土槽台车计算机自动控制系统研究

在地面机器系统的研究领域中，无论是对耕作部件与土壤相互作用的研究，探索在耕作部件作用下土壤力学行为的规律，分析关键部件的运动状态、受力情况、使用寿命等，还是对行走机构在松软地面通过性的研究，都离不开土槽台车试验系统这一重要的科研性试验设施。土槽台车试验系统对于探索农业机具的新原理、新机构、减少耕作能耗和提高作业质量是非常重要的。 JGJKY—01型台车试验系统是由原吉林工业大学汽车拖拉机工程系设计研制的，并于2000年在“211工程建设”项目支持下由吉林大学地面机械仿生教育部重点实验室进行了技术改造，但由于资金和时间问题，系统在计算机控制技术和功能上仍旧存在着可靠性差、操作复杂，控制方式单一、自动化程度低、试验重复性差等一系列问题，限制了台车试验系统的工作效率和应用范围。 本文在考察现有台车计算机控制系统存在的局限性、分析台车电气控制系统组成的基础上，根据实际试验的需要，采用面向对象技术，利用可视化编程工具Visual Basic 6.0，设计了符合Windows标准的“土槽台车动力控制系统”软件，并对所开发的系统进行了功能测试和验证试验。 土槽动力控制系统的自动控制部分主要是指对台车牵引系统进行控制，它由工控机、红外遥控设备和两个13KW的直流电机组成。工控机通过数据采集控制卡发出相应的控制指令，控制台车电机的转速并执行发送起、停命令，同时利用计数板对光电编码器发出的脉冲数进行计数，计算出台车的行驶速度和位移。红外遥控器具有结构简单、制作方便、成本低廉、抗干扰能力强、工作可靠性高等一系列优点，通过遥控技术可以减轻土槽台车试验过程中操作人员的操作难度，提高工作效率，实现了单人对整个系统的操作。 土槽台车动力控制系统除了能较好的实现对台车的动作控制外，还可以实现对台车的速度调节，调节范围为-1.45m/s～+1.45m/s（正负号代表台车的行驶方向），克服了以前无法准确控制台车速度的局限性。另外， 为了使台车控制系统得到简化，操作方便灵活，便于试验人员近距离观察试样情况，同时控制试验进程，系统设计了红外遥控功能，可以满足试验人员按照所输入的六个不同速度对台车进行遥控控制。 土槽台车动力控制系统的控制参数均通过人机交互界面输入；系统能够实现对台车行驶速度、位移和时间的实时采集、显示和存储功能，并设有对数据库的操作功能，方便试验人员对数据的查询、修改、删除和保存；试验过程中系统为试验人员提供了台车速度曲线，并能实时动态显示，用来监测台车的运行状况；为了确保试验过程中试验设备和人员的安全，系统增加了控制台车行驶位移和时间的功能；系统使用的防脉冲干扰平均值法处理采集的数据，剔除奇异项，减少了干扰在有用信号中的比重，并能直接显示出所采集数据的均值和方差，节省了处理数据所需的大量时间，提高了工作效率。 土槽台车动力控制系统还为控制软件增加了密码窗口，防止非操作人员对控制系统的随意操作；系统在线帮助功能可以便于试验人员尽快的熟悉系统软件的操作，并能及时地解决操作过程中的出现问题。另外，系统增加了对源代码的详细注释，方便程序员对程序代码的阅读和理解，有助于今后程序人员节省时间，提高工作效率，便于系统功能的完善与升级。 功能测试和验证试验表明，本文研究开发的土槽台车动力控制系统能够较好的完成预设功能，系统响应速度快，自动化程度高、控制方式灵活，运行相对平滑，满足试验过程中对台车动作和速度的控制要求；系统采集数据及时、准确、可靠、重复性好；台车速度曲线的实时动态显示能够真实直观地反映台车的运行状态；台车空载时在0.6～1.3m/s之间的速度误差控制在5%以内，能够满足试验的要求。 利用所设计开发的土槽台车动力控制系统，进行了推土板推土阻力的实际试验，结果证明系统所采集的数据变化均匀平稳，重现性好，台车控制系统工作稳定，性能良好，精度符合要求。 本文的研究工作为深入的进行耕作部件与土壤相互作用的研究，开展模型理论及预测方法的研究提供更加完善的研究手段。