基于關(guān)聯(lián)規(guī)則聯(lián)合收獲機全論域作業(yè)速度自適應控制系統(tǒng).pdf

1、聯(lián)合收獲機在田間收獲作業(yè)時，田間作物密度、作物含水率、甚至地形的變化都會影響其喂入量的變化，而喂入量的變化會造成割臺螺旋輸送器、輸送槽和脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，其中脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速變化又將直接影響脫粒滾筒的工作性能。因此，割臺螺旋輸送器、輸送槽、脫粒滾筒的轉(zhuǎn)速、前進速度與喂入量、谷物收獲損失率之間就存在著某種關(guān)聯(lián)性。分析聯(lián)合收獲機多源作業(yè)信息之間的關(guān)聯(lián)性，開展基于關(guān)聯(lián)規(guī)則聯(lián)合收獲機全論域作業(yè)速度自適應控制系統(tǒng)研究，對探索聯(lián)合收獲機作業(yè)速度

2、自適應控制規(guī)律以及尋找新的智能控制算法，都具有重要的現(xiàn)實意義和科學研究價值。本文結(jié)合國家“863”計劃和江蘇省科技支撐計劃等項目，綜合運用模型分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、動力學分析與建模、計算機仿真、嵌入式技術(shù)等技術(shù)與理論，開展基于關(guān)聯(lián)規(guī)則聯(lián)合收獲機全論域作業(yè)速度自適應控制系統(tǒng)研究，主要工作包括：
　　1、在聯(lián)合收獲機作業(yè)系統(tǒng)模型分析和作業(yè)參數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的基礎上，提取作業(yè)參數(shù)與喂入量、損失率之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，獲取各作業(yè)參數(shù)影響喂入

3、量和損失率有價值的關(guān)聯(lián)知識。通過分析聯(lián)合收獲機作業(yè)系統(tǒng)各主要工作部件的數(shù)學模型可知，聯(lián)合收獲機主要作業(yè)參數(shù)（割臺螺旋輸送器轉(zhuǎn)速、輸送槽轉(zhuǎn)速、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、前進速度）與喂入量、損失率之間存在著某種關(guān)聯(lián)性；依據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘技術(shù)，對聯(lián)合收獲機作業(yè)參數(shù)數(shù)據(jù)樣本進行關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘，獲取脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、割臺螺旋輸送器轉(zhuǎn)速、輸送槽轉(zhuǎn)速等作業(yè)參數(shù)對喂入量和損失率有影響的關(guān)聯(lián)規(guī)則知識，并根據(jù)知識的重要性和置信度，采用歸一化的方法評估各作業(yè)參數(shù)與聯(lián)合收獲機

4、的喂入量和損失率之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則權(quán)重因子?？紤]到所得數(shù)據(jù)的不完整性，權(quán)衡各作業(yè)參數(shù)與喂入量、損失率之間的關(guān)聯(lián)程度，設置脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、割臺螺旋輸送器轉(zhuǎn)速、輸送槽轉(zhuǎn)速參數(shù)的權(quán)值區(qū)間為[0.40.6]、[0.30.5]和[00.3]。
　　2、建立了聯(lián)合收獲機脫粒系統(tǒng)動力學模型，并以此為基礎構(gòu)建了作業(yè)速度普通控制系統(tǒng)仿真模型，再融合作業(yè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)知識構(gòu)建了基于關(guān)聯(lián)規(guī)則作業(yè)速度控制模型。針對已有滾筒功耗模型沒有考慮其他工作部件的運動對滾筒轉(zhuǎn)

5、速變化造成影響的這一問題，以XG610型聯(lián)合收獲機為研究對象，通過運動機構(gòu)的動力學分析，建立了脫粒系統(tǒng)動力學理論模型；構(gòu)建了聯(lián)合收獲機作業(yè)速度普通控制模型，并進行仿真分析。從普通控制模型的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、前進速度仿真曲線變化趨勢可以看出，聯(lián)合收獲機在喂入量出現(xiàn)較大變化時，控制系統(tǒng)能夠?qū)γ摿L筒轉(zhuǎn)速、前進速度做出有效的調(diào)控，滾筒轉(zhuǎn)速變化沒有超出允許變化范圍，說明建立脫粒系統(tǒng)動力學模型是合理可行的；同時在普通控制模型基礎上，融合作業(yè)參數(shù)的關(guān)聯(lián)

6、知識構(gòu)建了基于關(guān)聯(lián)規(guī)則作業(yè)速度控制模型，并與普通控制模型進行仿真對比。對比結(jié)果顯示在總體收獲性能基本相同的情況下，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則作業(yè)速度控制模型的整體控制性能要好于普通控制模型，前者前進速度的最大相對變化幅度要比后者減小了1.50％，穩(wěn)態(tài)相對變化幅度比后者減小了0.70%，系統(tǒng)調(diào)整時間也由后者約16s縮短成約11s，系統(tǒng)整體穩(wěn)定性好于普通控制模型。
　　3、建立了基于關(guān)聯(lián)規(guī)則聯(lián)合收獲機全論域作業(yè)速度自適應控制模型，并與基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的

7、控制模型和普通控制模型進行仿真對比。在基于關(guān)聯(lián)規(guī)則聯(lián)合收獲機作業(yè)速度控制模型的基礎上，從全論域角度出發(fā)內(nèi)建立了一種基于關(guān)聯(lián)規(guī)則作業(yè)速度自適應控制仿真模型；設計了全論域可調(diào)因子模糊控制器，建立了可調(diào)因子模糊整定規(guī)則，并對三種控制模型進行仿真對比。仿真顯示在喂入量增加約15%時，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的全論域作業(yè)速度自適應控制模型能夠滿足對作業(yè)速度的調(diào)控要求，脫粒滾筒轉(zhuǎn)速相對額定值最大相對變化幅度約為5.48%，穩(wěn)態(tài)時滾筒轉(zhuǎn)速相對變化幅度約為2.62

8、%；前進速度相對設定值最大相對變化幅度約為9.00%，穩(wěn)態(tài)時相對變化幅度約為7.80%；系統(tǒng)調(diào)整時間大約為8s。喂入量和單位損失率穩(wěn)態(tài)時大小分別為3.88kg/s和0.55%/（kg/s）。對比結(jié)果顯示，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則聯(lián)合收獲機全論域作業(yè)速度自適應控制模型不僅在控制性能方面優(yōu)于基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的控制模型和普通控制模型，而且在總體收獲性能方面也好于基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的控制模型和普通控制模型。
　　4、對聯(lián)合收獲機作業(yè)速度控制的硬件系統(tǒng)組成和軟件

9、系統(tǒng)開發(fā)進行研究，并對控制系統(tǒng)進行室內(nèi)測試。硬件系統(tǒng)主要由ARM9系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速信號采集模塊、液晶觸摸顯示屏和聯(lián)合收獲機作業(yè)速度自動調(diào)控裝置等部分組成，同時系統(tǒng)預留了視頻監(jiān)測模塊和GPS信號采集模塊的接口；開發(fā)外接硬件設備驅(qū)動程序和作業(yè)速度控制系統(tǒng)應用軟件，應用軟件共分為五個部分：系統(tǒng)主界面、參數(shù)設定界面、作業(yè)速度監(jiān)測與智能控制界面、視頻監(jiān)測界面和GPS定位信息監(jiān)測界面。在聯(lián)合收獲機室內(nèi)模擬調(diào)速裝置上對系統(tǒng)進行了測試。測試結(jié)果顯示，系統(tǒng)對監(jiān)

10、測的數(shù)據(jù)實時穩(wěn)定，當分別采用普通控制算法、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則控制算法和基于關(guān)聯(lián)規(guī)則全論域自適應控制算法對步進電機的控制符合聯(lián)合收獲機前進速度的調(diào)節(jié)要求。
　　5、進行作業(yè)速度控制系統(tǒng)機載調(diào)試，并針對三種控制模型的控制算法開展田間收割試驗與對比驗證。機載調(diào)試主要開展各工作部件轉(zhuǎn)速的標定、前進速度的標定以及自動控制作業(yè)測試等工作。分別采用普通控制算法、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的控制算法和基于關(guān)聯(lián)規(guī)則全論域自適應控制算法進行水稻收割試驗，并進行試驗數(shù)據(jù)分

11、析和對比。從三種控制算法的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和前進速度試驗數(shù)據(jù)曲線總體變化趨勢上可以看出，滾筒轉(zhuǎn)速與前進速度的變化與仿真分析結(jié)果相符合，三種控制算法的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速最大變化幅度沒有超出額定值7%的允許變化范圍，這也進一步驗證了所建立的脫粒系統(tǒng)動力學模型是合理可行的。同時對比結(jié)果顯示，在控制性能方面，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則全論域自適應控制算法獲得的脫粒滾筒轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時平均變化幅度為2.97%、前進速度最大變化幅度9.00%、到達基本穩(wěn)定狀態(tài)所需時間約7s，均

12、優(yōu)于普通控制算法和基于關(guān)聯(lián)規(guī)則控制算法獲得的控制性能數(shù)據(jù)；在收獲性能方面，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的全論域自適應控制算法的聯(lián)合收獲機平均喂入量比基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的控制算法和普通控制算法下的平均喂入量要略小，但該算法下的平均損失率要比后兩種控制算法下的平均損失率分別要低0.29%和0.22%，單位平均損失率要比后兩種控制算法分別要低0.06%/（kg/s）和0.05%/（kg/s），損失率降低幅度較大。因此，基于關(guān)聯(lián)規(guī)則全論域作業(yè)速度自適應控制系統(tǒng)不僅在