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甘蔗收割机液压系统最优控制规律的设计
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2009-08-29
张丽
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甘蔗收割机行走机构的调速装置采用差压式变量泵与调速阀组成的容积调速回路，最优控制系统采用微分方程和状态方程描述，从时间推演的角度刻划系统的运动。采用最小值原理，找到了变量泵弹簧推力时间最短的最优控制轨线是一组同心圆族，控制信号的切换发生在过原点的切换轨线上。在最优控制作用下，弹簧推动定子以最短时间1.12 秒达到平衡点，重新平衡的位置距离原点15.5 毫米。仿真结果为进一步控制系统的设计提供了理论依据，并在样机试制中采用了该系统，论证了它的稳定性与有效性。
关键词：容积调速回路；状态方程；最小值原理；最优状态轨线；同心圆族
最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分,它所研究的问题是：对一个控制系统,在给定的性能指标要求下,如何选择控制规律，使性能指标达到最优[1]。也就是在一定的约束条件下，从已给定的初始状态出发,确定最优控制作用的函数式,使目标函数为极小或极大[2]，最优控制是基于系统的状态变量描述。甘蔗收割机在田间劳作时,由于其工作环境的特殊性,如丘陵、坡地等松软地面凹凸不平,并且负载变化大,同时要求行走、扶蔗、砍蔗、输送、断尾、剥叶等各机构协调工作才能保证甘蔗收割的成功。因此在有效控制刀盘转速及扶蔗辊转速的前提下,需对行走速度进行控制和调节,才能保证砍蔗质量。对行走机构最优控制的问题，就是从所有可供选择的容许控制中寻找一个最优控制u* (t) ,使状态x(t)由( ) 0 x t 经过一定时间转移到目标集S,并且沿此轨线转移时,使相应的性能指标达到极值。
关键词：容积调速回路；状态方程；最小值原理；最优状态轨线；同心圆族
最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分,它所研究的问题是：对一个控制系统,在给定的性能指标要求下,如何选择控制规律，使性能指标达到最优[1]。也就是在一定的约束条件下，从已给定的初始状态出发,确定最优控制作用的函数式,使目标函数为极小或极大[2]，最优控制是基于系统的状态变量描述。甘蔗收割机在田间劳作时,由于其工作环境的特殊性,如丘陵、坡地等松软地面凹凸不平,并且负载变化大,同时要求行走、扶蔗、砍蔗、输送、断尾、剥叶等各机构协调工作才能保证甘蔗收割的成功。因此在有效控制刀盘转速及扶蔗辊转速的前提下,需对行走速度进行控制和调节,才能保证砍蔗质量。对行走机构最优控制的问题，就是从所有可供选择的容许控制中寻找一个最优控制u* (t) ,使状态x(t)由( ) 0 x t 经过一定时间转移到目标集S,并且沿此轨线转移时,使相应的性能指标达到极值。
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