CN111031785A - 控制农具相对于地面的高度的方法和系统 - Google Patents

控制农具相对于地面的高度的方法和系统 Download PDF

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Abstract

在一方面，一种用于自动控制农用作业车辆的机具相对于地面表面的高度的方法可以包括用一个或多个计算设备监测机具相对于地面表面的高度。该方法还可以包括用所述一个或多个计算设备通过比较机具的高度与预定目标高度来确定机具高度误差。该方法还可以包括用所述一个或多个计算设备基于提升至大于一的幂的机具高度误差来计算比例信号。该方法还可以包括用所述一个或多个计算设备基于比例信号来调整机具相对于地面表面的高度。

Description

控制农具相对于地面的高度的方法和系统
技术领域
本主题一般而言涉及用于农具的高度控制系统，并且更具体地，涉及用于控制农具相对于地面表面的高度的方法和系统。
背景技术
收割机是用于收割和加工农作物的农用机械。例如，草料收割机可以用于切割和粉碎青贮饲料农作物，诸如草和玉米。类似地，联合收割机可以用于收割谷物农作物，诸如小麦、燕麦、黑麦、大麦、玉米、大豆、亚麻或亚麻籽。一般而言，目标是在机器经过特定田地部分一次的过程中完成传统上不同的若干过程。就这一点而言，大多数收割机配备有可分离的收割机具，诸如割台，它从田地上割下并收集农作物，并将其馈入基础收割机以进行进一步处理。
传统地，大多数收割机的操作需要操作者的大量操作和控制。例如，关于联合收割机，通常要求操作者控制各种操作参数，诸如联合收割机的方向、联合收割机的速度、联合收割机的高度、通过联合收割机的清洁风扇的空气流量、收割机上存储的收割的农作物的量；等等。为了解决这些问题，许多当前的联合收割机利用自动割台高度和倾斜控制系统来维持地面上方恒定的切割高度，而不管相对于基础联合收割机的地面位置或地面轮廓如何。例如，已知利用电子控制的高度和倾斜缸来基于传感器测量结果自动调整割台相对于地面的高度和侧向定向或倾斜。但是，此类系统常常表现出显著的滞后和慢的响应时间，特别是在收割机以高的地面速度操作时。
因而，在该技术中，解决上面识别出的问题中的一个或多个问题的用于控制农具相对于地面的高度的改进方法和相关系统将受到欢迎。
发明内容
本发明的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以根据描述而清楚，或者可以通过实践本发明而获知。
在一方面，本主题涉及用于自动控制农用作业车辆的机具相对于地面表面的高度的方法。该方法可以包括用一个或多个计算设备监测机具相对于地面表面的高度。该方法还可以包括用一个或多个计算设备通过比较机具的高度与预定目标高度来确定机具高度误差。该方法还可以包括用一个或多个计算设备基于提升至大于一的幂的机具高度误差来计算比例信号。该方法还可以包括用一个或多个计算设备基于比例信号来调整机具相对于地面表面的高度。
另一方面，本主题涉及用于农用作业车辆的机具的高度控制系统。该控制系统可以包括：与农用作业车辆连接的机具；被配置为检测机具相对于地面表面的高度的机具高度传感器；以及通信地耦合到机具高度传感器的控制器。控制器可以包括处理器和相关联的存储器，并且存储器可以存储指令，指令在由处理器执行时将机具控制器配置为基于从机具高度传感器接收的信号来监测机具相对于地面表面的高度。控制器还可以被配置为通过比较机具的高度与预定目标高度来确定机具高度误差。控制器还可以被配置为基于提升至大于一的幂的机具高度误差来计算比例信号。控制器还可以被配置为基于比例信号来调整机具的高度。
在另一方面，本主题涉及用于自动控制农用收割机的割台相对于地面表面的高度的方法。该方法可以包括用一个或多个计算设备监测割台相对于地面表面的高度；以及用一个或多个计算设备通过比较割台的高度与预定目标高度来确定割台高度误差。该方法还可以包括用一个或多个计算设备基于提升至1.5和2.5之间的幂的割台高度误差来计算比例信号。该方法还可以包括用一个或多个计算设备基于比例信号来调整割台相对于地面表面的高度。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与本说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在本说明书中参考附图针对本领域普通技术人员阐述了本发明的完整而可行的公开内容，包括本发明的最佳模式，在附图中：
图1图示了根据本主题的各方面的农用车辆的一个实施例的简化的部分截面侧视图；
图2图示了根据本主题的各方面的用于农用收割机的液压系统的一个实施例的简化示意图；
图3图示了根据本主题的各方面的用于控制农具相对于地面的高度的系统的一个实施例的示意图；以及
图4图示了示出根据本主题的各方面的用于控制农具相对于地面的高度的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，在附图中图示了其一个或多个示例。通过解释本发明而不是限制本发明来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是本发明覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变化。
总体而言，本主题涉及用于控制与农用车辆相关联的机具的高度的控制系统。例如，比例-积分(“PI”)或比例-积分-微分(“PID”)控制系统可以用于监测和控制机具相对于地面表面的高度。根据本主题的各方面，当与标准PI或PID控制器相比时，比例信号可以包括非线性分量以改善响应性。例如，在若干实施例中，比例信号可以被提升至大于一的幂，诸如为二的幂。虽然将主要参考收割机来描述所公开的系统和方法，但是它们可以适用于具有将从改进的高度控制中受益的机具的任何合适的农用车辆。
现在参考附图，图1图示了作业车辆(收割机10)的一个实施例的简化的部分截面侧视图。收割机10可以被配置为轴流式联合收割机，其中，当其通过纵向布置的转子12前进并且沿着纵向转子12前进时，农作物物料被脱粒(thresh)和分离。收割机10可以包括底盘或主机架14，底盘或主机架14具有一对从动的、与地面啮合的前轮16和一对可转向的后轮18。车轮16、18可以被配置为相对于地面表面19支撑收割机10，并且使收割机10相对于地面表面19在向前移动方向21上移动。附加地，由机架14支撑具有驾驶室22的驾驶台20、脱粒和分离组件24、谷物清洁组件26和储罐28。此外，如一般所理解的，收割机10可以包括安装在机架14上的发动机和变速器。变速器可以可操作地耦合到发动机并且可以提供可变地调整的齿轮比，以经由驱动轴组件(或者如果采用多个驱动轴，则经由多个轴)将发动机动力传送至车轮16、18。
而且，如图1中所示，收割机具(例如，割台32)和相关联的馈送器34可以朝主机架14的前方延伸，并可以枢转地固定到主机架以进行大致垂直的移动。一般而言，馈送器34可以被配置为用作头部32的支撑结构。如图1中所示，馈送器34可以在耦合到割台32的前端36和定位成与脱粒和分离组件24相邻的后端38之间延伸。如一般所理解的，馈送器34的后端38可以枢转地耦合到收割机10的一部分，以允许馈送器34的前端36以及因此允许割台32相对于地面19向上和向下移动，以设置割台32的期望的收割或切割高度。
当收割机10在具有直立的农作物的田地上向前推进时，通过位于割台32前部的镰刀杆42将农作物物料从残株割下，并通过割台螺旋钻44输送至馈送器34的前端36，馈送器34将切割的农作物供应给脱粒和分离组件24。如一般所理解的，脱粒和分离组件24可以包括圆柱形腔室46，转子12在该圆柱形腔室46中旋转以使容纳在其中的农作物脱粒并分离。即，农作物在转子12和腔室46的内表面之间被摩擦和搅打，从而使谷粒、种子等松散并与秸秆分离。
已通过脱粒和分离组件24被分离的农作物物料落到一系列盘48和相关联的筛50上，分离出的农作物物料经由盘48和/或筛50的振动而散布开来并且最终通过筛50中限定的孔掉落。此外，清洁风扇52可以被定位成与筛50中的一个或多个相邻，以提供穿过筛50的气流，该气流从农作物物料中去除谷壳和其它杂质。例如，风扇52可以将农作物物料中的杂质吹走，以使其通过位于收割机10后端的秸秆罩54的出口从收割机10排出。
经过筛50的清洁的农作物物料随后会落入螺旋钻56的料斗中，该料斗可以被配置为将农作物物料传送到升降机58，以输送到相关联的储罐28。此外，可以使用储罐28底部的一对储罐螺旋钻60将清洁的农作物物料从侧面推向卸料管62以从收割机10排出。
而且，在若干实施例中，收割机10还可以包括液压系统100，该液压系统100被配置为调整割台32相对于地面19的高度，以便维持割台32与地面19之间的期望切割高度。液压系统100可以包括高度控制缸101，该高度控制缸101被配置为调整割台32相对于地面的高度。例如，在一些实施例中，高度控制缸101可以耦合在馈送器34和机架14之间，使得第二高度控制缸101可以使馈送器34枢转以使割台32相对于地面19升高。在一些实施例中，液压系统100可以包括第一倾斜缸102和第二倾斜缸104，其耦合在割台32和馈送器34之间，以允许割台32相对于地面19倾斜或者相对于馈送器34侧向地或一侧到另一侧地枢转。
现在参考图2，根据本主题的各方面图示了以上参考图1描述的液压系统100的一个实施例的简化示意图。如图所示，割台32可以在第一侧向端106和第二侧向端108之间大体上从一侧到另一侧地或沿着长度方向(在图2中由箭头105指示)延伸。此外，割台32可以在其第一侧向端106和第二侧向端108之间的位置处耦合到馈送器34，以允许割台32相对于馈送器34侧向倾斜(例如，如图2中的箭头112、114所指示的)。例如，割台32可以大致在割台32的中心110处耦合到馈送器34。高度控制缸101可以被配置为相对于收割机的机架14升高和降低馈送器34的端部(例如，如箭头115所指示的)。侧向倾斜缸102、104可以被配置为相对于地面19侧向倾斜割台32(例如，如箭头112、114所指示的)。在一些实施例中，倾斜缸102、104还可以被配置为相对于馈送器34升高和降低割台32(例如，如箭头113所指示的)。
如上面所指示的，液压系统100可以包括高度控制缸101和一个或多个倾斜缸102、104。例如，如所示的实施例中所示，第一倾斜缸102可以沿着割台32和馈送器34之间的连接的一个侧面耦合在割台32和馈送器34之间，并且第二倾斜缸104可以沿着割台32和馈送器34之间的连接的相对的侧面耦合在割台32和馈送器34之间。一般而言，可以控制高度控制缸101和倾斜缸102、104的操作(例如，经由相关联的控制器)，以调整割台32相对于地面19的高度和角度。例如，可以在割台32上提供一个或多个高度传感器116、118、119，以监测割台32和地面19之间的限定的一个或多个相应的局部距离或高度120。具体而言，如图2中所示，可以在割台32的第一侧向端106处或附近提供第一高度传感器116，并且可以在割台32的第二侧向端108处或附近提供第二高度传感器118。在一些实施例中，可以在割台32的中心110处或附近提供第三高度传感器119。在这种实施例中，当高度传感器116、118、119之一检测到割台32和地面19之间的限定的局部高度120不同于期望的高度(或落在期望的高度范围之外)时，高度控制缸101和/或倾斜缸102、104可以被主动控制，以便调整割台33的高度和/或倾斜从而将割台32相对于地面19维持在期望的高度(或在期望的高度范围内)。在一些实施例中，期望的高度可以是由高度传感器116、118、119中的一个或多个测得的局部高度120的平均值、加权平均值或其它合适的数学组合。
现在参考图3，提供了根据本主题的各方面的控制系统200的一个实施例的示意图，该控制系统200用于自动控制农具(诸如上述收割机10的割台32)相对于地面19的高度。总体而言，本文将参考图1中所示的收割机10和割台32来描述控制系统200。但是，应当认识到的是，所公开的控制系统200可以被实现为控制与具有任何其它合适的构造的作业车辆相关联的任何合适的农具的高度。
如图所示，控制系统200一般可以包括控制器202，控制器202安装在收割机10上和/或以其他方式与收割机10可操作地相关联地提供。一般而言，所公开的系统200的控制器202可以与任何合适的基于处理器的(一个或多个)设备(诸如计算设备或计算设备的任何组合)对应。因此，在若干实施例中，控制器202可以包括被配置为执行各种计算机实现的功能的一个或多个处理器206和相关联的(一个或多个)存储器设备208。如本文所使用的，术语“处理器”不仅是指本领域中包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。此外，控制器202的(一个或多个)存储器设备208一般可以包括(一个或多个)存储器元件，该存储器元件包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。(一个或多个)此类存储器设备208一般可以被配置为存储合适的计算机可读指令，该指令在由(一个或多个)处理器206实现时将控制器202配置为执行各种计算机实现的功能，诸如下面参考图4描述的用于控制机具的高度的方法300的一个或多个方面。
此外，控制器202还可以包括各种其它合适的部件(诸如通信电路或模块、网络接口、一个或多个输入/输出通道、数据/控制总线等)，以允许控制器202与本文描述的各种其它系统部件中的任何一个通信耦合。在一些实施例中，控制器202可以被配置为监测和/或控制收割机10的发动机210和变速器212。
仍然参考图3，控制器202一般可以被配置为控制收割机10的一个或多个部件的操作。例如，在若干实施例中，控制器202可以被配置为控制用于调节割台32相对于地面19的高度的一个或多个部件的操作。例如，控制器202可以通信耦合到一个或多个控制阀218，控制阀218被配置为调节流体(例如，液压流体或空气)向一个或多个对应的致动器220的供应。在一些实施例中，致动器220可以和高度控制缸101、第一倾斜缸102和/或第二倾斜缸104对应，并且(一个或多个)控制阀218可以和与(一个或多个)缸101、102、104相关联的一个或多个阀对应。
而且，如图示的实施例中所示，车辆控制器202可以通信耦合到作业车辆10的用户界面222。一般而言，用户界面222可以与被配置为允许操作者向车辆控制器202提供操作者输入的任何合适的(一个或多个)输入设备(诸如位于作业车辆10的驾驶室22内的触摸屏显示器、键盘、操纵杆、按钮、旋钮、开关和/或其组合)对应。操作者可以经由用户界面222向系统200提供各种输入。在一个实施例中，合适的操作者输入可以包括但不限于机具的目标高度、指示合适的目标割台高度的农作物类型和/或特点和/或与控制机具的高度相关联的任何其它参数。
此外，控制器202还可以通信耦合到与割台32相关联的各种传感器。例如，如图3中所示，播种机控制器104可以耦合到一个或多个割台高度传感器224，割台高度传感器224被配置为监测割台32相对于地面19的高度。在一个实施例中，(一个或多个)割台高度传感器224可以与一个或多个高度传感器116、118、119中的一个或多个对应，高度传感器116、118、119被配置为监测割台32和地面19之间的限定的(一个或多个)局部距离或(一个或多个)高度120。
图4图示了根据本主题的各方面的用于自动控制农用作业车辆的机具相对于地面表面的高度的方法300的一个实施例的流程图。虽然为了说明和讨论的目的，图4描绘了以特定次序执行的步骤，但是本文讨论的方法不限于任何特定次序或布置。使用本文提供的公开内容的本领域技术人员将认识到的是，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或调整本文公开的方法的各个步骤，而不背离本公开的范围。而且，本文中可以参考图1所示的收割机10和割台32来描述方法300。但是，应当认识到的是，所公开的方法300可以被实现为控制与具有任何其它合适构造的作业车辆相关联的任何合适的农具的高度。
参考图4，方法300可以包括在(302)处监测机具相对于地面表面的高度。例如，控制器可以从(一个或多个)割台高度传感器224(例如高度传感器116、118、119，被配置为监测割台32和地面19之间的限定的(一个或多个)局部距离或(一个或多个)高度120)接收信号。控制器202可以被配置为从高度传感器接收信号并将信号转换成测量结果。
方法300可以包括在(304)处通过将机具的高度与预定目标高度进行比较来确定机具高度误差。例如，控制器202可以从监测的高度减去预定目标高度，以确定机具高度误差。因此，当监测的高度超过预定目标高度时，机具高度误差可以为正，而当预定目标高度超过监测的高度时，机具高度误差可以为负。
在一些实施例中，预定目标高度可以基于割台32的具体型号和/或可以由操作者通过用户界面222输入。例如，如上面所指示的，操作者可以直接输入期望的目标高度或可以输入农作物信息或特点，诸如农作物的类型、状况、高度、密度等，控制器可以使用用户界面222从中选择适当的目标高度。
方法300可以包括在(306)处基于提升至大于一的幂的机具高度误差来计算比例信号。例如，在一个实施例中，比例信号可以如下表达，其中Kp表示与比例信号相关联的恒定增益，e(t)表示机具高度误差随时间的变化，并且n是无量纲数，在一些实施例中n可以大于一：
u(t)＝Kpe(t) (1)
在其它实施例中，总输出信号u(t)除了比例信号之外还可以具有其它分量。例如，在其它实施例中，输出信号u(t)的附加分量可以包括微分输出信号和/或积分输出信号。例如，控制器可以被配置为基于机具高度误差相对于时间的积分来计算积分输出信号。而且，在一些实施例中，控制器可以被配置为基于机具高度误差相对于时间的微分来计算微分输出信号。
例如，在一个实施例中，控制器可以被配置为经修改的PI控制器，并且在另一个实施例中，控制器可以被配置为经修改的PID控制器。下式示出了根据本公开的各方面的经修改的PID控制器的输出信号u(t)，其中e(t)表示作为时间t的函数的机具高度误差。Kp、Ki和Kd分别表示比例、积分和微分信号分量中的每一个的恒定增益；并且n是大于1的维数：
Figure BDA0002382035580000101
如上式所示，比例信号可以基于机具高度误差u(t)而提升至幂n。在一些实施例中，幂n可以大于一。例如，在一个实施例中，幂n可以等于二，使得机具高度误差e(t)被平方。在其它实施例中，n可以是大于一的任何合适的数字。例如，在一些实施例中，n可以在1.5和2.5之间。在其它实施例中，幂n可以例如在1和10之间。但是，幂n可以是任何合适的数字。例如，在一些实施例中，幂n可以在0和1之间。在其它实施例中，幂n可以为负。
可以选择或优化幂n，使得系统200总体根据期望作出响应。例如，可以使用经验测试和/或理论建模来选择幂n。在一些实施例中，控制器202还可以被配置为将附加的功能和/或操作应用于比例和/或输出信号，如下面更详细地解释的。
再次参考图4，方法300可以包括在(308)处基于比例信号来调整机具相对于地面表面的高度。例如，在一些实施例中，控制器202可以使用(一个或多个)致动器220(诸如高度控制缸101和/或倾斜缸102、104)中的一个或多个来调整(一个或多个)控制阀218中的一个或多个以相对于地面19升高和降低割台32。
与线性比例信号相比，上述非线性比例信号响应可以提供各种好处。例如，对于低机具高度误差值，非线性响应可以减少控制器202的总输出。当机具高度接近预定目标高度时(即，对于低机具高度误差值)，这种非线性响应可以导致较少的移动。此外，对于大机具高度误差值，非线性响应可以增大控制器202的总输出。因此，控制器202可以更适合于响应于较大和较小机具高度误差两者。
例如，在一些实施例中，控制器202可以比标准PI或PID控制器更快地校正大机具高度误差。类似地，与标准PI或PID控制器相比，控制器202自然可以针对小机具高度误差值产生更小、更适当的响应，从而减少了对机具高度的不必要调整。例如，这可以减少被配置为升高和降低机具的(一个或多个)致动器220(诸如被配置为升高和降低收割机10的割台32的高度控制致动器101和/或倾斜控制致动器102、104)的不必要磨损。
在一些实施例中，方法300可以包括基于机具高度误差来计算比例信号增益。例如，比例信号增益Kp(t)可以是时间的函数。例如，比例信号增益可以随机具高度误差而变化，该误差可以随时间变化。在一些实施例中，比例信号增益可以是机具高度误差和常数的乘积。例如，在下式中，比例信号增益Kp(t)是机具高度误差e(t)的绝对值与常数K0的乘积：
Kp(t)＝K0·|e(t)| (3)
然后，根据本公开的各方面的控制器202的一个实施例的总输出信号u(t)可以如下表达：
Figure BDA0002382035580000121
上式类似于上面的式(2)，其中n＝2(即，误差被平方)，只是在式(4)中保留了误差信号的符号。使用下式可以将式(4)更一般地表达为针对n的任何值来表征式(2)同时还保留误差信号的符号，其中m是无量纲数：
Figure BDA0002382035580000122
当m＝n-1时，式(5)类似于式(2)。
虽然在PI和PID控制器的背景下进行了解释，但是应当认识到的是，本公开不限于包括积分或微分信号的控制系统。例如，在一个实施例中，控制器202可以不利用积分信号或微分信号。在其它实施例中，控制器202可以结合各种归一化和/或饱和函数来计算多个比例信号，如下文更详细地解释的。
在一些实施例中，各种归一化和饱和函数可以应用于各种信号分量和/或总输出信号。在一些实施例中，控制器202可以被配置为对比例信号和/或相关联的比例信号增益进行归一化。例如，控制器202可以被配置为通过将比例信号增益除以预定高度误差阈值来对比例信号增益进行归一化。例如，在一些实施例中，可以根据下式来计算比例信号增益Kp(t)，其中e(t)表示机具高度误差，K0表示恒定增益，并且e0表示预定高度误差阈值。
Figure BDA0002382035580000123
在一些实施例中，恒定增益K0可以等于一，使得等于预定高度误差阈值e0的机具高度误差值会导致比例信号增益Kp(t)等于一。对于这种机具高度误差值，比例信号增益既不增加也不减小总输出的比例信号分量。在这个实施例中，当机具高度误差e(t)大于预定高度误差阈值e0时，比例信号增益Kp(t)可以大于一。对于大机具高度误差值，这会导致比标准PI或PID控制器更快的响应。此外，当机具高度误差e(t)小于预定高度误差阈值e0时，比例信号增益Kp(t)可以小于一。与标准PI或PID控制器相比，对于较小的机具高度误差值，这会导致更小、更适当的响应。而且，在一些实施例中，可以使用经验分析和/或理论分析来选择预定高度误差阈值e0以优化系统200的性能。
在一些实施例中，预定高度误差阈值可以基于预定目标高度。例如，预定高度误差阈值可以是预定目标高度的预定百分比，诸如5％。在其它实施例中，预定高度误差阈值可以基于各种农作物特点、地面不平坦度测量结果和/或收割机10的各种接合件、控制阀218和/或(一个或多个)致动器220的设计考虑。例如，预定高度误差阈值可以基于农作物长度的可接受的变化，其可以基于正在收获的农作物的类型。在一些实施例中，预定高度误差阈值可以基于馈送器34与割台32之间和/或馈送器34与收割机10的机架14之间的连接的公差。例如，可以选择预定高度误差阈值使得对于低机具高度误差最小化总输出信号，以防止对割台高度的不必要的调整，使得防止致动器220的不必要磨损。在一些实施例中，可以选择预定高度误差阈值以适应支撑机具的结构中的自然挠曲和/或支撑结构中的各个接合件之间的倾斜。例如，当收割机10在不平坦的地面上行驶时，馈送器34和/或割台32可挠曲，使得割台32上下移动。类似地，在割台32和/或馈送器34的接合件中可存在一定的倾斜。
在一些实施例中，控制器202可以被配置为应用饱和函数，使得比例信号、比例信号增益和/或总输出信号不超过相应的预定最大增益。例如，比例信号增益可以具有第一预定最大增益，并且总输出信号可以具有第二预定最大增益。这可以防止机具的过快移动。例如，这可以防止控制器202对收割机10、割台32、馈送器34、致动器220和/或相关联的阀218造成损坏和/或过度磨损。类似地，过大的信号增益会导致控制系统200不稳定，诸如增加绕预定目标高度的振荡。在一些实施例中，可以根据经验或理论确定(一个或多个)预定最大增益以防止不稳定。在一些实施例中，预定最大增益可以基于机具的最大安全速度和/或相关联的致动器220的最大安全速度或负载。例如，在一些实施例中，(一个或多个)预定最大增益可以基于与高度控制缸101和/或倾斜缸102、104相关联的最大速度和/或最大负载。
在一些实施例中，控制器202可以被配置为将一个或多个不连续函数应用于总输出信号、比例信号或比例信号增益中的至少一个。当机具高度误差小于相应的预定阈值误差或在相应的预定阈值误差范围内时，这种不连续函数的输出可以等于相应的预定常数。在一些实施例中，这可以有效地创建“死区”，在该死区中，总输出信号、比例信号或比例信号增益中的至少一个等于一。例如，对于“死区”内的机具高度误差值，为比例信号增益创建死区可以使控制器202像标准PI或PID控制器那样工作。但是，在这种实施例中，当机具高度误差大于预定阈值误差或在预定阈值误差范围之外时，控制器202仍然可以比标准PI或PID更快地响应。类似地，为比例信号创建“死区”可以减少当机具高度误差在“死区”之内时对机具高度的调整。最后，为总输出信号创建“死区”可以消除当机具高度误差在相应的预定阈值误差范围“死区”内时对机具高度的调整。
在一些实施例中，控制器202可以被配置为与上述归一化和/或饱和函数中的一个或多个结合使用多个比例信号分量。例如，在一个实施例中，第一比例信号分量可以具有第一幂m和第一常数K0，第二比例信号分量可以具有第二幂n和第二常数K1，如下式所示：
u(t)＝K0|e(t)|me(t)+K1|e(t)|ne(t) (7)
在一些实施例中，可以将第一不连续函数和/或第一饱和函数应用于第一比例信号分量或相关联的比例信号增益。类似地，在一个实施例中，第二不连续函数和/或第二饱和函数可以应用于第二比例信号分量或相关联的比例信号增益。这些实施例可以允许系统200的更大定制和/或适应性。例如，在一些实施例中，第一不连续函数可以提供范围小于第二“死区”的第一“死区”。
在一些实施例中，控制器可以被配置为调整机具相对于地面的角度以考虑地面不平整。例如，控制器可以被配置为基于来自(一个或多个)高度传感器116、118、119的输入来调整割台的高度。如上面所指示的，在一些实施例中，倾斜缸可以能够调整收割机10的割台32的高度。例如，控制器202可以被配置为使用高度控制缸101来调整在割台32的中心110处测得的局部高度120。此外，在一些实施例中，控制器202可以被配置为使用倾斜缸102、104在割台32的每个端部106、108处调整割台32的局部高度120。此外，在一些实施例中，控制器202可以被配置为使用本文描述的任何合适的技术或技术的组合来对割台32的每个局部高度120执行离散的或链接的控制环。
本书面说明书使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果其它示例包括与权利要求书的字面语言没有不同的结构元件，或者如果其包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等同结构元件，那么这些其它示例意图在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于自动控制农用作业车辆的机具相对于地面表面的高度的方法，所述方法包括：
用一个或多个计算设备监测机具相对于地面表面的高度；
用所述一个或多个计算设备通过比较机具的高度与预定目标高度来确定机具高度误差；
用所述一个或多个计算设备基于提升至大于一的幂的机具高度误差来计算比例信号；以及
用所述一个或多个计算设备基于比例信号来调整机具相对于地面表面的高度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括基于机具高度误差来计算比例信号增益，所述比例信号增益随机具高度误差而变化，并且其中比例信号基于机具高度误差和比例信号增益的乘积。
3.如权利要求2所述的方法，其中计算比例信号增益包括基于预定目标高度对比例信号增益进行归一化。
4.如权利要求2所述的方法，其中计算比例信号增益包括应用饱和函数，使得比例信号增益不超过预定最大增益。
5.如权利要求2所述的方法，其中计算比例信号增益包括应用不连续函数，使得当机具高度误差小于预定阈值误差时，比例信号增益等于一。
6.如权利要求1所述的方法，其中计算比例信号包括应用不连续函数，使得当机具高度误差小于预定阈值误差时，比例信号等于一。
7.如权利要求1所述的方法，还包括基于机具高度误差相对于时间的积分来计算积分输出信号，并且其中调整机具的高度包括进一步基于所述积分输出信号来调整机具的高度。
8.如权利要求1所述的方法，还包括基于机具高度误差相对于时间的微分来计算微分输出信号，并且其中调整机具的高度包括进一步基于所述微分输出信号来调整机具的高度。
9.如权利要求1所述的方法，其中计算比例信号包括对机具高度误差进行平方。
10.如权利要求1所述的方法，其中调整机具的高度包括控制与致动器流体耦合的阀，所述致动器被配置为升高和降低机具。
11.一种用于农用作业车辆的机具的高度控制系统，所述控制系统包括：
与农用作业车辆连接的机具；
机具高度传感器，被配置为检测机具相对于地面表面的高度；
通信地耦合到机具高度传感器的控制器，所述控制器包括处理器和相关联的存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由处理器执行时将机具控制器配置为：
基于从机具高度传感器接收的信号来监测机具相对于地面表面的高度；
通过比较机具的高度与预定目标高度来确定机具高度误差；
基于提升至大于一的幂的机具高度误差来计算比例信号；以及
基于比例信号来调整机具的高度。
12.如权利要求1所述的高度控制系统，其中控制器被配置为基于机具高度误差来计算比例信号增益，所述比例信号增益随着机具高度误差而变化，并且其中比例信号是机具高度误差和比例信号增益的乘积。
13.如权利要求1所述的高度控制系统，还包括被配置为相对于地面表面升高和降低机具的致动器，以及与致动器流体耦合的控制阀，并且其中控制器被配置为使用控制阀来控制流体向致动器的流动，以调整机具相对于地面表面的高度。
14.如权利要求1所述的高度控制系统，其中控制器被配置为基于机具高度误差来计算比例信号增益，所述比例信号增益随着机具高度误差而变化，并且其中比例信号基于机具高度误差和比例信号增益的乘积。
15.如权利要求1所述的高度控制系统，其中控制器被配置为基于预定高度误差阈值来对所述比例信号增益进行归一化。
16.如权利要求1所述的高度控制系统，其中控制器被配置为应用饱和函数，使得所述比例信号增益不超过预定最大增益。
17.如权利要求1所述的高度控制系统，其中控制器被配置为基于机具高度误差相对于时间的积分来计算积分输出信号，并且其中调整机具的高度包括进一步基于所述积分输出信号来调整机具的高度。
18.如权利要求1所述的高度控制系统，其中控制器被配置为通过对机具高度误差进行平方来计算比例信号。
19.如权利要求1所述的高度控制系统，其中述农用作业车辆是收割机，并且机具是割台。
20.一种用于自动控制农用收割机的割台相对于地面表面的高度的方法，所述方法包括：
用一个或多个计算设备监测割台相对于地面表面的高度；
用所述一个或多个计算设备通过比较割台的高度与预定目标高度来确定割台高度误差；
用所述一个或多个计算设备基于提升至1.5和2.5之间的幂的割台高度误差来计算比例信号；以及
用所述一个或多个计算设备基于比例信号来调整割台相对于地面表面的高度。
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