本發(fā)明屬于打捆機自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

打捆機可以將松散的農(nóng)作物秸稈、牧草等收集致密成型，以利于儲存和運輸，是實現(xiàn)規(guī)?；C合利用的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)成型形狀的不同，可以分為方捆和圓捆打捆機，其中圓捆打捆機通過撿拾器的彈齒將物料從地面撿拾，經(jīng)過喂入裝置送入成捆室，并不斷旋轉(zhuǎn)形成圓捆，在農(nóng)場和牧場得到廣泛應用。

圓捆打捆機的喂入裝置主要由喂料刀輥與下顎板構(gòu)成，作用是將撿拾的物料進行預壓縮、并以一定的速度強制送入成捆室，其性能優(yōu)劣直接影響著物料成捆的均勻性和密實度。物料的喂入性能主要受到物料特性和喂入量、喂料刀輥結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、喂料口開度的影響，每型打捆機都有固定的喂料刀輥結(jié)構(gòu)和額定的轉(zhuǎn)速，主要是通過調(diào)節(jié)喂料口開度以改善喂入性能，目前這一工作還是依賴人工經(jīng)驗完成，當調(diào)節(jié)的喂料口開度較大時，物料的預壓縮和拋送速度較低，降低了物料成捆的均勻性和密實度，喂料口開度較小時，喂料刀輥功耗激增，甚至造成喂料口堵塞和下顎板結(jié)構(gòu)損傷。雖然有些機型在下顎板的連接油缸上增加了蓄能器裝置，當油缸受力超過設(shè)定值時，可以通過蓄能器吸油作用實現(xiàn)下顎板運動和喂料口開度增大，當油缸受力小于設(shè)定值時，下顎板和喂料口開度恢復到原始位置，這能夠在一定程度上緩解物料喂入量造成的影響，但這一調(diào)節(jié)的響應滯后、調(diào)節(jié)速度慢、且下顎板和喂料口開度的原始位置還是需要人工設(shè)定，此外受到喂入裝置結(jié)構(gòu)影響，油缸受力與下顎板受力和喂料刀輥功耗都是明顯的非線性關(guān)系，功耗大、成捆性能不穩(wěn)定、堵塞故障也時有發(fā)生。打捆機田間作業(yè)時的物料喂入量總是動態(tài)變化的，甚至出現(xiàn)突變。因此，通過實時監(jiān)測的喂入裝置作業(yè)狀態(tài)、分析喂入裝置結(jié)構(gòu)、喂入動力學特性，根據(jù)不同物料特性和喂入量變化，設(shè)計喂料口開度調(diào)節(jié)自動裝置和控制方法，使物料以穩(wěn)定的壓力和初速度拋入成型室，從而提高喂料部件的工作壽命、整機的工作效率、可靠性，有著重要的理論研究意義和實用價值，目前未見有公開研究報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)及其控制方法，通過在喂料刀輥軸端安裝旋轉(zhuǎn)編碼器測量喂料刀輥轉(zhuǎn)速，在下顎板驅(qū)動油缸的有桿腔和無桿腔油路上安裝油壓傳感器計算油缸受力，安裝位移傳感器測量下顎板位置，并通過控制器獲取作物喂入作業(yè)狀態(tài)參數(shù)；設(shè)計了喂料裝置的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過控制三位四通電磁換向閥實現(xiàn)了下顎板驅(qū)動油缸的活塞桿在液壓驅(qū)動下的伸出、縮回主動調(diào)節(jié)，通過蓄能器實現(xiàn)封閉油路時活塞桿在負載作用下的被動調(diào)節(jié)；在保證喂入裝置結(jié)構(gòu)強度、安全系數(shù)和避免喂料刀輥發(fā)生堵塞故障的條件下，以活塞桿受力、喂料刀輥轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率為輸入量，以活塞桿的位置為輸出量，建立喂料口開度的模糊控制器，實現(xiàn)作業(yè)過程中喂料口開度的自適應控制，從而提高喂料部件的工作壽命、整機的工作效率和可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)，包括喂料裝置、旋轉(zhuǎn)編碼器、位移傳感器、液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和控制器；

所述旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在喂料裝置的喂料刀輥軸端，用于測量喂料刀輥的轉(zhuǎn)速；所述位移傳感器安裝在喂料裝置的左軸上，位移傳感器的測量桿連接左軸銷，用于測量喂料裝置的左油缸和右油缸的活塞桿位移；

所述液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括油壓傳感器一、節(jié)流閥一、三位四通電磁換向閥、油泵、節(jié)流閥二、單向閥、蓄能器、節(jié)流閥三和油壓傳感器二；所述油泵通過管道與油箱連接，所述三位四通電磁換向閥的進油口P與油泵連接，回油口T與油箱連接，所述三位四通電磁換向閥的工作口A通過管道依次與單向閥、左油缸和右油缸的有桿腔油路連接；所述三位四通電磁換向閥的工作口B通過管道與左油缸和右油缸的無桿腔油路連接，所述油壓傳感器一安裝在喂料裝置的左油缸和右油缸的無桿腔油路上，用于測量無桿腔的油壓；所述油壓傳感器二安裝在喂料裝置的左油缸和右油缸的有桿腔油路上，用于測量有桿腔油壓；所述蓄能器并聯(lián)在左油缸和右油缸的有桿腔與單向閥之間；

所述控制器的輸入端分別與旋轉(zhuǎn)編碼器、位移傳感器、油壓傳感器一和油壓傳感器二電連接，輸出端通過互鎖控制器與三位四通電磁換向閥電連接；所述控制器以活塞桿的受力、喂料刀輥轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率為輸入量，以活塞桿的位置為輸出量，建立喂料裝置的喂料口開度的模糊控制模型，通過三位四通電磁換向閥控制左油缸和右油缸的活塞桿在液壓驅(qū)動下的伸出、縮回主動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)喂料口開度的自適應控制。

上述方案中，所述液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括節(jié)流閥一、節(jié)流閥二和節(jié)流閥三；

所述節(jié)流閥一安裝在三位四通電磁換向閥的工作口B與左油缸和右油缸的無桿腔油路上；

所述節(jié)流閥二安裝在三位四通電磁換向閥的工作口A與單向閥的管道之間；

所述節(jié)流閥三安裝在蓄能器與左油缸和右油缸的有桿腔之間的油路上。

上述方案中，所述液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括溢流閥一和溢流閥二；所述溢流閥一連接到左油缸和右油缸的有桿腔油路；

所述溢流閥二連接到油泵的出口。

上述方案中，還包括顯示器；所述控制器的輸出端與顯示器電連接，所述顯示器用于所述喂料裝置的作業(yè)狀態(tài)顯示。

一種根據(jù)所述圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1、打捆機工作過程中，所述控制器實時采集旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出信號，計算得到喂料刀輥的轉(zhuǎn)速n；控制器實時采集油壓傳感器一輸出信號P₁和油壓傳感器二輸出信號P₁，計算得到左油缸和右油缸活塞桿受力F；

步驟S2、將活塞桿受力F進行低通濾波計算得到均值F₀，以當前時刻T₀為零點，以控制器27的數(shù)據(jù)采樣時間dt為間隔，分別建立n和F₀的數(shù)組序列{n₁、n₁···n_N}、{F₀₁、F₀₁···F_0N}，其中N為數(shù)組序列長度，n_N和F_0N分別為T₀-N·dt時刻的n和F₀采樣數(shù)值；

步驟S3、將數(shù)組序列{n₁、n₁···n_N}、{F₀₁、F₀₁···F_0N}分別進行灰色預測計算，得到T₀+M·dt時刻的n和F₀預測數(shù)值n_M和F_0M，通過對n_M進行微分計算得到預測的轉(zhuǎn)速變化率

步驟S4、將預測獲得的n_M、F_0M和輸入建立的喂料口開度的模糊控制模型，獲得活塞桿的位置L的調(diào)整方案，進行三位四通電磁換向閥的左線圈或右線圈得電控制，然后根據(jù)活塞桿主動伸出運動速度v_o和主動縮回運動速度v_i確定左線圈或右線圈得電時間，最終通過互鎖控制器控制三位四通電磁換向閥的左線圈或右線圈得電，驅(qū)動左油缸和右油缸的活塞桿運動，實現(xiàn)喂料口開度調(diào)節(jié)。

上述方案中，所述步驟S4中喂料口開度的模糊控制模型根據(jù)左油缸和右油缸的活塞桿在不同位置L時受力F許用范圍確定論域，且F的論域隨活塞桿位置L自適應調(diào)整，根據(jù)喂料刀輥轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率的允許變化范圍為依據(jù)，確定n和的論域。

上述方案中，所述步驟S4中的喂料口開度的模糊控制模型是以左油缸和右油缸的活塞桿的受力F、喂料刀輥轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率的灰色預測值n_M、F_0M和作為輸入量，以活塞桿的位置L為輸出量，根據(jù)確定的活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略制定模糊控制規(guī)則表，且模糊控制規(guī)則表隨活塞桿位置L自適應調(diào)整。

上述方案中，所述步驟S4中根據(jù)喂料刀輥轉(zhuǎn)速n和所受扭矩T計算喂料刀輥的功耗w，以物料能夠形成穩(wěn)定的草捆密度ρ、降低喂料刀輥的功耗w為目標，在保證結(jié)構(gòu)強度和安全系數(shù)時油缸活塞桿受力F的許用范圍和避免喂料刀輥發(fā)生堵塞故障時喂料刀輥轉(zhuǎn)速n允許范圍內(nèi)進行優(yōu)化，制定活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略。

上述方案中，所述步驟4中的喂料口開度的模糊控制模型是以左油缸和右油缸的活塞桿的受力F、喂料刀輥轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率的灰色預測值n_M、F_0M和作為輸入量，以活塞桿的位置L為輸出量，根據(jù)確定的活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略制定模糊控制規(guī)則表，且模糊控制規(guī)則表隨活塞桿位置L自適應調(diào)整。

上述方案中，所述步驟S4中三位四通電磁換向閥的左線圈得電時，三位四通電磁換向閥處于左工作位置，左油缸和右油缸的活塞桿作主動伸出運動，速度v_o通過節(jié)流閥一調(diào)節(jié)控制；

所述三位四通電磁換向閥的右線圈得電時，三位四通電磁換向閥處于右工作位置，左油缸和右油缸的活塞桿作主動縮回運動，速度v_i通過節(jié)流閥二調(diào)節(jié)控制；

所述三位四通電磁換向閥的左、右線圈均不得電時，三位四通電磁換向閥處于中間工作位置，左油缸、右油缸和蓄能器構(gòu)成封閉油路系統(tǒng)。

上述方案中，還包括以下步驟：

步驟S5、控制器實時采集位移傳感器輸出信號以確定活塞桿位置L，喂料口開度模糊控制模型中的活塞桿受力論域和控制規(guī)則表根據(jù)活塞桿位置L進行自適應調(diào)整；

步驟S6、控制器根據(jù)建立的活塞桿受力F、位置L與喂料刀輥扭矩T的模型，計算得到喂料刀輥實時的功耗w；

步驟S7、控制器將活塞桿位置L、受力F、喂料刀輥轉(zhuǎn)速n和功耗w狀態(tài)參數(shù)通訊傳輸給顯示器，當喂料刀輥的功耗w、轉(zhuǎn)速n參數(shù)超過設(shè)定閾值時，顯示器發(fā)出提示和預報警信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在喂入裝置結(jié)構(gòu)力學、物料喂入動力學特性分析的基礎(chǔ)上，提取活塞桿所受穩(wěn)態(tài)和瞬時沖擊受力變化特征，建立下顎板驅(qū)動油缸位置對活塞桿受力、成型草捆密度、喂料刀輥功耗和喂入裝置結(jié)構(gòu)強度的影響關(guān)系，提出通過喂料裝置的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)瞬時大負載作用下的喂料口開度被動調(diào)節(jié)；提出采用控制系統(tǒng)將作業(yè)狀態(tài)的灰色預測和自適應模糊控制方法相結(jié)合，在保證喂入裝置結(jié)構(gòu)強度、安全系數(shù)和避免喂料刀輥發(fā)生堵塞故障的條件下，通過對喂料口開度的主動調(diào)節(jié)，使物料以穩(wěn)定的壓力和初速度拋入成型室，形成均勻性和密實度穩(wěn)定的草捆，有效解決了由于物料特性和喂入量的變化造成的成捆性能降低、喂料裝置堵塞和結(jié)構(gòu)損傷，提高了整機的工作效率、壽命和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施方式的喂料裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一實施方式的喂料裝置的主視圖。

圖3是本發(fā)明一實施方式的喂料裝置的左視圖。

圖4是本發(fā)明一實施方式的喂料裝置液壓系統(tǒng)原理圖。

圖5是本發(fā)明一實施方式的喂料裝置電氣控制線路原理圖。

圖6是本發(fā)明一實施方式的喂料口開度自適應控制原理圖。

圖中：1.機架，2.軸一，3.擋草架，4.喂料刀輥，5.下顎板，6.軸二，7.旋轉(zhuǎn)編碼器，8.左軸，9.左油缸，10.左軸銷，11.位移傳感器，12.右軸，13.右油缸，14.右軸銷，15.油壓傳感器一，16.溢流閥一，17.節(jié)流閥一，18.三位四通電磁換向閥，19.油箱，20.油泵，21.溢流閥二，22.節(jié)流閥二，23.單向閥，24.蓄能器，25.節(jié)流閥三，26.油壓傳感器二，27.控制器，28.顯示器，29.互鎖控制器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

圖1、圖2和圖3所示為本發(fā)明所述圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)的實施方式，所述圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)包括喂料裝置、旋轉(zhuǎn)編碼器7、位移傳感器11、液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和控制器27。

所述喂料裝置的喂料刀輥4通過軸承安裝于機架1上，可以繞軸二6轉(zhuǎn)動，在軸二6的頂端安裝旋轉(zhuǎn)編碼器7，用于測量喂料刀輥4的轉(zhuǎn)速。喂料裝置的左軸8固定安裝于機架1的左側(cè)板，右軸12固定安裝于機架1的右側(cè)板，并保證左軸8和右軸12的軸線處于同一中心線上。左油缸9和右油缸13為型號相同的雙向油缸，左油缸9的耳環(huán)安裝于左軸8上，右油缸13的耳環(huán)安裝于右軸12上，并保證左油缸9和右油缸13可以繞左軸8和右軸12自由擺動。

所述喂料裝置的下顎板5位于喂料刀輥4的下方，下顎板5的一端通過軸一2安裝于機架1上，下顎板5的左、右端面分別固定安裝左軸銷10和右軸銷14，并保證左軸銷10和右軸銷14的軸線處于同一中心線上。

所述喂料裝置的左油缸9和右油缸13的活塞桿分別連接于左軸銷10和右軸銷14上，在左油缸9和右油缸13活塞桿的驅(qū)動下，下顎板5可以繞軸一2轉(zhuǎn)動。

所述位移傳感器11的耳環(huán)安裝于左軸8上，位移傳感器11的測量桿連接左軸銷10，并保證位移傳感器11的測量桿與左油缸9的活塞桿作同步運動，用于測量喂料裝置的左油缸9和右油缸13的活塞桿位移。

在所述下顎板5的重力和物料輸送過程擠壓力的作用下，左油缸9和右油缸13活塞桿均受到沿活塞桿向外的作用力，兩個活塞桿的總受力為F。

所述擋草架3安裝于物料拋出口上方，擋草架3與喂料刀輥4的刀齒之間的安裝間隙小于1mm，以防止喂料刀輥4轉(zhuǎn)動過程中帶回物料。

圖4所示為喂料裝置的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖。所述液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括油壓傳感器一15、溢流閥一16、節(jié)流閥一17、三位四通電磁換向閥18、油泵20、溢流閥二21、節(jié)流閥二22、單向閥23、蓄能器24、節(jié)流閥三25和油壓傳感器二26；所述油泵20通過管道與油箱19連接，所述三位四通電磁換向閥18的進油口P與油泵20連接，回油口T與油箱19連接，所述三位四通電磁換向閥18的工作口A通過管道依次與節(jié)流閥二22、單向閥23、左油缸9和右油缸13的有桿腔油路連接；所述三位四通電磁換向閥18為三位四通電磁換向閥，三位四通電磁換向閥18的工作口B通過管道依次與節(jié)流閥一17、左油缸9和右油缸13的無桿腔油路連接，所述油壓傳感器一15安裝在喂料裝置的左油缸9和右油缸13的無桿腔油路上，用于測量無桿腔的油壓；所述油壓傳感器二26安裝在喂料裝置的左油缸9和右油缸13的有桿腔油路上，用于測量有桿腔油壓；所述蓄能器24和節(jié)流閥三25并聯(lián)在左油缸9和右油缸13的有桿腔油路與單向閥23之間。

在所述油泵20輸出高壓油的驅(qū)動下，通過三位四通電磁換向閥18實現(xiàn)左油缸9和右油缸13的活塞桿伸出和縮回運動的主動控制；蓄能器24經(jīng)過節(jié)流閥三25連接到左油缸9和右油缸13的有桿腔油路。

所述三位四通電磁換向閥18的左線圈得電時，三位四通電磁換向閥18處于左工作位置，油泵20輸出的高壓油經(jīng)過三位四通電磁換向閥18的左閥芯、節(jié)流閥一17輸入左油缸9和右油缸13的無桿腔；單向閥23在油壓作用下打開，左油缸9和右油缸13的有桿腔經(jīng)過單向閥23、節(jié)流閥二22、三位四通電磁換向閥18的左閥芯與油箱19連通；左油缸9和右油缸13的活塞桿作主動伸出運動，速度v_o通過節(jié)流閥一17調(diào)節(jié)控制。

所述三位四通電磁換向閥18的右線圈得電時，三位四通電磁換向閥18處于右工作位置，油泵20輸出的高壓油經(jīng)過三位四通電磁換向閥18的右閥芯、節(jié)流閥二22、單向閥23輸入左油缸9和右油缸13的有桿腔；左油缸9和右油缸13的無桿腔經(jīng)過節(jié)流閥一17、三位四通電磁換向閥18的右閥芯與油箱19連通；左油缸9和右油缸13的活塞桿作主動縮回運動，速度v_i通過節(jié)流閥二22調(diào)節(jié)控制。

所述三位四通電磁換向閥18的左、右線圈均不得電時，三位四通電磁換向閥18處于中間工作位置，油泵20輸出的高壓油直接經(jīng)過三位四通電磁換向閥18的中間閥芯直接回油箱19，以實現(xiàn)卸荷；左油缸9、右油缸13、蓄能器24構(gòu)成封閉油路系統(tǒng)。

由喂料裝置的結(jié)構(gòu)可知，物料在喂入過程中，左油缸9和右油缸13活塞桿均受到沿活塞桿向外的作用力F。當三位四通電磁換向閥18處于中間工作位置時，隨著作用力F的增大，左油缸9和右油缸13有桿腔內(nèi)的油壓P₁隨之增加，當P₁大于蓄能器24設(shè)定的預充壓力P₀時，有桿腔內(nèi)的壓力油經(jīng)過節(jié)流閥三25進入蓄能器24，左油缸9和右油缸13的活塞桿作伸出運動，運動速度通過節(jié)流閥三25調(diào)節(jié)控制；隨著作用力F的減小，左油缸9和右油缸13有桿腔內(nèi)的油壓P₁隨之降低，當P₁小于蓄能器24設(shè)定的預充壓力P₀時，蓄能器24內(nèi)的壓力油經(jīng)過節(jié)流閥三25進入有桿腔內(nèi)，左油缸9和右油缸13的活塞桿縮回至初始位置。

所述左油缸9和右油缸13有桿腔油路上安裝油壓傳感器二26，測量無桿腔油壓P₁，左油缸9和右油缸13無桿腔油路上安裝油壓傳感器一15，測量無桿腔油壓P₂；根據(jù)左油缸9和右油缸13的有桿腔截面積之和S₁和無桿腔截面積之和S₂，可以計算得到活塞桿受到的作用力F，即F＝P₁×S₁-P₂×S₂。

所述溢流閥二21連接到油泵20的出口，溢流閥二21的設(shè)定開啟壓力應小于油泵20的額定輸出壓力，主要起到系統(tǒng)調(diào)壓作用，即三位四通電磁換向閥18處于左或右工作位置時的系統(tǒng)油壓不超過溢流閥二21的開啟壓力。

所述溢流閥一16連接到左油缸9和右油缸13的有桿腔油路，溢流閥一16的設(shè)定開啟壓力大于系統(tǒng)工作壓力，主要起到安全保護作用。

圖5所示為喂料裝置的電氣線路。所述控制器27的輸入端分別與旋轉(zhuǎn)編碼器7、位移傳感器11、油壓傳感器一15和油壓傳感器二26電連接，輸出端通過互鎖控制器29與三位四通電磁換向閥18電連接；位移傳感器11、油壓傳感器一15、油壓傳感器二26、旋轉(zhuǎn)編碼器7的輸出信號直接輸入控制器27，所述控制器27以活塞桿的受力、喂料刀輥4轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速變化率為輸入量，以活塞桿的位置為輸出量，建立喂料裝置的喂料口開度的模糊控制模型，通過三位四通電磁換向閥18控制左油缸9和右油缸13的活塞桿在液壓驅(qū)動下的伸出、縮回主動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)喂料口開度的自適應控制。

控制器27的輸出端還與顯示器28電連接，通訊輸出信號接入顯示器28，用于喂料裝置作業(yè)狀態(tài)顯示。

控制器27兩路開關(guān)控制信號首先輸入互鎖控制器29，然后分別輸入三位四通電磁換向閥18的左線圈和右線圈，以控制三位四通電磁換向閥18的工作位置?；ユi控制器29的作用是為了避免三位四通電磁換向閥18的左線圈和右線圈同時得電。

喂料口開度控制模型建立方法：

喂料口開度控制是一個多目標優(yōu)化問題，主要是在不同物料和喂入量情況下，分析左油缸9和右油缸13活塞桿的位置L對活塞桿受力F、成型草捆密度ρ、喂料刀輥4的功耗w和喂入裝置結(jié)構(gòu)強度的影響。具體過程為：

采用試驗和EDEM對物料喂入過程仿真分析可知，物料在喂入過程中，活塞桿的受力F為動態(tài)變化量，存在瞬時沖擊現(xiàn)象，可以用F的均值F₀和瞬時沖擊F_p表示，且F₀和F_p主要取決于物料特性、喂入量K和活塞桿位置L和喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n。

基于某一種物料(剛度和含水率相同)，采用試驗和EDEM對物料喂入過程仿真的方法：

在不同油缸活塞桿的位置L下，分析不同喂入量K對成型草捆密度ρ的影響，建立位置L、喂入量K與草捆密度ρ的關(guān)系方程：ρ＝f₁(K，L)。

在不同油缸活塞桿的位置L下，分析不同喂入量K對喂料刀輥扭矩T的影響，建立位置L、喂入量K與喂料刀輥扭矩T的關(guān)系方程：T＝f₂(K，L)。

在不同油缸活塞桿的位置L下，分析不同喂入量K對活塞桿受力F的影響，建立位置L、喂入量K與活塞桿受力F的關(guān)系方程：F＝f₃(K，L)。

在不同油缸活塞桿的位置L下，分析不同喂入量K下顎板的受力大小。

建立活塞桿在不同位置L的喂入裝置的三維模型，再Ansys軟件中根據(jù)活塞桿受力F、喂料刀輥扭矩T和下顎板的受力加載負荷，進行靜力學和動力學計算，以保證結(jié)構(gòu)強度和安全系數(shù)為目標，確定活塞桿在不同位置L時活塞桿受力F的許用范圍[F_Lmin，F(xiàn)_Lmax]。

選擇不同特性物料進行大喂入量試驗，提取活塞桿在不同位置L、喂料刀輥發(fā)生堵塞故障時，喂料刀輥轉(zhuǎn)速n的變化情況，確定喂料刀輥轉(zhuǎn)速n的允許變化范圍[n_min，n_max]。

根據(jù)喂料刀輥轉(zhuǎn)速n和所受扭矩T計算喂料刀輥的功耗w，w＝n*T/9550。

使用多目標優(yōu)化的方法，以物料能夠形成穩(wěn)定的草捆密度ρ、降低喂料刀輥的功耗w為目標，在保證結(jié)構(gòu)強度和安全系數(shù)時活塞桿受力F的許用范圍和避免喂料刀輥發(fā)生堵塞故障時喂料刀輥轉(zhuǎn)速n允許范圍內(nèi)進行優(yōu)化，制定活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略。對于不同特性的物料(剛度和含水率不同)有不同的活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略。

例如：(1)在某一喂入量K情況下，以ρ＝max(ρ)為目標，使成型的草捆密度最大，邊界條件為：

經(jīng)過優(yōu)化求解可以得到油缸活塞桿位置L的值。

(2)在某一喂入量K情況下，以w＝min(w)為目標，使喂料刀輥的功耗w最小，邊界條件為：

經(jīng)過優(yōu)化求解可以得到油缸活塞桿位置L的值。

以活塞桿的受力F、喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率為輸入量，以活塞桿的位置L為輸出量，建立喂料口開度的模糊控制模型。

根據(jù)活塞桿在不同位置L時活塞桿受力F許用范圍確定論域，且F的論域隨活塞桿位置L自適應調(diào)整。

根據(jù)喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率的允許變化范圍為依據(jù)，確定n和的論域。

根據(jù)確定的活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略制定模糊控制規(guī)則表，且模糊控制規(guī)則表隨活塞桿位置L自適應調(diào)整。

圖6所示為喂料口開度自適應控制方法流程圖。所述控制器27以ARM為核心，控制器27內(nèi)部建立喂料口開度的模糊控制模型。

一種根據(jù)所述圓捆打捆機喂料口開度自適應控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

步驟S1、打捆機工作過程中，控制器27實時采集旋轉(zhuǎn)編碼器7輸出信號，通過定時計數(shù)計算得到喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n；控制器27實時采集油壓傳感器一15輸出信號P₁和油壓傳感器二26輸出信號P₁，根據(jù)公式F＝P₁×S₁-P₂×S₂計算得到左油缸9和右油缸13活塞桿受力F；

步驟S2、將活塞桿受力F進行低通濾波計算得到均值F₀；以當前時刻T₀為零點，以控制器27的數(shù)據(jù)采樣時間dt為間隔，分別建立n和F₀的數(shù)組序列{n₁、n₁···n_N}、{F₀₁、F₀₁···F_0N}，其中N為數(shù)組序列長度，n_N和F_0N分別為T₀-N·dt時刻的n和F₀采樣數(shù)值；

步驟S3、將數(shù)組序列{n₁、n₁···n_N}、{F₀₁、F₀₁···F_0N}分別進行灰色預測計算，得到T₀+M·dt時刻的n和F₀預測數(shù)值n_M和F_0M，通過對n_M進行微分計算得到預測的轉(zhuǎn)速變化率

步驟S4、將預測獲得的n_M、F_0M和輸入建立的喂料口開度的模糊控制模型，獲得活塞桿的位置L的調(diào)整方案，進行三位四通電磁換向閥18的左線圈或右線圈得電控制，然后根據(jù)活塞桿主動伸出運動速度v_o和主動縮回運動速度v_i確定左線圈或右線圈得電時間，最終通過互鎖控制器29控制三位四通電磁換向閥18的左線圈或右線圈，驅(qū)動油缸活塞桿運動，實現(xiàn)喂料口開度調(diào)節(jié)；

步驟S5、控制器27實時采集位移傳感器11輸出信號以確定活塞桿位置L，喂料口開度模糊控制器中的活塞桿受力論域和控制規(guī)則表根據(jù)活塞桿位置L進行自適應調(diào)整；

步驟S6、控制器27根據(jù)建立的活塞桿受力F、位置L與喂料刀輥4扭矩T的模型，計算得到喂料刀輥4實時的功耗w；

步驟S7、控制器27將活塞桿位置L、受力F、喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和功耗w等狀態(tài)參數(shù)通訊傳輸給顯示器28，當喂料刀輥4的功耗w、轉(zhuǎn)速n等參數(shù)超過設(shè)定閾值時，顯示器28發(fā)出提示和預報警信息。

所述步驟S4中喂料口開度的模糊控制模型根據(jù)左油缸9和右油缸13的活塞桿在不同位置L時受力F許用范圍確定論域，且F的論域隨活塞桿位置L自適應調(diào)整，根據(jù)喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率的允許變化范圍為依據(jù)，確定n和的論域。所述步驟S4中的喂料口開度的模糊控制模型是以左油缸9和右油缸13的活塞桿的受力F、喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)速變化率的灰色預測值n_M、F_0M和作為輸入量，以活塞桿的位置L為輸出量，根據(jù)確定的活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略制定模糊控制規(guī)則表，且模糊控制規(guī)則表隨活塞桿位置L自適應調(diào)整。

所述步驟S4中根據(jù)喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和所受扭矩T計算喂料刀輥4的功耗w，以物料能夠形成穩(wěn)定的草捆密度ρ、降低喂料刀輥4的功耗w為目標，在保證結(jié)構(gòu)強度和安全系數(shù)時油缸活塞桿受力F的許用范圍和避免喂料刀輥4發(fā)生堵塞故障時喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n允許范圍內(nèi)進行優(yōu)化，制定活塞桿位置L的調(diào)節(jié)策略。

所述步驟S4中三位四通電磁換向閥18的左線圈得電時，三位四通電磁換向閥18處于左工作位置，左油缸9和右油缸13的活塞桿作主動伸出運動，速度v_o通過節(jié)流閥一17調(diào)節(jié)控制；所述三位四通電磁換向閥18的右線圈得電時，三位四通電磁換向閥18處于右工作位置，左油缸9和右油缸13的活塞桿作主動縮回運動，速度v_i通過節(jié)流閥二22調(diào)節(jié)控制；所述三位四通電磁換向閥18的左、右線圈均不得電時，三位四通電磁換向閥18處于中間工作位置，左油缸9、右油缸13和蓄能器24構(gòu)成封閉油路系統(tǒng)。

下面結(jié)合實例做進一步的闡述：

打捆機啟動后，所述控制器27采集旋轉(zhuǎn)編碼器7、位移傳感器11、油壓傳感器一15和油壓傳感器二26的輸出信號，得到喂入刀輥4的轉(zhuǎn)速n、左油缸9和右油缸13活塞桿的位置L對活塞桿受力F。

所述控制器27將左油缸9和右油缸13活塞桿受力F進行低通濾波計算，得到活塞桿受力F的均值F₀。

所述控制器27的數(shù)據(jù)采樣時間dt為間隔，建立N個采樣周期前T₀-N·dt時刻至當前時刻T₀的n和F₀的數(shù)組序列{n₁、n₁···n_N}、{F₀₁、F₀₁···F_0N}。

所述控制器27將數(shù)組序列{n₁、n₁···n_N}、{F₀₁、F₀₁···F_0N}分別進行灰色計算，得到M個采樣周期后T₀+M·dt時刻的n和F₀預測數(shù)值n_M和F_0M，并通過對n_M進行微分計算得到預測的轉(zhuǎn)速變化率

所述控制器27獲得的n_M、F_0M和輸入內(nèi)部建立的喂料口開度的模糊控制模型，獲得活塞桿的位置L的調(diào)整方案，然后根據(jù)活塞桿主動伸出運動速度v_o和主動縮回運動速度v_i確定左線圈或右線圈得電時間，最終通過互鎖控制器29控制三位四通電磁換向閥18的左線圈或右線圈，驅(qū)動油缸活塞桿運動，實現(xiàn)喂料口開度的主動調(diào)節(jié)。

打捆機開始啟動運行時，由于物料喂入量較小，左油缸9和右油缸13活塞桿的受力F較小，控制器27經(jīng)過計算，會通過控制三位四通電磁換向閥18右線圈的通斷，將喂料口開度主動調(diào)節(jié)至最小位置。

打捆機連續(xù)作業(yè)運行時，物料喂入量總是處于不斷變化過程，左油缸9和右油缸13活塞桿的受力F、喂入刀輥4的轉(zhuǎn)速n也會隨之發(fā)生變化，此時，控制器27經(jīng)過計算，會通過控制三位四通電磁換向閥18左線圈或右線圈的通斷，自動將喂料口開度主動調(diào)節(jié)至一定位置。

當喂料口開度調(diào)節(jié)后，控制器27會根據(jù)調(diào)節(jié)后的活塞桿在不同位置L，重新確定活塞桿受力F的論域和模糊控制規(guī)則表，以提高控制性能。

左油缸9和右油缸13活塞桿均受到沿活塞桿向外的作用力F，打捆機連續(xù)作業(yè)運行時，當發(fā)生物料瞬間喂入量突然變大造成活塞桿受力F發(fā)生瞬時峰值時，由于控制器27對活塞桿受力F進行低通濾波計算，受力均值F₀不會急劇增大，此外由于喂料裝置的慣性，在瞬間喂入量情況下，轉(zhuǎn)速n也不會發(fā)生突變，有可能控制器27經(jīng)過計算后不對喂料口開度進行主動調(diào)節(jié)，此時主要依靠安裝在左油缸9和右油缸13的有桿腔油路上的蓄能器24進行喂料口開度的被動調(diào)節(jié)：即當瞬間喂入量變大導致左油缸9和右油缸13有桿腔內(nèi)的油壓P₁大于蓄能器24設(shè)定的預充壓力P₀時，有桿腔內(nèi)的壓力油經(jīng)過節(jié)流閥三25進入蓄能器24，左油缸9和右油缸13的活塞桿作伸出運動，喂料口開度增大；物料喂入量恢復正常狀態(tài)后，當P₁小于P₀時，蓄能器24內(nèi)的壓力油經(jīng)過節(jié)流閥三25進入有桿腔內(nèi)，左油缸9和右油缸13的活塞桿縮回至調(diào)節(jié)前的初始位置。

可見，喂料口開度的主動調(diào)節(jié)主要針對物料連續(xù)喂入過程中的穩(wěn)定負載情況，是一個連續(xù)的穩(wěn)態(tài)過程；而通過蓄能器24進行喂料口開度的被動調(diào)節(jié)主要針對物料喂入量發(fā)生瞬間突增情況，是一個瞬態(tài)過程。

打捆機作業(yè)過程中，控制器27可以根據(jù)活塞桿受力F、位置L與喂料刀輥4扭矩T模型，計算得到喂料刀輥4的功耗w，并將活塞桿位置L、受力F、喂料刀輥4轉(zhuǎn)速n和功耗w等狀態(tài)參數(shù)通訊傳輸給顯示器28，以便駕駛?cè)藛T了解喂入裝置作業(yè)狀態(tài)，根據(jù)物料喂入裝置的作業(yè)負荷情況調(diào)整機器前進速度，當喂料刀輥4的功耗w、轉(zhuǎn)速n等參數(shù)超過設(shè)定閾值時，顯示器28發(fā)出提示和預報警信息。

本發(fā)明主要用于喂料刀輥4與下顎板5間隙，即喂料口開度的自適應控制。它通過控制器27驅(qū)動三位四通電磁換向閥18改變液壓油方向，實現(xiàn)連接機架1與下顎板5的油缸活塞桿伸縮移動，進行打捆機喂料口開度大小的調(diào)節(jié)；通過位移傳感器11測量下顎板位置，在喂料刀輥4軸端安裝旋轉(zhuǎn)編碼器7測量喂料刀輥4的轉(zhuǎn)速，在油缸的有桿腔和無桿腔油路上安裝油壓傳感器測量油缸所受力載荷；根據(jù)喂料刀輥4和下顎板5的結(jié)構(gòu)，理論和試驗結(jié)合分析物料特性、喂入量、喂料口開度對喂料刀輥功耗、下顎板結(jié)構(gòu)強度的影響，建立物料喂入刀輥的負載模型和喂料口開度控制模型；打捆機作業(yè)時，控制器27實時采集喂料口開度、喂料刀輥轉(zhuǎn)速和油缸受力信號進行喂料口開度的自適應調(diào)節(jié)，控制器27中采用灰色系統(tǒng)模型對喂料刀輥轉(zhuǎn)速和油缸受力進行預測，以解決控制滯后問題。該系統(tǒng)通過對喂料口開度自適應控制，使物料以穩(wěn)定的壓力和初速度拋入成型室，減少由于喂入量不均勻造成成捆性能不穩(wěn)定，避免喂入量激增造成喂料刀輥堵塞故障，駕駛?cè)藛T可以根據(jù)物料喂入裝置的作業(yè)負荷情況調(diào)整機器前進速度，從而提高喂料部件的工作壽命、整機的工作效率、可靠性。

應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。