一种联合收获机脱粒滚筒转速的鲁棒预测控制

2012年03月20日16:09:19 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

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张　军，赵德安，沈慧良
江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江

摘　　　要：联合收获机的轴流式脱粒滚筒转速系统具有强非线性、不确定、滞后、大干扰等特点，以收获机的行走速度和喂入量为控制量，滚筒转速为被控量，建立闭环控制系统，设计时变的鲁棒稳定控制器。在频域内基于比例微分校正技术补偿无级变速传动的滞后环节影响；基于近似模型预测的连续预测控制律保证了大范围工作的控制系统性能；同时，设计收敛的非线性干扰观测器，对复杂环境联合收获机的时变干扰进行在线估计，进行前馈补偿提高系统的鲁棒性。较后，通过仿真和试验验证了所提方法的有效性。

关　键　词：联合收获机；脱粒滚筒；预测控制；微分校正；非线性干扰观测器

１　引　言
现代农业的大型联合收获机脱粒滚筒转速系统，呈现出强非线性、大时滞、多干扰、难于控制等特点［１４］。联合收获机脱粒质量决定于较为恒定的喂入量和与之相匹配的滚筒转速，喂入量和机器前进速度及作物密度成正比，由于作物密度是不可控制的，只有通过控制机器的行走速度对脱粒滚筒转速进行速度指令跟踪和恒速保持调节。在实际中联合收获机的模型参数往往存在不确定性，复杂多变的地形和收割对象又给收获机带来了时变的干扰，这对控制器的鲁棒性和自适应提出了更高的要求。目前研究主要集中在智能控制的离线训练和在线状态查询的控制，文献［３］提出了基于单片ＦＰＧＡ脱粒滚筒自调整模糊控制器的设计方法，结果表明自调整模糊控制器具有良好的动态性能。文献［４］对于联合收获机这种非线性的复杂控制系统，利用模糊控制技术的方法控制多维非线性模型；文献［５］通过灰色系统预测和模糊技术结合设计先进控制器。文献［６］研究了基于ＲＢＦ网络的联合收获机脱粒滚筒恒速控制。对于反馈实时控制系统，专家系统在问题求解时搜索时间较长，其在线控制方面的能力差；神经网络模型建立在大量的试验（经验）数据的基础上，模型训练时间长，且经常不收敛；模糊控制过分依赖于熟练操作者的经验。对于复杂多变的农业工作环境，以及时变干扰，经验参数很难准确获得，智能控制受到限制。预测控制解决变量耦合、滞后、非线性等问题的能力强，鲁棒性好，因此提出滚筒转速的鲁棒预测控制。针对滚筒角速度控制系统的强非线性和滞后的特性，本文采用频域与时域相结合的控制技术。首先基于比例微分校正实现频域内滞后补偿；其次设计大工作范围内的自适应预测控制器，避免了在不同工作点需要不同的控制器参数；同时，基于非线性干扰观测器估计干扰值进行前馈补偿，进一步提高了预测控制的鲁棒性。较后，通过仿真和试验验证了所提方法的有效性。

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