摘要：[目的/意义]农机装备是先进农业生产理念落地的物质支撑,如何提升农机装备设计制造水平及运维管控能力,充分发挥装备性能,是智慧农业未来发展所面临的核心问题。数字孪生是一种融合多种信息技术、促进虚实交互融合的先进理念,有助于更加清晰地认识农机装备及其运行过程,从而解决从设计到回收阶段的复杂性问题,进而全方位地提升农机装备作业质量,更好地满足农业生产需求。[进展]首先围绕数字孪生在农机装备领域的应用,总结数字孪生的研究动态,分析农机装备数字孪生的概念与内涵,提出系统性的体系架构。然后从宏观发展、系统实现、项目实施多个角度阐述农机装备数字孪生的实现路线。最后介绍农机装备数字孪生的典型应用场景和案例。[结论/展望]数字孪生为农机装备转型升级提供了新方法,为提升农业机械化生产水平提供了新途径,为实现智慧农业提供了新思路。本文可为农机装备数字孪生相关研究工作的开展提供参考,为数字孪生赋能智慧农业和智能装备奠定理论基础。

摘要：为提升被控系统在整个工作频域内的动态性能,本文提出一种时频(time-frequency,TF)控制方法的理论框架,该框架通过应用小波分析技术以提高传统控制器性能的方式达到上述目标.在阐述了此框架下TF控制机理的基础上,结合传统PI控制方法设计了一种时频PI(time-frequency PI,TFPI)控制器,并对TFPI控制器中时频参数的设计原理进行了分析.针对TFPI控制器中参数众多所导致的整定工作量增大的问题,结合最优控制理论中积分型性能指标的概念,建立了以单纯形优化方法为手段的参数自动寻优策略.最后以电磁阀控制液压缸系统模型为例进行了控制器硬件在环仿真测试.阶跃响应结果显示,在超调量不超过1%的要求下,相对传统PI控制器0.15s左右的响应时间,TFPI控制器响应时间可达0.06s,在不失稳定性的情况下显著提升系统的动态性能;此外,与文献中其他两种TF控制算法亦进行了仿真比较,结果进一步证明了该控制方法在系统动态性能提升方面的有效性.

摘要：高地隙自走式喷雾机在接近于系统固有频率的地面条件下工作时,由于车身重心高、喷杆质量大且展开后较长,导致工作时车身与喷杆大幅剧烈摆动,影响作业质量甚至危及安全。针对此,本文提出适时开启的主动空气悬架减振方案。方案实施过程中,一方面需要解决空气弹簧充放气过程中的非线性控制问题,另一方面则需面对车身加速度与位移多变量同时控制以及最大控制力和悬架行程受限的传统问题。为此,制定了一种空气悬架H∞状态反馈与时频非线性联合减振控制策略。首先求解系统在约束条件下的H∞状态反馈控制器增益,基于此控制器可计算系统在地面扰动下的空气弹簧所应实施的目标压力;然后设计时频非线性控制器,依靠该控制器实时调节比例电磁阀开度进而控制空气弹簧压力使其跟随目标。基于室内台架实验,在模拟地面条件接近于系统固有频率以及田间随机路面激励两种工况下,对所提策略进行了验证。结果表明,系统在一阶共振频率的激励下,被动悬架簧载质量最大加速度达8.5 m/s2左右,半主动悬架的最大加速度约为7 m/s2,而主动空气悬架的最大加速度降低至2.5 m/s2,并在主动控制过程中,悬架位移始终保持在限制范围内,激振结束后悬架位移逐渐恢复至零初始位置;在随机田间路面激励工况下,主动控制悬架的车身加速度亦显著降低,证明了主动减振方案的有效性。

摘要：设计一套测试轮胎型号介于6.00-12与9.5-20之间的单轮牵引性能测试试验装置。对比分析了滑轨-内外框架式与平行四连杆-内外框架式2种框架结构的优缺点,确定使用前者作为装置主体,液压马达作为驱动轮胎动力源。针对在试验过程中由于地面不平整而导致传感器测力方向不稳定的问题,设计了内外框架的整体结构:测力传感器布置于内外框架间,使用预紧弹簧使两端球铰式拉压传感器始终受到拉力。利用Pro/E软件建立了装置框架三维模型,同时建立了计算外框架最大应力的数学计算模型并进行了计算。利用有限元分析软件ANSYS对其内外框架进行应力应变仿真,最大应力结果与理论计算结果相近,并在此基础上进行了结构强度分析和优化。结果表明,优化后内外框架在保证框架总体重量最小的基础上应力应变明显减小,达到使用刚度、强度。针对内外框架试验时的振动特性进行了模态分析和预测,仿真后分别得到了内外框架前四阶的固有振动频率。