阅读说明：本技术 一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统与控制方法 (High-moisture-content corn harvesting roller rotating speed control system and control method ) 是由 迟瑞娟 朱晓龙 杜岳峰 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于农业自动化领域。具体地,涉及一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统与控制方法。控制系统包括CAN总线、测量变送装置、主控制器、液压执行机构、扶手箱总成和显示器。本发明采用CAN总线集成技术,基于CAN总线,集成玉米收获质量参数在线检测与传感信息处理、故障诊断系统,保证了控制系统信息传输的实时性和可靠性。通过电液比例阀无级调节,减轻了驾驶员的工作强度,提高了玉米收获机的操作性。多传感器融合调节,保证了滚筒转速调节的可靠性和科学性,使收获过程中的滚筒转速控制更加合理准确。(The invention belongs to the field of agricultural automation. In particular to a system and a method for controlling the rotating speed of a high-moisture-content corn harvesting roller. The control system comprises a CAN bus, a measuring and transmitting device, a main controller, a hydraulic actuating mechanism, a handrail box assembly and a display. The invention adopts CAN bus integration technology, integrates corn harvest quality parameter on-line detection and sensing information processing and fault diagnosis systems based on the CAN bus, and ensures the real-time performance and reliability of information transmission of a control system. Through the stepless regulation of the electro-hydraulic proportional valve, the working strength of a driver is reduced, and the operability of the corn harvester is improved. The multi-sensor fusion adjustment ensures the reliability and scientificity of the adjustment of the rotating speed of the roller, and the control of the rotating speed of the roller in the harvesting process is more reasonable and accurate.)

一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统与控制方法

技术领域

本发明属于农业自动化领域。具体地，涉及一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统与控制方法。

背景技术

玉米收获机为玉米收获的主要机械。玉米收获机主要分为摘穗机和籽粒直收机两大类。籽粒直收机改变了传统的先收获果穗，再晾晒脱粒的玉米收获过程，极大地减轻了劳动量，减少了果穗晾晒对场地的占用，提高了农业生产力和生产效率。国外已普遍实现玉米籽粒直收，而国内由于玉米收获期短，收获时籽粒含水率过高易造成极大的籽粒损伤和籽粒损失而受到严重的制约。脱粒过程中主要是脱粒滚筒将玉米籽粒从果穗上脱粒并分离的过程，因此对滚筒转速的控制尤其重要。目前国内对脱粒滚筒转速的控制主要是依据人工经验确定收获时的最优目标滚筒转速，并通过更换不同传动比的带轮实现对滚筒转速的控制。没有考虑玉米籽粒含水率对最优目标滚筒转速的影响，以及在收获过程中车速的变化会间接地影响滚筒转速的变化，并最终影响脱粒质量和收获质量。

发明内容

针对我国玉米收获机滚筒转速控制方法有待突破，控制因素单一的问题，本发明的目的是提供一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统与控制方法。

玉米籽粒收获分为摘穗、脱粒和清选三个过程，其中脱粒过程所造成的籽粒损伤和籽粒损失占整个收获过程的很大一部分，特别是对于高含水率玉米的收获，在脱粒过程中更易造成籽粒损伤和籽粒损失。因此，对于滚筒转速的控制显得尤为重要。而目前对于滚筒转速的控制都是在收获前根据人工经验设定收获的目标滚筒转速，并通过更换不同传动比的带轮实现对滚筒转速的控制。没有考虑玉米籽粒含水率对最优目标滚筒转速的影响，在收获过程中目标滚筒转速不随作物特性和收获质量的改变而改变，控制效果不能适应高含水率玉米的收获。因此，针对我国玉米收获机滚筒转速控制方法有待突破，控制因素单一的问题，本发明提出了一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统与控制方法，该控制系统可以在收获过程中实时检测籽粒破碎率和夹带损失率，并计算出最优目标滚筒转速，其滚筒转速的调节不但可以通过无极变速轮改变其传动比进行改变，而且可以通过对发动机后备功率的检测利用车速的改变进行调节，实现了在高含水率玉米收获过程中滚筒转速的多样化调节，提高玉米收获机的收获质量和收获效率。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统，包括CAN总线、测量变送装置9、主控制器10、液压执行机构11、扶手箱总成17和显示器7。

所述液压执行机构11包括作业速度控制电液比例阀12、作业速度控制变量泵13、作业速度控制液压马达14、开关电磁阀15、无级变速轮16；作业速度控制变量泵13分别与作业速度控制电液比例阀12和作业速度控制液压马达14连接，开关电磁阀15与无级变速轮16连接。

作业速度控制液压马达14与玉米收获机的变速箱19连接；所述作业速度控制电液比例阀12与主控制器10的脉冲信号输出端口连接；作业速度控制电液比例阀12根据主控制器10发送的电流信号改变作业速度控制变量泵13的流量，从而改变作业速度控制液压马达14的转速。

所述开关电磁阀15与主控制器10的脉冲信号输出端口连接；开关电磁阀15根据主控制器10发送的控制信号确定开关电磁阀15的开关时长控制无级变速轮16直径的增大和减小，从而实现滚筒转速的变化。

扶手箱总成17包括按键板5和操纵手柄6。

测量变送装置9包括夹带损失传感器1、车速传感器2、滚筒转速传感器3和籽粒破碎传感器4；夹带损失传感器1安装在玉米收获机尾筛后部的苞叶排出口18处；车速传感器2设置在变速箱19上；滚筒转速传感器3设置在滚筒21的旋转轴上；籽粒破碎率传感器4安装于粮仓内的输粮搅龙20末端。

其中，所述夹带损失传感器1、车速传感器2和滚筒转速传感器3均与主控制器10的脉冲输入端口连接通讯；所述籽粒破碎传感器4、按键板5、操纵手柄6、显示器7和发动机8均通过CAN总线与主控制器10的CAN通讯端口连接通讯。

所述系统包括6个CAN节点，分别为：主控制器10、显示器7、操纵手柄6、按键板5、籽粒破碎传感器4和发动机8。

所述主控制器10通过CAN总线获取发动机8的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件；主控制器10通过CAN总线获取按键板5和操作手柄6的操作指令，进行模式选择以及滚筒转速控制；主控制器10通过CAN总线获取籽粒破碎传感器4采集的籽粒破碎率信息；主控制器10通过脉冲输入端口获取夹带损失传感器1采集的夹带损失率信息、车速传感器2采集的车速信息和滚筒转速传感器3采集的滚筒21的转速信息；主控制器10将获取的信息发送至显示器7显示。

主控制器10安装在副驾驶座下。

主控制器扶手箱总成17和显示器7安装在驾驶室右侧。

一种高含水率玉米收获滚筒转速控制方法，包括：

S1、籽粒破碎和夹带损失控制

通过籽粒破碎传感器4和夹带损失传感器1采集到的籽粒破碎率和夹带损失率与系统预设的籽粒破碎率和夹带损失率对比，得到目标滚筒转速，并通过滚筒转速的调节使籽粒破碎率和夹带损失率产生变化；

S2、滚筒转速控

通过发动机转速降低量判断发动机是否还有后备功率，若发动机转速降低量未达到预定值，则判断无极变速轮16是否达到调节极限，若无级变速轮16未到调节极限，则通过调节无极变速轮16控制滚筒转速达到S1籽粒破碎和夹带损失控制得到的目标滚筒转速，过程中，滚筒转速传感器3实时采集滚筒转速信息并与S1籽粒破碎和夹带损失控制得到的目标滚筒转速对比；

S3、车速控制

在自动收获模式下，若检测到发动机转速降低量达到预定值，则判断为发动机后备功率不足，此时通过显示器7发出警报，或者无极变速轮16达到调节极限，均通过主控制器10计算得到目标车速，由主控制器10发出控制指令调节车速至目标车速，过程中，车速传感器2实时检测作业速度并与目标车速对比。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本控制系统具有手动控制和自动控制功能，能够根据用户的需求随时调整控制模式，操作方便灵活，工作可靠。

(2)本控制系统采用CAN总线集成技术，基于CAN总线，集成玉米收获质量参数在线检测与传感信息处理、故障诊断系统，保证了控制系统信息传输的实时性和可靠性。

(3)本发明保证了滚筒转速调节过程从目标值的确定到调节方式的选择全部根据作业状况实时调节，保证了滚筒调节的准确性和可靠性，提高了收获效率和收获质量。

(4)玉米收获机车速可通过电液比例阀无级调节，减轻了驾驶员的工作强度，提高了玉米收获机的操作性。

(5)多传感器融合调节，保证了滚筒转速调节的可靠性和科学性，使收获过程中的滚筒转速控制更加合理准确。

附图说明

图1为本发明的高含水率玉米收获滚筒转速控制系统的网络拓扑结构图；

图2为本发明的高含水率玉米收获滚筒转速控制系统的系统组成示意图；

图3为本发明的高含水率玉米收获滚筒转速控制系统的系统安装位置示意图；

图4为扶手箱总成17的结构示意图；

图5为本发明的高含水率玉米收获滚筒转速控制方法的控制流程图。

其中的附图标记为：

1夹带损失传感器 2车速传感器

3滚筒转速传感器 4籽粒破碎传感器

5按键板 6操纵手柄

7显示器 8发动机

9测量变送装置 10主控制器

11液压执行机构 12作业速度控制电液比例阀

13作业速度控制变量泵 14作业速度控制液压马达

15开关电磁阀 16无极变速轮

17扶手箱总成 18苞叶排出口

19变速箱 20输粮搅龙

21滚筒

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

玉米收获机包括驾驶室、发动机8、变速箱19、输粮搅龙20和滚筒21。

如图1所示，本发明的一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统，采用CAN总线进行数据的采集和传输，增加了数据传输的可靠性和安全性，CAN网络共设置6个节点，分别为：主控制器10、显示器7、操纵手柄6、按键板5、籽粒破碎传感器4和发动机8。

主控制器10用于完成玉米收获机启停、行走和转向等基本控制，滚筒转速、车速等自动控制。显示器7用于参数设置、数据存储以及显示作业参数、常规车电、故障诊断和报警等信息；操纵手柄6用于车速的手动调节；按键板5用于选择手动和自动模式选择、滚筒等工作部件的手动控制；籽粒破碎传感器4通过图像采集籽粒破碎信息，用于检测收获籽粒的籽粒破碎率；发动机8控制模块提供发动机转速信号，发动机工作状态信息，检测发动机故障并报警。

如图2和图3所示，一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统，包括CAN总线、测量变送装置9、主控制器10、液压执行机构11、扶手箱总成17和显示器7。

液压执行机构11包括作业速度控制电液比例阀12、作业速度控制变量泵13、作业速度控制液压马达14、开关电磁阀15、无级变速轮16；其中，作业速度控制变量泵13分别与作业速度控制电液比例阀12和作业速度控制液压马达14连接，开关电磁阀15与无级变速轮16连接。

作业速度控制液压马达14与玉米收获机的变速箱19连接，用于控制变速箱19的输出转速。所述作业速度控制电液比例阀12与主控制器10的脉冲信号输出端口连接；作业速度控制电液比例阀12根据主控制器10发送的电流信号改变作业速度控制变量泵13的流量从而改变作业速度控制液压马达14的转速，实现车速的控制。

所述开关电磁阀15与主控制器10的脉冲信号输出端口连接；开关电磁阀15根据主控制器10发送的控制信号确定开关电磁阀15的开关时长，从而控制无级变速轮16直径的增大和减小，从而实现滚筒转速的变化。

主控制器10安装在副驾驶座下；扶手箱总成17和显示器7安装在驾驶室右侧，方便驾驶员操作。如图4所示，扶手箱总成17包括按键板5和操纵手柄6。

测量变送装置9包括夹带损失传感器1、车速传感器2、滚筒转速传感器3和籽粒破碎传感器4。夹带损失传感器1安装在玉米收获机尾筛后部的苞叶排出口18处，用于采集玉米收获机当前夹带损失率信息；车速传感器2设置在变速箱19上，用于采集车速信息；滚筒转速传感器3设置在滚筒21的旋转轴上，用于采集滚筒21的转速；籽粒破碎率传感器4安装于粮仓内的输粮搅龙20末端，用于通过图像采集籽粒破碎信息，获取粮仓内籽粒破碎率。

其中，所述夹带损失传感器1、车速传感器2和滚筒转速传感器3均与主控制器10的脉冲输入端口连接通讯；所述籽粒破碎传感器4、按键板5、操纵手柄6、显示器7和发动机8均通过CAN总线与主控制器10的CAN通讯端口连接通讯。

所述主控制器10通过CAN总线获取发动机8的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件；主控制器10通过CAN总线获取按键板5和操纵手柄6的操作指令，进行模式选择以及滚筒转速控制；主控制器10通过CAN总线获取籽粒破碎传感器4采集的籽粒破碎率信息；主控制器10通过脉冲输入端口获取夹带损失传感器1采集的夹带损失率信息、车速传感器2采集的车速信息和滚筒转速传感器3采集的滚筒21的转速信息；主控制器10将获取的信息发送至显示器7显示。

本发明的一种高含水率玉米收获滚筒转速控制方法，包括：

S1、籽粒破碎和夹带损失控制

通过籽粒破碎传感器4和夹带损失传感器1采集到的籽粒破碎率和夹带损失率与系统预设的籽粒破碎率和夹带损失率作对比，得到目标滚筒转速，并通过滚筒转速的调节使籽粒破碎率和夹带损失率产生变化；

S2、滚筒转速控制

通过发动机转速降低量判断发动机是否还有后备功率，若发动机转速降低量未达到预定值，则判断无极变速轮16是否达到调节极限，若无级变速轮16未达到调节极限，则通过调节无极变速轮16控制滚筒转速达到S1籽粒破碎和夹带损失控制得到的目标滚筒转速，过程中，滚筒转速传感器3实时采集滚筒转速信息并于目标滚筒转速作对比；

S3、车速控制

在自动收获模式下，若检测到发动机转速降低量达到预定值，则判断为发动机后备功率不足，此时通过显示器7发出警报，或者无极变速轮16达到调节极限，均通过主控制器10计算得到目标车速，由主控制器10发出控制指令调节车速至目标车速，过程中，车速传感器2实时检测作业速度并与目标车速作对比。

如图5所示，本发明的工作过程如下：

本发明的一种高含水率玉米收获滚筒转速控制系统的主控制器10通过CAN总线获取发动机8的转速信息，判断当前发动机转速是否满足玉米收获作业条件；如果发动机转速达到预定值，通过按键板5进行手动或自动模式选择。其中手动模式下，控制系统可以直接通过按键板5调节无极变速轮16的直径，达到手动调节滚筒转速的目的。自动模式下，控制系统可以根据当前玉米作物的收获情况以及预设的籽粒破碎率和夹带损失率自动设置最佳目标滚筒转速，并使滚筒转速自动调节，实现滚筒转速在收获过程中的自适应调节。

上述目标滚筒转速确定后，滚筒转速传感器3实时采集滚筒转速信息并发送至主控制器10与目标滚筒转速值计算偏差，主控制器10判断发动机转速降低量是否达到预定值和无极变速轮是否达到调节极限，若二者都不满足则通过调节无极变速轮16的直径改变滚筒的转速，若二者任何一个条件满足，则主控制器10计算出目标车速，通过车速的改变调节滚筒转速。其中，若发动机掉转达到预定值则通过显示器7发出警报。

驾驶员可通过按键板5选择行车模式和作业模式，在作业模式下，可通过按键板5选择手动模式和自动模式。在自动控制过程中触碰按键板5或者操纵手柄6，控制系统将退出自动控制模式，回到手动控制。