CN107965499A - 高速插秧机液压自动调平系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速插秧机液压自动调平系统及其工作方法，属于农机控制领域。高速插秧机液压自动调平系统包括检测装置、控制器、调平执行机构和动力系统，检测装置能够实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且能够迅速将获得的倾角数据发送给所述控制器；控制器能够实时接收所述检测装置采集到的倾角数据，对所述倾角数据进行程序算法处理，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对所述调平执行机构发送调整数据指令，控制所述调平执行机构达到水平状态，从而实现调平功能；动力系统用于为调平执行机构提供动力源。本发明能够在插秧机高速运转状况下，及时调节插植部机具平衡，使插秧深度一致。

Description

高速插秧机液压自动调平系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及农机控制领域，特别是指一种高速插秧机液压自动调平系统及其工作方法。

背景技术

水稻在众多粮食作物生产中，所要求的技术性最高、季节性最强。插秧机是代替人工插秧而进行水稻种植的农业机具，其不仅可以大大的减少农民的劳动用工量，而且可以有效的提高水稻的产量。因此，水稻机械化种植是我国未来水稻生产发展的方向。

在水稻种植技术中，秧苗的栽插深度对插秧机有很高的要求，直接决定着秧苗的成活率及分蘖效果。虽然目前步进式和独轮乘坐式插秧机占据着插秧机生产的主要市场，但从插秧机机型上来看，高速乘坐式插秧机将会逐步取代步进式插秧机和独轮乘坐式插秧机。液压自动调平系统是高速插秧机插植部的升降装置，它可以有效的控制秧苗的入土深度、提高秧苗存活率，是影响插秧机工作性能的重要环节。

如专利号为CN201220608475的一种插秧机仿形平衡调节机构中所述，通过浮板与地面接触，根据浮板与地面接触的压力变化来控制升降调节组件和左右摆动调节组件达到自由升降和左右调节位置的效果，解决了现有技术下插秧机的插秧深度不一的问题。但传感器杆两端使用弹簧连接，测量精度不高，对于插秧机高速运转状况下，不能及时调节插秧机具平衡，导致局部插秧深度不一。

又如专利号为CN201210249182的一种插秧机的前后方向的平衡系统中所述，中央浮船的前端与一个拉动机构相连，拉动机构由感知拉索和与中央浮船直接相连的刚性拉动机构构成。该设计在对插植深度进行检测的时候，由于刚性拉动机构本身具有动作虚位，导致监测精度和灵敏度不佳，同样对于插秧机高速运转状况下，不能及时调节插秧机具平衡，导致局部插秧深度不一。

发明内容

本发明提供一种高速插秧机液压自动调平系统及其工作方法，其能够在插秧机高速运转状况下，及时调节插植部机具平衡，使插秧深度一致。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种高速插秧机液压自动调平系统，包括检测装置、控制器、调平执行机构和动力系统，其中：

所述检测装置能够实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且能够迅速将获得的倾角数据发送给所述控制器；

所述控制器能够实时接收所述检测装置采集到的倾角数据，对所述倾角数据进行程序算法处理，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对所述调平执行机构发送调整数据指令，控制所述调平执行机构达到水平状态，从而实现调平功能；

所述动力系统用于为所述调平执行机构提供动力源。

进一步的，所述调平执行机构包括第一提升臂、第二提升臂、第一液压油缸、第二液压油缸、第一提升杆、第二提升杆、第一下拉杆、第二下拉杆和上拉杆，其中：

所述第一提升臂和第二提升臂并排设置，其一端均铰接在高速插秧机安装板的上部，另一端分别与所述第一提升杆和第二提升杆的一端铰接连接，所述第一提升杆和第二提升杆的另一端分别铰接在所述第一下拉杆和第二下拉杆的中部，所述第一下拉杆和第二下拉杆的一端均铰接在高速插秧机安装板的下部，另一端均铰接在高速插秧机的插植部上；

所述第一液压油缸和第二液压油缸的一端均铰接在高速插秧机安装板的中下部，另一端分别铰接在所述第一提升臂和第二提升臂的中部，所述上拉杆的一端铰接在高速插秧机安装板的中上部，另一端与高速插秧机的秧苗滑盘采用轴套连接。

进一步的，所述第一下拉杆和第二下拉杆的中部分别设置有用于初始安装调节的第一长圆孔和第二长圆孔，所述第一提升杆和第二提升杆的末端分别铰接在所述第一长圆孔和第二长圆孔处。

进一步的，所述检测装置为倾角传感器，所述倾角传感器为一对，且分别设置在所述第一提升臂和第二提升臂的顶端，所述控制器为单片机。

进一步的，所述动力系统依次包括液压油箱、齿轮泵、三位四通M型电磁换向阀和双作用单杆活塞缸，其中：

所述齿轮泵的进油口与所述液压油箱之间设置有过滤器，所述齿轮泵的出油口与所述液压油箱之间设置有溢流阀；

所述齿轮泵的出油口经所述三位四通M型电磁换向阀连接用于驱动所述第一液压油缸和第二液压油缸的双作用单杆活塞缸。

另一方面，本发明还提供一种上述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，包括：

步骤1：系统程序进行初始化；

步骤2：所述检测装置实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且迅速将获得的倾角数据发送给所述控制器；

步骤3：所述控制器将接收的倾角数据与设定值进行对比，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对所述调平执行机构发送调整数据指令；

步骤4：所述调平执行机构根据接收的调整数据指令按照调平算法完成对所述调平执行机构的三位四通M型电磁换向阀的控制；

步骤5：判断高速插秧机插植部机具是否满足水平要求，如果满足，则关闭所述三位四通M型电磁换向阀，调平结束，如果不满足，则执行所述步骤3。

进一步的，所述步骤4中：

所述三位四通M型电磁换向阀的开度决定所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量，从而改变所述第一提升臂和第二提升臂的高度，又由于所述插植部和秧苗滑盘均与所述调平执行机构连接，所以，所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量最终与所述插植部的高度相对应，因此，对所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量与所述插植部的升降量建模。

进一步的，所述步骤4中，对所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量与所述插植部的升降量建立如下模型：

式中，α_D为第一提升臂和第二提升臂上ND连线与水平方向的夹角，rad；x_L为第一液压油和第二液压油缸的活塞杆位移，mm；l_ACO为第一液压油缸和第二液压油缸的活塞杆完全缩回时的初始长度，mm；α_C为第一提升臂上和第二提升臂上NC连线与水平方向的夹角，rad；α_CDN为第一提升臂和第二提升臂上CD连线与ND连线的夹角，rad；β_AN为第一液压油缸和第二液压油缸下铰接点A与第一提升臂和第二提升臂轴心N连线与垂直方向的夹角，rad；l表示各标注点之间的长度，mm。

进一步的，所述步骤4中，所述调平算法采用模糊控制算法，包括：

步骤41：确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输入和输出；输入变量倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率的基本论域为{-33}，其模糊集合论域为{-3-2-10 1 2 3}，量化因子Ke Kec的大小意味着对倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率的不同加权程度，这里取Ke＝Kec＝1.2；倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率分为7个等级，模糊子集分别为{NB NM NS Z PS PM PB}，模糊子集中元素依次代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；输出控制量U的基本论域为{-4.5 4.5}，其模糊集合论域为{-4.5-3-1.5 0 1.5 3 4.5}；输出比例因子Ku的大小影响着高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输出，这里取比例因子Ku＝1/3；控制量分为7个等级，模糊子集分别为{NB NM NSZ PS PM PB}；由于输出有上调和下调之分，分别用正负号表示；论域中负数表示输出第一提升臂和第二提升臂提升角α_D下调，正数表示输出第一提升臂和第二提升臂提升角α_D上调；

步骤42：高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输入变量模糊化，建立输入输出变量隶属度函数；

步骤43：建立如下所示的高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则表，根据调平经验知识库，得到高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则图。

进一步的，所述步骤43中，为了保证控制的实时性，采用离线计算方式确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制表，输入模糊集合合成运算的and操作采用求交法，输入模糊集合合成运算的also操作采用求并法，模糊运算采用求交法，输出模糊合成采用最大—最小法，反模糊化采用重心法，最终求得输出量的模糊集合，

本发明具有以下有益效果：

本发明的高速插秧机液压自动调平系统及其工作方法，检测装置能够不断地进行角度信号采集并且传输到控制器处理，由控制器发出命令对调平执行机构进行控制，进而调节高速插秧机插植部机具的倾角，使插植部机具调整到水平位置状态，系统结构简单，能够很好适应田间环境，能够在插秧机高速运转状况下，及时调节插植部机具平衡，使插秧深度一致，并且在稳定可靠运行的前提下尽可能降低了成本，提高了插秧效率和存活率。

附图说明

图1为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的结构框架图；

图2为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的调平执行机构的结构示意图；

图3为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的倾角传感器在提升臂上的安装位置示意图；

图4为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的调平执行机构中倾角传感器测量角度示意图；

图5为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的动力系统的示意图；

图6为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的工作流程图；

图7为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的运动学模型；

图8为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的模糊控制器；

图9为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的输入变量倾角传感器偏离角隶属度函数；

图10为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的输入变量倾角传感器偏离角变化率隶属度函数；

图11为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的输入提升臂提升角α_D隶属度函数；

图12为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的调平经验知识库；

图13为本发明的高速插秧机液压自动调平系统的模糊控制器控制规则示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种高速插秧机液压自动调平系统，如图1～图13所示，包括检测装置1、控制器2、调平执行机构3和动力系统，其中：

检测装置1能够实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且能够迅速将获得的倾角数据发送给控制器2；

控制器2能够实时接收检测装置1采集到的倾角数据，对倾角数据进行程序算法处理，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对调平执行机构3发送调整数据指令，控制调平执行机构3达到水平状态，从而实现调平功能；

动力系统用于为调平执行机构3提供动力源。

本发明的高速插秧机液压自动调平系统，检测装置能够不断地进行角度信号采集并且传输到控制器处理，由控制器发出命令对调平执行机构进行控制，进而调节高速插秧机插植部机具的倾角，使插植部机具调整到水平位置状态，系统结构简单，能够很好适应田间环境，能够在插秧机高速运转状况下，及时调节插植部机具平衡，使插秧深度一致，并且在稳定可靠运行的前提下尽可能降低了成本，提高了插秧效率和存活率。

本发明的高速插秧机液压自动调平系统，检测装置能够实时检测高速插秧机插植部机具的角度信息，在高速插秧机插植部机具角度倾斜时，能迅速将新的倾角数据发送给控制器，检测装置采集到的倾角信息，必须能准确表达插植部机具的倾斜度，当外界环境变化时，对倾角信息检测过程的干扰较小，采集数据准确可靠；倾角信息检测装置体积较小，安装方便，能适应农田作业要求；控制器指挥各个部件按照指定的功能实现动作，是整个系统的核心以及指挥中心，控制器需要对工作部件的倾角信息不停进行实时收集和处理，以维持高速插秧机水平作业。

进一步的，如图2所示，调平执行机构3可以包括第一提升臂4-1、第二提升臂4-2、第一液压油缸5-1、第二液压油缸5-2、第一提升杆6-1、第二提升杆6-2、第一下拉杆7-1、第二下拉杆7-2和上拉杆8，其中：

第一提升臂4-1和第二提升臂4-2并排设置，其一端均铰接在高速插秧机安装板10的上部，另一端分别与第一提升杆6-1和第二提升杆6-2的一端铰接连接，第一提升杆6-1和第二提升杆6-2的另一端分别铰接在第一下拉杆7-1和第二下拉杆7-2的中部，第一下拉杆7-1和第二下拉杆7-2的一端均铰接在高速插秧机安装板10的下部，另一端均铰接在高速插秧机的插植部9上；

第一液压油缸5-1和第二液压油缸5-2的一端均铰接在高速插秧机安装板10的中下部，另一端分别铰接在第一提升臂4-1和第二提升臂4-2的中部，上拉杆8的一端铰接在高速插秧机安装板10的中上部，另一端与高速插秧机的秧苗滑盘11采用轴套连接。

当确定好插秧深度时，操作人员需要在插秧机进行插秧工作前，确定好插植部的初始高度，此时倾角传感器与垂直方向(纵轴)的初始夹角A确定，此时，需要对上拉杆进行调解。保证与(横轴)水平方向的初始夹角B为零，工作前也需要对第一提升臂和第二提升臂初始高度进行初始化调平。上拉杆与秧苗滑盘的连接方式为轴套连接，保证第一提升臂和第二提升臂调平时，插植部和秧苗滑盘可以以上拉杆为轴中心做转动，跟随第一提升臂和第二提升臂做调平调节。上拉杆与高速插秧机的安装板采用铰接连接，保证在初始调节高度时，可以做上下高度调整。

优选的，如图2所示，第一下拉杆7-1和第二下拉杆7-2的中部可以分别设置有用于初始安装调节的第一长圆孔12-1和第二长圆孔12-2，第一提升杆6-1和第二提升杆6-2的末端可以分别铰接在第一长圆孔12-1和第二长圆孔12-2处。

为了准确快速地获得高速插秧机插植部机具的倾角信息，检测装置1优选为倾角传感器，倾角传感器可以为一对，且分别设置在第一提升臂4-1和第二提升臂4-2的顶端(应当理解的是，如图3所示，倾角传感器可以设置在第一提升臂和第二提升臂的顶端上沿平面的任何位置(图3中L所示位置)，均不影响本发明技术方案的实施)，控制器2可以为单片机。本发明选用基于倾角传感器的三点悬挂机具的倾角数据检测方案，倾角传感器是运用牛顿第二定律获得的一种加速度传感器，当倾角传感器相对于地球静止时也就是其它方向没有加速度作用，那么只有重力加速度的作用，倾斜角就是重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角，通过在高速插秧机插植部机具上安装倾角传感器，实时监测机具的倾角信息。倾角传感器设置在第一提升臂和第二提升臂的顶端，不仅可以调平，也可以调节插植部的插植深度(即高度)。本发明需要控制单元具有实时收集数据功能，相对比此项要求，单片机具有更好的实时采样功能，同时单片机具有体积小，成本低，广泛应用于各个行业中，在后续的调试中，单片机具有更好的优势。因此采用单片机作为控制器。

本发明的高速插秧机液压自动调平系统，调平执行机构采用该设计，在调节插植部机具高度的过程中，两个倾角传感器所测的角度是以第一提升臂和第二提升臂与高速插秧机的安装板铰接连接点为顶点，如图4所示，横轴即图4中的Y轴，调平角β所在平面为YOZ平面，纵轴即图4中的X轴，调高角α所在平面为XOZ平面，倾角传感器与水平方向(纵轴)的夹角，当插植部的高度发生变化时，会引起夹角的变化，测的该方向上的角度变化和角加速度变化，作为模糊控制系统的输入输出，这时是插秧机发生机身上下沉降，倾角传感器相对上述铰接连接点夹角发生变化，两个倾角传感器相对(横轴)水平方向未改变(比如：插秧机两个后轮同时陷入了坑里，两个提升臂会同时下沉一段距离，它俩还是在一个相对水平的位置)。当插秧机发生左右侧倾时，两个倾角传感器在相对(横轴)水平方向的夹角与加速度发生变化，之后与高度调节同理。

本发明中，如图5所示(图5中所示上提液压系统是指上拉杆做初始化高度调节时的动力输出部分)，动力系统可以依次包括液压油箱13、齿轮泵14、三位四通M型电磁换向阀15和双作用单杆活塞缸16，其中：

齿轮泵14的进油口与液压油箱13之间设置有过滤器17，齿轮泵14的出油口与液压油箱13之间设置有溢流阀18；

齿轮泵14的出油口经三位四通M型电磁换向阀15连接用于驱动第一液压油缸5-1和第二液压油缸5-2的双作用单杆活塞缸16。

本发明中，齿轮泵抽取液压油箱中储存的液压油为调平系统提供动力；过滤器虑除液压油中杂质，保障油路畅通；溢流阀起到定压溢流作用，维持泵出口压力恒定，从而保证活塞杆精确给进，同时溢流阀也起过载保护的作用。本发明选用双作用单杆活塞缸，使活塞杆直接调节三点悬挂插秧机具升降的方式进行调平；三位四通M型电磁换向阀控制活塞缸进油，通过活塞杆的往复运动来实现插秧机具升降，从而在插秧机倾斜时，使插秧机插植部机具恢复到水平。

液压传动可以输出大的推力或大转矩，能够无级调速，操作简单便于控制，易于实现自动化，安全可靠，使用寿命长等特点。液压装置的调速范围大，比机电传动的低速性能好。在本发明中，高速插秧机插植部机具的调节响应速度快，而且对调平精度的要求不是很高，故选用液压调平。

另一方面，本发明还提供一种上述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，包括：

步骤1：系统程序进行初始化；

步骤2：检测装置1实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且迅速将获得的倾角数据发送给控制器2；

步骤3：控制器2将接收的倾角数据与设定值进行对比，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对调平执行机构3发送调整数据指令；

步骤4：调平执行机构3根据接收的调整数据指令按照调平算法完成对调平执行机构3的三位四通M型电磁换向阀的控制；

步骤5：判断高速插秧机插植部机具是否满足水平要求，如果满足，则关闭三位四通M型电磁换向阀，调平结束，如果不满足，则执行步骤3。

本发明的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，检测装置能够不断地进行角度信号采集并且传输到控制器处理，由控制器发出命令对调平执行机构进行控制，进而调节高速插秧机插植部机具的倾角，使插植部机具调整到水平位置状态，系统结构简单，能够很好适应田间环境，能够在插秧机高速运转状况下，及时调节插植部机具平衡，使插秧深度一致，并且在稳定可靠运行的前提下尽可能降低了成本，提高了插秧效率和存活率。

本发明的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，当系统电源打开后，系统软件开始工作：程序进行初始化；接收倾角传感器传出的数据；进入调平程序，将倾角模块所采集到的角度数据与设定值进行对比，判断高速插秧机插植部机具的倾斜状况，并按照特定的调平算法完成对三位四通M型电磁换向阀的控制；当判断出机具满足水平要求后，关闭油路，调平结束。

本发明中，每次初始话调平的时候，系统会记录下倾角传感器与纵轴和横轴方向上的初始夹角AB，之后工作中，两个角度AB发生变化时，均与初始值做差运算，系统测出角度变化率和角加速度变化，作为模糊控制系统的输入。

进一步的，步骤4中：

三位四通M型电磁换向阀的开度决定第一液压油缸5-1和第二液压油缸5-2的伸缩量，从而改变第一提升臂4-1和第二提升臂4-2的高度，又由于插植部9和秧苗滑盘11均与调平执行机构3连接，所以，第一液压油缸5-1和第二液压油缸5-2的伸缩量最终与插植部9的高度相对应，因此，对第一液压油缸5-1和第二液压油缸5-2的伸缩量与插植部9的升降量建模。三位四通M型电磁换向阀门开度决定液压油缸的伸缩进程，从而改变提升臂的高度，又由于高速插秧机插植部和秧苗滑盘均与液压调平执行机构固定连接，所以液压油缸的伸缩最终对应相应的插植部高度，为此，对液压油缸伸缩量与插植部升降量的建模(由于承载机具尺寸不同，使用提升臂ND连线与水平方向夹角即提升臂提升角α_D间接反映升降量)可以反映出执行机构详细的函数关系。

本发明中，步骤4中，对第一液压油缸5-1和第二液压油缸5-2的伸缩量与插植部9的升降量可以建立如下模型：

式中，α_D为第一提升臂和第二提升臂上ND连线与水平方向的夹角，rad；x_L为第一液压油和第二液压油缸的活塞杆位移，mm；l_ACO为第一液压油缸和第二液压油缸的活塞杆完全缩回时的初始长度，mm；α_C为第一提升臂上和第二提升臂上NC连线与水平方向的夹角，rad；α_CDN为第一提升臂和第二提升臂上CD连线与ND连线的夹角，rad；β_AN为第一液压油缸和第二液压油缸下铰接点A与第一提升臂和第二提升臂轴心N连线与垂直方向的夹角，rad；l表示各标注点之间的长度，mm。

所以，为实现高速插秧机自动调平，并使插植部在插值过程保持水平作业，就必须对液压油缸伸缩量进行控制算法的设计。因为倾角传感器检测到的倾角变化对应不同的单片机输出电压，而单片机输出电压直接决定三位四通M型电磁换向阀门开度从而决定液压油缸的伸缩量大小，所以对控制器输入量——倾角传感器偏差量和控制器输出量——提升臂提升角α_D设计模糊控制算法。高速插秧机自动调平系统模糊控制器如图8所示。

优选的，步骤4中，调平算法采用模糊控制算法，包括：

步骤41：确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输入和输出；输入变量倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率的基本论域为{-33}，其模糊集合论域为{-3-2-10 1 2 3}，量化因子Ke Kec的大小意味着对倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率的不同加权程度，这里取Ke＝Kec＝1.2；倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率分为7个等级，模糊子集分别为{NB NM NS Z PS PM PB}，模糊子集中元素依次代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；输出控制量U的基本论域为{-4.5 4.5}，其模糊集合论域为{-4.5-3-1.5 0 1.5 3 4.5}；输出比例因子Ku的大小影响着高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输出，这里取比例因子Ku＝1/3；控制量分为7个等级，模糊子集分别为{NB NM NSZ PS PM PB}；由于输出有上调和下调之分，分别用正负号表示；论域中负数表示输出第一提升臂和第二提升臂提升角α_D下调，正数表示输出第一提升臂和第二提升臂提升角α_D上调；

步骤42：高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输入变量模糊化，建立输入输出变量隶属度函数；

步骤43：建立如下所示的高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则表，根据调平经验知识库(如图12所示)，得到高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则图(如图13所示)。

进一步的，步骤43中，为了保证控制的实时性，采用离线计算方式确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制表，输入模糊集合合成运算的and操作采用求交法，输入模糊集合合成运算的also操作采用求并法，模糊运算采用求交法，输出模糊合成采用最大—最小法，反模糊化采用重心法，最终求得输出量的模糊集合，

本发明中模糊控制算法设计原理：本发明是一种高速插秧机自动调平系统，通过两个倾角传感器测得提升臂倾角e和倾角变化率ec。控制器经过模糊化处理，形成对应于{-3 3}论域上的数值，通过调平经验知识库，形成模糊推理过程，建立起输入量e、ec与输出量u之间的隶属函数。采用离线计算方式确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制表，求得输出量的模糊集合。当控制量提升臂倾角e与倾角变化率ec均处于等级NS，即负大时，对应输出量u等级为NS，即负大。此时高速插秧机插植部一侧下降，且下降速率最快，则对应提升臂提升角α_D上调量最大；当控制量提升臂倾角e与倾角变化率ec均处于等级PS，即正大时，对应输出量u等级为PS，即正大。此时高速插秧机插植部一侧上升，且上升速率最快，则对应提升臂提升角α_D下调量最大。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速插秧机液压自动调平系统，其特征在于，包括检测装置、控制器、调平执行机构和动力系统，其中：

所述检测装置能够实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且能够将获得的倾角数据发送给所述控制器；

所述控制器能够实时接收所述检测装置采集到的倾角数据，对所述倾角数据进行程序算法处理，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对所述调平执行机构发送调整数据指令，控制所述调平执行机构达到水平状态，从而实现调平功能；

所述动力系统用于为所述调平执行机构提供动力源。

2.根据权利要求1所述的高速插秧机液压自动调平系统，其特征在于，所述调平执行机构包括第一提升臂、第二提升臂、第一液压油缸、第二液压油缸、第一提升杆、第二提升杆、第一下拉杆、第二下拉杆和上拉杆，其中：

所述第一提升臂和第二提升臂并排设置，其一端均铰接在高速插秧机安装板的上部，另一端分别与所述第一提升杆和第二提升杆的一端铰接连接，所述第一提升杆和第二提升杆的另一端分别铰接在所述第一下拉杆和第二下拉杆的中部，所述第一下拉杆和第二下拉杆的一端均铰接在高速插秧机安装板的下部，另一端均铰接在高速插秧机的插植部上；

所述第一液压油缸和第二液压油缸的一端均铰接在高速插秧机安装板的中下部，另一端分别铰接在所述第一提升臂和第二提升臂的中部，所述上拉杆的一端铰接在高速插秧机安装板的中上部，另一端与高速插秧机的秧苗滑盘采用轴套连接。

3.根据权利要求2所述的高速插秧机液压自动调平系统，其特征在于，所述第一下拉杆和第二下拉杆的中部分别设置有用于初始安装调节的第一长圆孔和第二长圆孔，所述第一提升杆和第二提升杆的末端分别铰接在所述第一长圆孔和第二长圆孔处。

4.根据权利要求2所述的高速插秧机液压自动调平系统，其特征在于，所述检测装置为倾角传感器，所述倾角传感器为一对，且分别设置在所述第一提升臂和第二提升臂的顶端，所述控制器为单片机。

5.根据权利要求2所述的高速插秧机液压自动调平系统，其特征在于，所述动力系统依次包括液压油箱、齿轮泵、三位四通M型电磁换向阀和双作用单杆活塞缸，其中：

所述齿轮泵的进油口与所述液压油箱之间设置有过滤器，所述齿轮泵的出油口与所述液压油箱之间设置有溢流阀；

所述齿轮泵的出油口经所述三位四通M型电磁换向阀连接用于驱动所述第一液压油缸和第二液压油缸的双作用单杆活塞缸。

6.权利要求2-5任一所述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，其特征在于，包括：

步骤1：系统程序进行初始化；

步骤2：所述检测装置实时检测高速插秧机插植部机具相对于水平面的倾角数据，并且迅速将获得的倾角数据发送给所述控制器；

步骤3：所述控制器将接收的倾角数据与设定值进行对比，判断是否需要对高速插秧机插植部机具进行调平，如果需要调平，则对所述调平执行机构发送调整数据指令；

步骤4：所述调平执行机构根据接收的调整数据指令按照调平算法完成对所述调平执行机构的三位四通M型电磁换向阀的控制；

步骤5：判断高速插秧机插植部机具是否满足水平要求，如果满足，则关闭所述三位四通M型电磁换向阀，调平结束，如果不满足，则执行所述步骤3。

7.根据权利要求6所述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，其特征在于，所述步骤4中：

所述三位四通M型电磁换向阀的开度决定所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量，从而改变所述第一提升臂和第二提升臂的高度，又由于所述插植部和秧苗滑盘均与所述调平执行机构连接，所以，所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量最终与所述插植部的高度相对应，因此，对所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量与所述插植部的升降量建模。

8.根据权利要求7所述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，其特征在于，所述步骤4中，对所述第一液压油缸和第二液压油缸的伸缩量与所述插植部的升降量建立如下模型：

式中，α_D为第一提升臂和第二提升臂上ND连线与水平方向的夹角，rad；x_L为第一液压油和第二液压油缸的活塞杆位移，mm；l_ACO为第一液压油缸和第二液压油缸的活塞杆完全缩回时的初始长度，mm；α_C为第一提升臂上和第二提升臂上NC连线与水平方向的夹角，rad；α_CDN为第一提升臂和第二提升臂上CD连线与ND连线的夹角，rad；β_AN为第一液压油缸和第二液压油缸下铰接点A与第一提升臂和第二提升臂轴心N连线与垂直方向的夹角，rad；l表示各标注点之间的长度，mm。

9.根据权利要求8所述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，其特征在于，所述步骤4中，所述调平算法采用模糊控制算法，包括：

步骤41：确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输入和输出；输入变量倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率的基本论域为{-3 3}，其模糊集合论域为{-3 -2 -10 1 2 3}，量化因子Ke Kec的大小意味着对倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率的不同加权程度，这里取Ke＝Kec＝1.2；倾角传感器偏离角和倾角传感器偏离角变化率分为7个等级，模糊子集分别为{NB NM NS Z PS PM PB}，模糊子集中元素依次代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；输出控制量U的基本论域为{-4.5 4.5}，其模糊集合论域为{-4.5 -3 -1.5 0 1.5 3 4.5}；输出比例因子Ku的大小影响着高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输出，这里取比例因子Ku＝1/3；控制量分为7个等级，模糊子集分别为{NB NMNS Z PS PM PB}；由于输出有上调和下调之分，分别用正负号表示；论域中负数表示输出第一提升臂和第二提升臂提升角α_D下调，正数表示输出第一提升臂和第二提升臂提升角α_D上调；

步骤42：高速插秧机自动调平系统模糊控制器的输入变量模糊化，建立输入输出变量隶属度函数；

步骤43：建立如下所示的高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则表，根据调平经验知识库，得到高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则图。

10.根据权利要求9所述的高速插秧机液压自动调平系统的工作方法，其特征在于，所述步骤43中，为了保证控制的实时性，采用离线计算方式确定高速插秧机自动调平系统模糊控制器控制规则表，输入模糊集合合成运算的and操作采用求交法，输入模糊集合合成运算的also操作采用求并法，模糊运算采用求交法，输出模糊合成采用最大—最小法，反模糊化采用重心法，最终求得输出量的模糊集合，