Diseño del sistema de control automático de altura del cortador de la cosechadora eléctrica de hojas 4UM-120D basado en PID incremental
Autores: Chen, Wenming; Hu, Lianglong; Wang, Gongpu; Yuan, Jianning; Bao, Guocheng; Shen, Haiyang; Wu, Wen; Yin, Zicheng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño del sistema de control automático de altura del cortador de la cosechadora eléctrica de hojas 4UM-120D basado en PID incremental
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Cosechadora eléctrica de vegetales de hoja
Sistema de control automático
Altura del cortador
Control PID incremental
MATLAB
Prueba de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, se empleó un cosechadora eléctrica de vegetales de hoja 4UM-120D como objeto de investigación. Se creó un sistema de control automático para mantener la altura del cortador sobre el suelo dentro de +/-2% del valor deseado. La intención era reducir la intensidad laboral de los operadores mientras se mejoraba la calidad de trabajo de la cosechadora de vegetales de hoja. Se explicó el sistema de control automático para la altura del cortador desde el suelo, junto con su estructura y filosofía de funcionamiento. Se utilizó MATLAB para establecer los modelos matemáticos de ecuaciones eléctricas y mecánicas del motor paso a paso híbrido de dos fases. Se realizó un análisis sobre los fundamentos y diferencias entre los algoritmos de control PID de posición y PID incremental. Utilizando PID incremental en combinación, se construyó la estrategia de control para la altura del cortador de la cosechadora desde el suelo, y se produjo un sistema de control automático bajo la estrategia de control correspondiente. La estabilidad, precisión y rapidez del sistema de control automático de la altura del cortador desde el suelo bajo la estrategia de control PID incremental se analizaron mediante la simulación de diferentes condiciones de trabajo reales con MATLAB/Simulink y tomando el tiempo de transición en estado estable como índice de evaluación. Los resultados de las pruebas muestran que cuando la desviación entre el valor actual y el valor establecido era mayor al 2% -es decir, cuando la cosechadora se encontraba en la condición de cruzar repentinamente una zanja o subir repentinamente una pendiente-, el sistema de control automático basado en la estrategia de control PID incremental tuvo un buen rendimiento de respuesta dinámica y estabilidad. Esto resultó en la función de control automático de la altura del cortador de la cosechadora fuera del suelo. Cuando el coeficiente proporcional del algoritmo de control PID de ángulo de rotación es Kp = 4.665, el coeficiente proporcional del algoritmo de control PID de velocidad de rotación es Kp = 5.65 y su coeficiente integral es Ki = 3.86, y el coeficiente proporcional del algoritmo de control PID actual es Kp = 0.5455 y su coeficiente integral es Ki = 30.4578. La cosechadora cruzó repentinamente una zanja mientras operaba de manera estable, y el tiempo de transición en estado estable del sistema de control automático para la altura del cortador fuera del suelo fue de 1.0811 s. La cosechadora subió repentinamente una pendiente mientras operaba de manera estable, y el tiempo de transición en estado estable del sistema de control automático para la altura del cortador fuera del suelo fue de 1.1185 s. Los datos de las pruebas de campo revelaron un grado de confiabilidad en los resultados de las pruebas de simulación. El estudio ofreció una estrategia para mejorar la calidad de la cosechadora de vegetales de hoja mientras se reduce la carga de trabajo del operador.
Descripción
En este estudio, se empleó un cosechadora eléctrica de vegetales de hoja 4UM-120D como objeto de investigación. Se creó un sistema de control automático para mantener la altura del cortador sobre el suelo dentro de +/-2% del valor deseado. La intención era reducir la intensidad laboral de los operadores mientras se mejoraba la calidad de trabajo de la cosechadora de vegetales de hoja. Se explicó el sistema de control automático para la altura del cortador desde el suelo, junto con su estructura y filosofía de funcionamiento. Se utilizó MATLAB para establecer los modelos matemáticos de ecuaciones eléctricas y mecánicas del motor paso a paso híbrido de dos fases. Se realizó un análisis sobre los fundamentos y diferencias entre los algoritmos de control PID de posición y PID incremental. Utilizando PID incremental en combinación, se construyó la estrategia de control para la altura del cortador de la cosechadora desde el suelo, y se produjo un sistema de control automático bajo la estrategia de control correspondiente. La estabilidad, precisión y rapidez del sistema de control automático de la altura del cortador desde el suelo bajo la estrategia de control PID incremental se analizaron mediante la simulación de diferentes condiciones de trabajo reales con MATLAB/Simulink y tomando el tiempo de transición en estado estable como índice de evaluación. Los resultados de las pruebas muestran que cuando la desviación entre el valor actual y el valor establecido era mayor al 2% -es decir, cuando la cosechadora se encontraba en la condición de cruzar repentinamente una zanja o subir repentinamente una pendiente-, el sistema de control automático basado en la estrategia de control PID incremental tuvo un buen rendimiento de respuesta dinámica y estabilidad. Esto resultó en la función de control automático de la altura del cortador de la cosechadora fuera del suelo. Cuando el coeficiente proporcional del algoritmo de control PID de ángulo de rotación es Kp = 4.665, el coeficiente proporcional del algoritmo de control PID de velocidad de rotación es Kp = 5.65 y su coeficiente integral es Ki = 3.86, y el coeficiente proporcional del algoritmo de control PID actual es Kp = 0.5455 y su coeficiente integral es Ki = 30.4578. La cosechadora cruzó repentinamente una zanja mientras operaba de manera estable, y el tiempo de transición en estado estable del sistema de control automático para la altura del cortador fuera del suelo fue de 1.0811 s. La cosechadora subió repentinamente una pendiente mientras operaba de manera estable, y el tiempo de transición en estado estable del sistema de control automático para la altura del cortador fuera del suelo fue de 1.1185 s. Los datos de las pruebas de campo revelaron un grado de confiabilidad en los resultados de las pruebas de simulación. El estudio ofreció una estrategia para mejorar la calidad de la cosechadora de vegetales de hoja mientras se reduce la carga de trabajo del operador.