，为控制目的需要多个草捆的加权平均值以便取得可靠的值。

在本发明的各实施例中，控制器可以适用于至少从第一、第二和第三控制信号以及它们的相关联的权重因数，确定最终控制信号，以便相关联的权重因数的总和是100％。权重因数可以通过用户进行设置来确定。作为示例，如果用户决定只在手动模式下工作，第一控制信号的权重因数可以被设置为100％，而第二和第三控制信号的权重因数可以设置为0％。在混合模式实现中，可以进行第一、第二和/或第三控制信号的不同的组合。

控制器可以是这样的，即在压捆机的操作过程中，与至少第一、第二和第三控制信号相关联的权重因数是固定的。这提供了固定的操作模式。可另选地，控制器可以是这样的，即与至少第一、第二和第三控制信号相关联的权重因数在压捆机的操作过程中随着时间的推移而变化。如此，例如，可以实现从一个控制系统移到另一种控制系统。例如，在启动时，在空的压捆室的情况下，可以应用目标压力模式，直到压捆室被足够的材料填充。如果有足够的材料可用以导致力传感器上的可靠读数，则可以逐步移动到目标力模式。最后，随着称重了足够的草捆以实现可靠的重量测量，可以实现逐步移动到目标重量模式。

在本发明的各实施例中，目标压力模式的回路频率、目标力模式的回路频率和/或目标重量模式的回路频率可以彼此不同。这意味着，第一、第二和/或第三控制信号可以以不同频率生成。

在第二方面，本发明提供用于控制由矩形压捆机形成的草捆的密度的多模式控制系统。多模式控制系统包括控制器，所述控制器用于生成用于控制至少一个传动器的通电的最终控制信号，以便调整压捆机的捆形成室的内部的一部分的尺寸。多模式控制系统的特征在于：控制器适用于至少从根据压捆机的目标压力模式生成的第一控制信号及与其相关联的权重因数、根据压捆机的目标力模式生成的第二控制信号及与其相关联的权重因数、以及根据压捆机的目标重量模式生成的第三控制信号及与其相关联的权重因数，确定最终控制信号，其中，目标压力模式使用压力传感器的测量的压力值来生成所述第一控制信号，目标力模式使用力传感器的测量的力值来生成所述第二控制信号，以及目标重量模式使用重量传感器的测量的重量值来生成所述第三控制信号。

在根据本发明的各实施例的多模式控制系统中，压力传感器的采样频率可以高于力传感器的采样频率，而力传感器的采样频率可以高于重量传感器的采样频率。

在本发明的各实施例中，目标压力模式、目标力模式和目标重量模式中的至少一个可以是单回路模式。在特定实施例中，目标压力模式、目标力模式以及目标重量模式中的至少一个可以包括一组嵌套的控制回路，其中，嵌套的控制回路的控制回路频率从最内层回路朝着最外面的回路降低。

第一控制信号可以通过将目标压力值与测量的压力值进行比较来生成，第二控制信号可以通过将目标力值与测量的力值进行比较来生成，而第三控制信号可以通过将目标重量值与测量的重量值进行比较来生成。

在本发明的各实施例中，目标压力模式、目标力模式以及目标重量模式中的至少一个的控制回路频率可以不同于其他控制模式的控制回路频率。

在本发明的各实施例中，目标压力模式、目标力模式以及目标重量模式的采样频率可以相同。

在特定实施例中，目标压力模式可以是单回路模式，目标力模式可以包括嵌入在目标力回路中的目标压力回路，目标压力回路的控制回路频率高于目标力回路的控制回路频率，而目标重量模式可以包括嵌入在目标重量回路中的目标力回路中嵌入的目标压力回路，目标重量模式的三个嵌套的控制回路的控制回路频率从最内层回路朝着最外面的回路降低。目标力模式和目标重量模式的目标压力回路可以使用压力传感器的测量的压力值，其中，目标重量模式的目标力回路使用力传感器的测量的力值。

在根据本发明的各实施例的多模式控制系统中，在压捆机的操作过程中，权重因数可以是固定的。在替换实施例中，在压捆机的操作过程中，权重因数可以是变化的。

在本发明的特定实施例中，最终控制信号可以使用下列公式来生成：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{PWM}}_{final}=X\·{\mathrm{PWM}}_1+Y\·{\mathrm{PWM}}_2+Z\·{\mathrm{PWM}}_3\\ X+Y+Z=100\%\end{array}\right.$

在第三方面，本发明提供用于控制通过压捆机创建恒定密度的草捆的方法。该方法包括下列步骤：

-分别根据压捆机的目标压力模式、目标力模式和目标重量模式，生成至少第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，

-将第一权重因数与第一控制信号、第二权重因数与第二控制信号，以及第三权重因数与第三控制信号相关联，

-从第一、第二以及第三控制信号以及它们的相关联的权重，确定最终控制信号，以及

-使用最终控制信号来控制由压捆机创建的草捆的密度。

为了概括本发明以及相对于现有技术的优点，描述了本发明的某些目标和优点。当然，可以理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定所有这样的目标或优点都可以实现。如此，例如，所属领域的技术人员将认识到，本发明可以以实现或优化如此处教导的一个优点或一组优点的方式来实现，而不一定实现如此处教导或建议的其他目标或优点。

附图说明

图1是典型的矩形压捆机的示意、垂直剖视图。

图2更详细地示出了图1的压捆机的草捆排出区域。

图3是诸如图1和2中所示出的那种压捆机的液压控制电路的示意表示方式。

图4到图8是根据本发明的各实施例组合使用的压捆机的多种可能控制模式的示意表示方式。

图9是根据本发明的各实施例的矩形压捆机的多模式控制系统的示意表示方式，其中，多模式控制系统包括三种不同控制模式。

图10示出了根据本发明的各实施例的多模式控制系统的权重因数X、Y和Z的时间依赖关系的一个示例，其可以例如应用于如图9所示的多模式控制系统。

图11示出了根据本发明的各实施例的多模式控制系统的权重因数X，Y和Z的时间依赖关系的替换的示例，其中，权重因数X，Y和Z始终固定于一个非零的值。

附图只是示意图，是非限制性的。在附图中，某些元件的大小可以扩大，而不是按比例尺描绘，只为说明。

权利要求书中的任何附图标记都不应该被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同附图标记表示相同或类似的元件。

具体实施方式

参考附图，图1和图2示出了现有技术的农业用压捆机10，包括在其前端配备有向前延伸的凸缘14的框架12，带有用于将压捆机10耦接到牵引拖拉机的挂钩装置(未示出)。拾取组合件13在压捆机10行驶时将干草列作物材料从田地拾起，并将这样的材料输送到向后并向上弯曲的，装料形成馈送管道15的前端。管道15在其上端与悬吊的、纵向延伸的捆形成室16连通，由周期性地操作的喂料机机构17向捆形成室16装入作物。位于馈送管道15的较低的前端处的连续地操作的包装器机构19连续地馈送并将材料打包到管道15中，以便导致作物材料的装入在由喂料机17周期性的啮合之前采用管道15的内部配置然后插入到捆形成室16。馈送管道15可以配备有用于确定是否形成了完整的装料并响应于此来操作喂料机机构17的装置(未示出)。喂料机机构17的每一个动作都将作物材料的“装入”或“薄片”从管道15引入到室16中。

活塞62在捆形成室16内在纵向方向往复运动。通过馈送管道15馈送的生物质由此被压缩，以便在设备10的上文所描述的操作中形成草捆。传感器60被配置成测量由捆形成室16中的活塞62在活塞的每一次前进冲程中施加的力，如从例如EP0655190已知的。以常规方式，在捆形成室16中，形成矩形草捆并捆扎，草捆被从捆形成室16的后端排放到斜槽形式排放口(一般表示为20)中。

斜槽20可以形成为两个部分，即，围绕位于框架12的后端的轴24旋转的正面部分22，以及围绕轴28相对于正面部分22可旋转的后面部分26。在附图所示出的卸载位置，两个部分22和26的草捆支撑表面是共平面的，并与水平面成小角度地倾斜，例如，与水平面大致6度的角度。如果从一个高度掉到地面上草捆会损坏，而旋转后面部分26的目的是比较温和地将草捆下降到地面上。

当草捆的重量集中在压捆滑槽20的后面部分26时，如查看到的，后者顺时针方向旋转，以降低接近于地面的其尾端。如此，草捆滑离后面部分26时没有草捆倒塌的任何风险。

压捆滑槽20的后面部分26被牵引机构(诸如拖或链30)支撑，例如，在压捆机10的每一个端，牵引机构在其另一端连接到通过铰接接头彼此固定的两个臂34和36之间的肘接32。在后面部分26的凸出位置，如例如在图2中所示，两个臂34和36保持直线。

当斜槽20的后面部分26处于所描述的旋转位置时(即，当草捆的重量完全地支撑在部分26上时)，草捆的后端(即，朝着捆形成室16)从斜槽的正面部分22凸起，基本上其全部重量都被斜槽20的后面部分26支撑。位于后面部分26的诸如至少一个换能器或至少一个负载横杆或至少一个测力计26c之类的测量元件，测量停放在这个后面部分26的草捆的重量。由于草捆是倾斜的，因此，在正在被称重的草捆和后面的正在将它推离斜槽20的草捆之间的接触极小。这些因素的组合提高了测量的重量信号的精度，继而提高草捆的重量的测量值的精度。此外，还有充裕的时间执行所需的测量，因为从草捆的重心经过其重量足以将后面部分26旋转到倾斜位置的点一直到当草捆的后端接触地面的瞬间的时间，草捆以所描述的方式保持支撑。如果进行了多次测量，则可以对电子信号进行过滤以最小化当压捆机10在不平整的地面上拖动压捆机10颠簸行进的斜槽20所引起的错误。

捆形成室16的内部的一部分的尺寸是可调节的。具体而言，在包括图3中示意地示出的冲头72，74的一对液压传动器18的影响下(在所示出的实施例中)，捆形成室16的两个相对的侧壁部分可移动。

每一个冲头72，74都包括连接到侧壁部分的相应的输出轴76，78，侧壁部分在冲头的影响下可向内和向外移动，以便在草捆形成操作过程中缩小和增大作用于生物质的形成压力。在压捆过程中，通过此装置，通过将生物质挤压到选择到的程度，调整形成的草捆的密度。

冲头72，74可以连接在液压电路40(图3)中，用于其驱动。作为示例，本发明不受此限制，图3中所示出的液压电路40包括带有液压液的箱42，例如，油箱，用于过滤液压液的过滤器44，用于通过液压电路40从箱42抽吸液压液的泵46，用于根据来自液压传感器52的测量信号让液压液通过的可设置的节流阀，例如，比例电磁阀48，以及偏转液压液的流向以便激活或去激活冲头72，74的偏转阀门50。液压电路40的元件构成回路，带有来自箱42的输入37和朝着箱42的输出38。回路包括用于确定回路中的液压液的压力的节流阀48，以及用于判断是否激活冲头72，74的偏转阀门50。液压电路40的上述元件的连接的一种配置在图3中作为示例示出。在图3中，液压传感器示意地被示为压力计52，但是，在实践中，传感器可以呈现各种可能的形式。

显而易见的是，通过调整可设置的节流阀48的设置，当偏转阀门50处于用于激活冲头72，74的状态时，可以设置液压电路40中的压力，例如，如图3所示。当例如液压冲头72，74需要被去激活时，例如，用于在作业结束时执行草捆弹出，可以在其其他位置操作偏转阀门50，以便打开可移动的侧壁，减轻来自捆形成室16内的草捆的压力。图3电路40的可选特点是如图所示的单向阀54，防止液压液返流回箱42。

压力计52位于单向阀54的紧下游，是传感器或其他换能器的代表，其用途是生成表示电路40中的压力的信号。

根据本发明的各实施例，压捆机10适用于通过至少目标重量模式、目标力模式以及目标压力模式的组合，控制在压捆过程中作用于生物质的压力。对于每一种控制模式，通过控制器58生成脉冲宽度调制(PWM)值，并可以将其发送到比例电磁阀48，以便对压捆机10的液压电路40中的压力进行受控制的调整。

图4到图8示意地示出了根据本发明的各实施例的可以组合地使用的矩形压捆机10的各种可能控制模式。控制模式是作为闭环反馈系统的框图示出的。对于每一种控制模式，控制器58通过将压捆机操作参数的目标值与由压捆机传感器获得的测量的值进行比较，生成PWM输出值。

图4示出了压捆机10的目标压力模式100的第一实施例。在目标压力模式100下，目标压力值TP，例如，在控制器58中将压捆机10的液压电路40中的压力的目标值与测量的压力值MP，例如，如由压力传感器PS的输出信号所表示的液压电路40中的压力的测量的压力值MP，进行比较。这可以例如是压力计52的输出信号。然后，将由此比较产生的差异信号转换为控制器58的第一PWM输出值PWM₁，可以将该输出值PWM₁提供给可设置的节流阀，例如，液压电路40的比例电磁阀48。该实际压力P可以导致对液压传动器18的受控制的调整，以便实现实际压力P，这尽可能接近并优选地等于目标压力TP。提供了用于调整液压电路40中的压力P以便使得它等于目标压力TP的反馈回路。优选地，可以选择根据压捆机10的目标压力模式100生成PWM₁值的频率，即，目标压力模式100的控制回路频率，以便获得对液压电路40中的压力的定期的更新。例如，可以选择目标压力模式的控制回路频率，使得由控制器58生成的PWM输出值以5Hz或更高的频率更新。当压捆机10正在被以15km/h牵引时，5Hz的控制回路频率提供大致一米的草捆密度更新分辨率。这样的分辨率被认为高得足以考虑生物质特征变化，并可接受地控制草捆密度，而不需要复杂或昂贵的非常高的频率处理电路。然而，在本发明的范围内，其他控制回路频率也是可以的。目标压力模式100的控制回路频率可以对应于压力传感器PS的采样频率。

图4中未示出用于由操作员设置目标压力TP，以确定液压电路40中的压力的目标值的装置。这样的装置一般是已知的，并可以包括任何输入设备，诸如，例如，用于向压捆机10的控制器58输入值的触摸屏、键盘或电势计或编码器。

根据本发明的各实施例的压捆机10组合上文所提及的目标压力模式与目标力模式，其中，形成的草捆的密度可以通过将目标力值TF与测量的力值MF进行比较来控制。图5示出了目标力模式101的一个可能的实施例。当在目标力模式101下操作时，由操作员输入的目标值可以例如是在压捆机10的操作过程中活塞62在生物质上施加的力的目标力值TF。然后，在控制器58中将目标力值TF与由力传感器FS生成的或获得的测量的力值MF进行比较。力传感器FS可以是例如被配置成测量由捆形成室16中的活塞62在活塞62的每一个前进冲程中施加的力的传感器60。然后，在控制器58中将由此比较产生的信号进一步调节为控制器的第二PWM输出值PWM₂，该第二PWM输出值PWM₂可以被用作压捆机10的液压电路40的第二可能控制输入值。这可以导致对冲头72，74的受控制的调整，以便实现实际力F，这尽可能靠近并优选地等于目标力TF。提供了用于调整由活塞62施加的力F以便使得它等于目标力TF的反馈回路。根据本发明的各实施例，由力传感器60执行的力测量可以以对应于活塞62在捆形成室16中的往复运动的大致0.8Hz的采样频率发生。因此，根据图5中所示出的目标力模式101生成PWM₂值所采用的频率，即，目标力模式101的控制回路频率，低于图4中所示出的目标压力模式100的控制回路频率，如上文所讨论的，这是，例如，5Hz或更高。然而，在本发明的范围内，其他采样频率也是可以的。

根据本发明的各实施例的压捆机10还组合目标压力模式和目标力模式与目标重量模式，其中，形成的草捆的密度可以通过将目标重量值TW与测量的重量值MW进行比较来控制。图6示出了目标重量模式102的一个可能的实施例。当在目标重量模式102下操作时，由操作员输入的目标值可以例如是由压捆机10产生的单个草捆的目标重量TW。可以在控制器58中将目标重量值TW与由重量传感器WS测量的完整的草捆的测量的重量值MW进行比较。测量的重量值MW可以例如通过测力计26c的输出信号来表示，测力计26c，如上文所描述的，优选地位于压捆滑槽20中，例如，在其后面部分26。在控制器58中，将差异信号调节到第三PWM输出值PWM₃，该值可以被用作液压电路40的第三可能控制输入值。这可以导致对冲头72，74的受控制的调整，以便实现实际重量W，这尽可能靠近并优选地等于目标重量TW。提供了用于调整形成的草捆的重量W以便使得它等于目标重量TW的反馈回路。当然，一旦草捆离开捆形成室16并被测量，对目标重量模式102的设置的更改只对正在形成的下一个草捆有影响。更新PWM₃值的频率，即目标重量模式102的控制回路频率，可以由产生草捆的频率，因此由重量传感器WS的采样频率确定。作为示例，假设新草捆是每隔50秒形成的，目标重量模式102的控制回路频率可以大致是0.02Hz。在替换实施例中，可以选择测量的重量值MW为若干个随后产生的草捆的重量的加权平均数。对于此特定实施例，目标重量模式102的控制回路频率将低于重量传感器WS的采样频率，例如，低于0.02Hz。

在图4、图5以及图6的各实施例中，所示出的控制模式包括单个控制回路，其中，以采样频率使用单个传感器测量压捆机操作参数，以控制回路频率生成PWM输出值。在本发明的各实施例中，控制回路频率可以等于对应的传感器的采样频率。在替换实施例中，控制回路频率可以小于对应的传感器的采样频率。

在根据本发明的压捆机10的替换实施例中，压捆机10的目标压力模式、目标力模式或目标重量模式中的至少一个可以包括至少两个嵌套的控制回路，其中，两个控制回路都使用不同的传感器来测量压捆机操作参数，可任选地，以不同的采样频率来测量。图7示意地示出了根据本发明的各实施例的压捆机10的目标力模式104的替换实施例。目标力模式104现在包括第一控制回路106和第二控制回路108，其中，第二控制回路108嵌入在第一控制回路106中。根据本发明的各实施例，可以选择控制回路106和108，以便最内层回路108的控制回路频率高于最外面的回路106的控制回路频率。例如，控制模式104的第一控制回路106可以是目标力回路，其中，目标力值TF是由操作员输入的。目标力值TF可以例如是在压捆机10的操作过程中由活塞62施加的力的目标值。然后，在控制器58中将目标力值TF与由力传感器FS生成的测量的力值MF进行比较。力传感器FS可以是例如被配置成测量由捆形成室16中的活塞62在活塞62的每一个前进冲程中施加的力的传感器60。然后，在控制器58中，将由此第一比较产生的信号调节为第二控制回路108的目标输入值。作为示例，第二控制回路108可以是目标压力回路，其中，由第一控制回路106生成的已调节的差异信号被用作第二控制回路108的目标压力值TP。可以将目标压力值TP与由压力传感器PS(例如，由压力计52)生成的测量的压力值MP进行比较。将目标力模式104的所产生的压力差异信号转换为控制器58的第二PWM输出值PWM₂，可以将该值提供给可设置的节流阀，例如比例电磁阀48，以便根据液压电路40的操作，对冲头72，74进行受控制的调整。

根据本发明的各实施例，由力传感器60执行的力测量可以以对应于活塞62在捆形成室16中的往复运动的大致0.8Hz的采样频率发生。因此，测量频率，继而第一控制回路106的控制回路频率低于第二控制回路108的控制回路频率，该控制回路频率，如上文所讨论的，例如，是5Hz或更高。然而，在本发明的范围内，其他采样频率也是可以的。在特定实施例中，可设置的节流阀可以是模拟阀，该模拟阀连续地使压力保持相对于目标压力恒定，在这样的情况下，第二回路108的控制回路频率几乎是无限的。

根据本发明的各实施例的压捆机10可以在涉及嵌套的控制回路的任何控制模式下操作，其中，控制回路频率从最里面的控制回路朝着最外面的控制回路降低。除了涉及嵌入在目标力回路中的目标压力回路的目标力模式，压捆机10可以例如还在涉及两个嵌套回路的目标重量模式下操作，最外面的回路是具有大致0.02Hz的控制回路频率的目标重量回路，最里面的控制回路是具有5Hz或更高的控制回路频率的目标压力回路。

图8示出了根据本发明的各实施例的压捆机10的目标重量模式110的再一个替换实施例。目标重量模式110包括第一控制回路112、第二控制回路114和第三控制回路116。每一个控制回路112，114，116涉及可任选地以不同的采样频率测量压捆机操作参数的不同的传感器。三个控制回路112，114，116是嵌套的，第二控制回路114的控制回路频率低于第三控制回路116的控制回路频率，高于第一控制回路112的控制回路频率。第一控制回路112是目标重量回路，其中，由压捆机10产生的单个草捆其目标重量值TW是由操作员输入的。然后，可以将目标重量值TW与通过第一传感器WS的输出信号(例如，由测力计26c的输出信号)来表示的完整的草捆的测量的重量值MW进行比较。所产生的差异信号通过控制器58向前地馈送，控制器58以第一控制回路频率将重量差异信号调节为第二控制回路114的目标输入值。根据本发明的各实施例，第二控制回路114是目标力回路，其中，第一控制回路112的差异信号被用作目标力值TF，用于与由第二传感器，即力传感器FS生成的实际测量的力值MF进行比较。第二传感器FS可以是例如被配置成测量由捆形成室16中的活塞62在活塞62的每一个前进冲程中施加的力的力传感器60。然后，以高于第一控制回路频率的第二控制回路频率，在控制器58中，将由第二比较产生的信号调节为第三和最里面的控制回路116的目标输入值。根据本发明的各实施例，第三控制回路116是目标压力回路，其中，第二控制回路114的差异信号被用作目标压力值TP，用于与由第三传感器PS生成的测量的压力值MP进行比较。第三传感器PS可以例如是被配置成测量液压电路40中的压力的压力计52。然后，由压捆机10的目标重量模式110以高于第二控制回路频率的第三控制回路频率生成的所产生的压力差异信号可以被用作液压电路40的控制输入PWM₃(在控制器58中根据需要在进一步调节之后)，该控制输入PWM₃可以导致对冲头72，74的调整。

作为数字示例，如图8所示的目标重量模式110的各种控制回路的控制回路频率可以例如大约是，对于目标重量回路112，0.02Hz，对于目标力回路114，0.8Hz，对于目标压力回路116，5Hz。显而易见的是，压力测量的控制回路频率高得足以考虑生物质特征的变化，这些生物质特征的变化否则会以不利于，例如，希望根据草捆的重量来确定草捆的价值的农场主的方式影响草捆的密度从而影响(对于固定草捆大小)草捆重量。通过使用重量传感器(例如，第一传感器26c)的相对低的采样频率输出生成目标力信号TF，并使用第二传感器(例如，力传感器60)的输出生成目标压力信号TP，在如图8所示的目标重量模式下操作根据本发明的各实施例的压捆机10，可以提高所产生的草捆的重量的精度。

根据本发明的各实施例，压捆机10在至少三种不同的控制模式下操作，即，目标压力模式、目标力模式以及目标重量模式，其中，每一种控制模式都生成可以被用作压捆机10的液压电路40的控制输入的PWM输出值。压捆机10的控制模式可以是如此处所描述的控制模式中的任何一种，虽然各实施例不受限制。根据本发明的各实施例，压捆机10的控制模式可以是单回路模式。可另选地，目标压力模式、目标力模式以及目标重量模式中的至少一个可以包括一组嵌套的控制回路，其中，嵌套的回路的控制回路频率从最内层回路朝着最外面的回路降低。此外，根据本发明的各实施例，根据压捆机10的不同控制模式生成不同PWM值的控制回路频率可以相等，或者它们可以不同。

在根据本发明的各实施例的压捆机10中，给压捆机10的各种控制模式指定权重因数。压捆机10的每一种控制模式都可以具有其自己的权重因数，不同权重因数的总和例如等于100％。此外，根据本发明的各实施例，控制器58适用于生成最终PWM值PWM_final，其被确定为不同的PWM输出值和用来生成PWM输出值的控制模式的权重的函数。然后，可以将最终PWM值PWM_final提供给液压电路40的可设置的节流阀，例如，比例电磁阀48，以便对液压传动器18进行受控制的调整。

图9示意地示出了根据本发明的各实施例的压捆机10的多模式控制系统200，其中，压捆机10在目标压力模式124、目标力模式126和目标重量模式128下操作。压捆机10的每一种控制模式都生成不同的PWM输出值(分别是PWM₁，PWM₂和PWM₃)。根据本发明的各实施例，目标压力模式124可以例如是单回路模式，该单回路模式以第一采样频率，使用压力传感器PS，例如，压力计52，的输出值，以第一控制回路频率，即压力控制模式的控制回路频率，生成PWM₁输出值。压捆机10的目标力模式126可以例如包括两个嵌套回路，其中，最内层回路使用以第一采样频率采样的压力传感器PS(例如，压力计52)的输出值，最外面的回路使用以低于第一采样频率的第二采样频率采样的力传感器FS(例如，力传感器60)的输出值。对于此实施例，控制模式126的最内层回路的控制回路频率高于控制模式126的最外面的回路的控制回路频率，并等于目标压力模式124的控制回路频率。压捆机10的目标重量模式128可以例如包括三个嵌套回路，其中，最内层回路使用以第一采样频率采样的压力计52的输出值，中间回路使用以低于第一采样频率的第二采样频率采样的力传感器60的输出值，最外面的回路使用以低于第二采样频率的第三采样频率采样的重量传感器WS(例如，重量传感器26c)的输出值。在图9中所示出的实施例中，目标压力模式、目标力模式和目标重量模式的控制回路频率相同并等于，例如，由压力计52执行的压力测量的第一采样频率。这可以，例如是5Hz。然后，可以以相同的频率，使用例如下列公式，调整由控制器58生成的最终PWM值(PWM_final)：

$\{\begin{array}{c}{\mathrm{PWM}}_{final}=X\·{\mathrm{PWM}}_1+Y\·{\mathrm{PWM}}_2+Z\·{\mathrm{PWM}}_3\\ X+Y+Z=100\%\end{array}.$

其中，X，Y和Z是分别指定到目标压力模式124、目标力模式126和目标重量模式128的权重因数。

作为数字示例，基于由操作员设置的目标压力的50％的PWM₁输出值可以根据目标压力模式124生成，基于由操作员设置的目标力的75％的值可以根据目标力模式126生成，基于由操作员设置的目标重量的100％的PWM₃值可以根据压捆机10的目标重量模式128生成。在一个示例中，操作员可以选择只在压力目标模式124下工作，以便X将被设置为100％，Y和Z将被设置为0％。在此情况下，发送到液压电路40的可设置的节流阀(例如，比例电磁阀48)的最终PWM值将是50％。用户也可以选择在“混合目标重量/目标力模式”多模式控制系统200中工作，其中，两种模式具有相等的权重。X将被设置为0％，Y和Z被设置为50％。在此示例中，发送到可设置的节流阀(例如，比例电磁阀48)的最终PWM值将是

50％·75％+50％·100％＝87.5％。

在根据本发明的压捆机10的多模式控制系统200的替换实施例中，目标压力模式、目标力模式和目标重量模式的控制回路频率可以彼此不同。例如，根据本发明的各实施例的多模式控制系统200的目标压力模式可以是图4中所示出的目标压力模式100，而目标力模式可以是图5中所示出的目标力模式101，目标重量模式可以是图6中所示出的目标重量模式102。在该情况下，根据压捆机10的目标压力模式100生成的PWM值PWM₁可以利用例如5Hz或更高的控制回路频率来更新，而根据目标力模式101生成的PWM值PWM₂可以利用例如0.8Hz的控制回路频率来更新，根据目标重量模式102生成的PWM值PWM₃可以利用例如0.02Hz的控制回路频率来更新。在根据本发明的压捆机10的特定实施例中，由控制器58生成的最终PWM值PWM_final可以例如以等于各种控制模式的最高控制回路频率的频率(例如，5Hz)来更新，以便获得液压电路40中的压力的定期的更新。

根据本发明的各实施例，在压捆机的操作过程中，指定给压捆机10的各种控制模式的权重因数可以是固定的，或者，它们可以随着时间的推移而变化。权重因数可以由操作员来改变，或者它们也可以通过自动化程序来改变。在根据本发明的压捆机10的一个实施例中，权重因数可以以这样的方式变化，以便可以获得逐步从一种控制模式移到其他控制模式。图10示出了在压捆机10的操作过程中三种权重因数X，Y和Z的时间依赖关系的一个示例。此时间方案可以例如应用于多模式控制系统200，如图9所示。在压捆机10的启动过程中，当捆形成室16仍是空的时，目标压力模式124可以应用于压捆机10(X＝100％；Y，Z＝0％)。目标压力模式124可以维持，直到在捆形成室16中有足够的材料可用以导致力传感器60上的可靠的读数。从那时起，可以执行逐步移动到目标力模式126(Y＝100％；X，Z＝0％)。最后，随着称重了足够的草捆以实现可靠的重量测量，可以启动逐步移动到目标重量模式128(Z＝100％；X，Y＝0％)。

图11示出了根据本发明的各实施例的多模式控制系统的权重因数X，Y以及Z的时间依赖关系的替换的示例。并非在第一时间段t1消逝之后(例如，在压捆机10启动之后)将权重因数X固定到0％，而是可以将权重因数X逐步降低到非零的值，例如，5％和20％之间的一个值，例如，10％。同时，权重因数Y可以从0％逐步提高到(100-X)％，例如，80和95％之间的值，例如，90％。如此，压捆机10可以在压捆过程的第二时间段t2内在“混合目标压力/目标力模式”下操作。最后，当第二时间段t2消逝时，例如，当已经称重了足够的草捆以实现可靠的重量测量时，权重因数Y可以逐步降低到一个非零的值，例如，5％和20％之间的一个值，例如，10％。同时，目标重量模式可以通过权重因数Z从0％逐步增大到(100-X-Y)％(例如，80％)来启动。如此，压捆机10可以在压捆过程的第三时间段t3内在“混合目标压力/目标力/目标重量模式”下操作。此第三时间段t3可以例如直到压捆过程结束。

根据本发明的各实施例的多模式控制系统200的优点是，压捆机10可以通过多模式控制系统来操作，多模式控制系统提供根据具体情况适应密度控制逻辑的几乎无限的可能性，而无需放弃对当前用户可用的并为当前用户所知的尝试的和经过测试的控制策略。

尽管在附图和前面的描述中说明和详细描述了本发明，但是，这样的说明和描述应被视为说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明不仅限于所公开的实施例。

根据对附图、本发明以及所附权利要求书的研究，所属领域的技术人员在实施带有权利要求的发明时可以理解并实现所公开的实施例的其他变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，不定冠词不排除复数。在相互不同的从属权利要求中列举某些度量这一事实不表示这些度量的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何附图标记都不应该被解释为限制范围。

前面的描述详述了本发明的某些实施例。然而，可以理解，不管前面的描述如何，本发明可以以许多方式来实施。应该指出的是，当描述本发明的某些特点或方面时特定术语的使用不应该意味着，术语在此处正在被重新定义，以限于包括该术语所相关联的本发明的特点或方面的任何特定特征。

Claims (15)

1.一种矩形压捆机(10)，包括连接到捆形成室(16)的生物质馈送管道(15)，在所述捆形成室(16)往复运动以便压缩通过所述生物质馈送管道(15)馈送到所述捆形成室(16)中的生物质以形成草捆的活塞(62)，以及草捆排放口(20)，所述捆形成室(16)的内部的一部分的尺寸在至少一个传动器(18)的影响下可调节，对所述至少一个传动器(18)的通电是可控制的，以及用于控制所述至少一个传动器(18)的通电的控制器(58)，所述控制器(58)适用于至少根据所述压捆机(10)的目标压力模式，生成第一控制信号(PWM₁)，根据所述压捆机(10)的目标力模式，生成第二控制信号(PWM₂)，以及根据所述压捆机(10)的目标重量模式，生成第三控制信号(PWM₃)，所述目标压力模式使用压力传感器(PS)的测量的压力值(MP)来生成所述第一控制信号(PWM₁)，所述目标力模式使用力传感器(FS)的测量的力值(MF)来生成所述第二控制信号(PWM₂)，所述目标重量模式使用重量传感器(WS)的测量的重量值(MW)来生成所述第三控制信号(PWM₃)，其特征在于，所述控制器(58)适用于至少从所述第一控制信号(PWM₁)以及与其相关联的权重因数(X)，所述第二控制信号(PWM₂)以及与其相关联的权重因数(Y)，所述第三控制信号(PWM₃)以及与其相关联的权重因数(Z)，确定最终控制信号(PWM_final)，所述最终控制信号(PWM_final)用于控制所述矩形压捆机(10)的所述至少一个传动器(18)的通电。

2.根据权利要求1所述的矩形压捆机(10)，其中所述压力传感器(PS)的采样频率高于所述力传感器(FS)的采样频率，以及其中所述力传感器(FS)的采样频率高于所述重量传感器(WS)的采样频率。

3.根据前面的权利要求中的任何一个所述的矩形压捆机(10)，其中所述控制器(58)适用于至少从所述第一、第二和第三控制信号(PWM₁，PWM₂，PWM₃)以及它们的相关联的权重因数(X，Y，Z)确定所述最终控制信号(PWM_final)，以便所述相关联的权重因数(X，Y，Z)的总和是100％。

4.根据权利要求1或2所述的矩形压捆机(10)，其中所述控制器(58)是这样的，以便在所述压捆机(10)的操作过程中，与所述至少第一、第二和第三控制信号(PWM₁，PWM₂，PWM₃)相关联的所述权重因数(X，Y，Z)是固定的。

5.根据权利要求1或2所述的矩形压捆机(10)，其中所述控制器(58)是这样的，以便在所述压捆机(10)的操作过程中，与所述至少第一、第二和第三控制信号(PWM₁，PWM₂，PWM₃)相关联的所述权重因数(X，Y，Z)中的至少一个随着时间的推移而变化。

6.根据权利要求1或2所述的矩形压捆机(10)，其中所述目标压力模式的回路频率、所述目标力模式的回路频率和/或目标重量模式的回路频率彼此不同。

7.一种用于控制由矩形压捆机(10)形成的草捆的密度的多模式控制系统(200)，所述多模式控制系统(200)包括用于生成最终控制信号(PWM_final)的控制器(58)，所述最终控制信号(PWM_final)用于控制用于调整压捆机(10)的捆形成室(16)的内部的一部分的尺寸的至少一个传动器(18)的通电，其特征在于，所述控制器(58)适用于至少从根据所述压捆机(10)的目标压力模式生成的第一控制信号(PWM₁)及与其相关联的权重因数(X)，根据所述压捆机(10)的目标力模式生成的第二控制信号(PWM₂)及与其相关联的权重因数(Y)，以及根据所述压捆机(10)的目标重量模式生成的第三控制信号(PWM₃)及与其相关联的权重因数(Z)，来确定最终控制信号(PWM_final)，所述目标压力模式使用压力传感器(PS)的测量的压力值(MP)来生成所述第一控制信号(PWM₁)，所述目标力模式使用力传感器(FS)的测量的力值(MF)来生成所述第二控制信号(PWM₂)，以及所述目标重量模式使用重量传感器(WS)的测量的重量值(MW)来生成所述第三控制信号(PWM₃)。

8.根据权利要求7所述的多模式控制系统(200)，其中所述压力传感器(PS)的采样频率高于所述力传感器(FS)的采样频率，以及其中所述力传感器(FS)的采样频率高于所述重量传感器(WS)的采样频率。

9.根据权利要求7或8所述的多模式控制系统(200)，其中所述目标压力模式、所述目标力模式以及所述目标重量模式中的至少一个是单回路模式。

10.根据权利要求7或8所述的多模式控制系统(200)，其中所述目标压力模式、所述目标力模式以及所述目标重量模式中的至少一个包括一组嵌套的控制回路，其中所述嵌套的控制回路的控制回路频率从最内层回路朝着最外面的回路降低。

11.根据权利要求7或8所述的多模式控制系统(200)，其中所述第一控制信号(PWM₁)是通过将目标压力值(TP)与所述测量的压力值(MP)进行比较生成的，其中，所述第二控制信号(PWM₂)是通过将目标力值(TF)与所述测量的力值(MF)进行比较生成的，以及其中所述第三控制信号(PWM₃)是通过将目标重量值(TW)与所述测量的重量值(MW)进行比较生成的。

12.根据权利要求7或8所述的多模式控制系统(200)，其中所述目标压力模式、所述目标力模式以及所述目标重量模式中的至少一个的控制回路频率不同于其他控制模式的控制回路频率。

13.根据权利要求11所述的多模式控制系统(200)，其中所述目标压力模式是单回路模式，所述目标力模式包括嵌入在目标力回路中的目标压力回路，所述目标压力回路的控制回路频率高于所述目标力回路的控制回路频率，所述目标重量模式包括嵌入在目标重量回路中的目标力回路中嵌入的目标压力回路，所述目标重量模式的三个嵌套的控制回路的控制回路频率从最内层回路朝着最外面的回路降低，其中，所述目标力模式和所述目标重量模式的所述目标压力回路使用所述压力传感器(PS)的所述测量的压力值(MP)，以及其中所述目标重量模式的所述目标力回路使用所述力传感器(FS)的所述测量的力值(MF)。

14.根据权利要求7或8所述的多模式控制系统(200)，其中所述最终控制信号(PWM_final)是使用下列公式生成的：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{PWM}}_{\mathrm{final}}=X\·{\mathrm{PWM}}_1+Y\·{\mathrm{PWM}}_2+Z\·{\mathrm{PWM}}_3\\ X+Y+Z=100\%\end{array}\right.$

其中，PWM_final是最终控制信号，PWM₁、PWM₂、PWM₃分别是第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号，X、Y、Z分别是与第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号相关联的权重因数。

15.一种用于控制通过压捆机(10)创建恒定密度的草捆的方法，所述方法包括下列步骤：

-分别至少根据所述压捆机(10)的目标压力模式、目标力模式和目标重量模式，生成第一控制信号(PWM₁)、第二控制信号(PWM₂)和第三控制信号(PWM₃)，

-将第一权重因数(X)与所述第一控制信号(PWM₁)，第二权重因数(Y)与所述第二控制信号(PWM₂)，以及第三权重因数(Z)与所述第三控制信号(PWM₃)相关联，

-从所述第一、第二和第三控制信号(PWM₁，PWM₂，PWM₃)以及它们的相关联的权重因数(X，Y，Z)，确定最终控制信号(PWM_final)，以及

-使用所述最终控制信号(PWM_final)来控制由压捆机(10)创建的草捆的密度。