專利名稱：一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)的制作方法
一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法及系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明針對農(nóng)業(yè)機械裝備自動化控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
開溝鋪管機是一類用于農(nóng)田排澇排堿的大型作業(yè)機械，合理地調(diào)度和使用開溝鋪管機的作業(yè)功率有利于充分發(fā)揮開溝鋪管機的效能，提高機具的可靠性和經(jīng)濟性。
一般而言，開溝鋪管機開溝作業(yè)所消耗的功率是與施工場地的土質(zhì)構(gòu)造條件、開溝深度(或指入土行程)、刀鏈轉(zhuǎn)速(或指取土速度)、進刀量(亦即前進速度)等密切相關(guān)。如土質(zhì)堅硬、開溝深度大、刀鏈轉(zhuǎn)速快以及進刀量大時，所需功率大，反之所需功率小。 通常情況下，土質(zhì)構(gòu)造條件是復(fù)雜的，開溝深度是隨著坡降而時刻變化的，刀鏈轉(zhuǎn)速與進刀量由人工掌控，使得開溝作業(yè)功率復(fù)雜多變。
傳統(tǒng)的開溝作業(yè)是按施工要求的開溝深度與坡降，根據(jù)土質(zhì)構(gòu)造條件、刀鏈部件強度以及開溝鋪管機動力性能等，人工觀測控制刀鏈轉(zhuǎn)速與進刀量，無法保證開溝鋪管機實際作業(yè)功率與設(shè)計的理論作業(yè)功率相符合。于是，經(jīng)常出現(xiàn)下述情形刀鏈轉(zhuǎn)速與進刀量偏小，造成開溝鋪管機功率浪費；或刀鏈轉(zhuǎn)速與進刀量過大，導(dǎo)致開溝鋪管機功率供應(yīng)不足，并對刀鏈部件及相關(guān)機械系統(tǒng)形成傷害。
為了保證實際作業(yè)功率盡量接近理論作業(yè)功率，使發(fā)動機輸出功率保持在最佳水平，尋求一種智能化的自動控制方式，使得開溝深度、刀鏈轉(zhuǎn)速以及進刀量合理地匹配，是開溝鋪管機長期以來有待解決的一個棘手難題。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明公開一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括
步驟100，根據(jù)施工要求確定開溝鋪管機的開溝坡降和開溝深度；
步驟200，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度， 檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；
步驟300，運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；
步驟400，按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟100還包括
步驟110，使用激光發(fā)射器作為光源用于向激光接收器提供設(shè)定坡降的參考激光平面；所述激光接收器用于測量自身相對激光平面所在的高低位置，并將高程信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟110還包括
步驟111，獲取當前開溝臂的姿態(tài)信息；
步驟112，將控制信息傳送給動力傳動軸和行走驅(qū)動馬達；
步驟113，動力傳動軸運動關(guān)聯(lián)刀鏈回轉(zhuǎn)速度與作業(yè)功率，獲取動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息(動力傳動軸的輸入轉(zhuǎn)速由液壓調(diào)速裝置調(diào)整)；
步驟114，行走驅(qū)動馬達運動關(guān)聯(lián)開溝鋪管機前進速度，獲取前進速度信息；
步驟115，將動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息通過無線傳輸裝置傳送至數(shù)據(jù)處理與控制中心，同時將前進速度信息傳送至數(shù)據(jù)處理與控制中心。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟200還包括
步驟210，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行選擇與設(shè)計，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
步驟220，形成所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集；
步驟230，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，步驟300還包括
步驟310，進行染色體的編碼、解碼方法的運算；
步驟320，建立目標函數(shù)；
步驟330，進行適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計；
步驟340，進行選擇、交叉和變異算子的設(shè)計。
本發(fā)明還公開一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括
激光系統(tǒng)，用于按照施工要求向開溝鋪管機提供開溝坡降參考面和開溝深度監(jiān)測；
數(shù)據(jù)處理與控制中心，用于信號采集，數(shù)據(jù)計算，控制算法等，并對驅(qū)動馬達和深度調(diào)節(jié)液壓缸發(fā)出控制信號；
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，用于建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度，檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；
遺傳算法模塊，用于運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光系統(tǒng)還用于使用激光發(fā)射器作為光源用于向激光接收器提供設(shè)定坡降的參考激光平面；所述激光接收器用于測量自身相對激光平面所在的高低位置，并將高程信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括
傾角傳感器，用于測量當前開溝臂的姿態(tài)信息；
控制驅(qū)動模塊，用于將控制信息傳送給動力傳動軸和行走驅(qū)動馬達；
轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器，用于獲取動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息；
測速傳感器，用于獲取開溝鋪管機前進速度信息；
無線接收模塊，用于向數(shù)據(jù)處理與控制中心實時傳輸動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息；
其中，動力傳動軸的輸入轉(zhuǎn)速由液壓調(diào)速裝置調(diào)整。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊還包括
網(wǎng)絡(luò)類型確定和結(jié)構(gòu)選擇單元，用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行選擇與設(shè)計，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
訓(xùn)練樣本單元，用于形成所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集；
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。
所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，遺傳算法模塊還包括
染色體單元，用于進行染色體的編碼、解碼方法的運算；
目標函數(shù)單元，用于建立目標函數(shù)；
適應(yīng)度函數(shù)單元，用于進行適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計；
算子設(shè)計單元，用于進行選擇、交叉和變異算子的設(shè)計。
本發(fā)明還公開一種開溝鋪管機，其特征在于，包括上述所述的系統(tǒng)。
實施本發(fā)明的開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，具有以下效果根據(jù)開溝鋪管機總體設(shè)計所確定的理論作業(yè)功率，在開溝深度線性變換的前提下，預(yù)設(shè)刀鏈部件所允許的回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機力求達到的前進速度，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法建立模型并進行優(yōu)化求解，得出刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的最優(yōu)匹配，反饋控制調(diào)整動力傳動軸的輸入轉(zhuǎn)速與行走驅(qū)動馬達的運行轉(zhuǎn)速，使之發(fā)揮發(fā)動機所分配的最大開溝功率，從而達到開溝鋪管機開溝作業(yè)的最大效能。
實時監(jiān)控行走驅(qū)動馬達和動力傳動軸的運行轉(zhuǎn)速，并測量顯示開溝鋪管機當前的作業(yè)功率。
采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法對作業(yè)功率進行優(yōu)化決策。在施工作業(yè)過程中，通過建模和求解快速得到刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度二者的最佳匹配值，并實施反饋控制，達到開溝鋪管機作業(yè)功率的最優(yōu)發(fā)揮。


圖I為本發(fā)明開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)組成示意圖2為本發(fā)明開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理框圖3為本發(fā)明開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法流程圖4為本發(fā)明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法流程圖5為本發(fā)明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。圖6為本發(fā)明交叉算子的運算示意圖；圖7為本發(fā)明“變異”算子的運算示意圖。
具體實施方式
下面給出本發(fā)明的具體實施方式
，結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進一步的描述。
在本發(fā)明的一實施例中，如圖I所示一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)， 包括由激光發(fā)射器1，激光接收器2，帶測速傳感器的行走驅(qū)動馬達3，液壓調(diào)速裝置4，數(shù)據(jù)處理與控制中心5，帶無線傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速和扭矩傳感器的動力傳動軸6，深度調(diào)節(jié)液壓缸7，測量桿8，動力傳動箱9，傾角傳感器10、開溝臂11，刀鏈組合12等。其中，所述激光接收器2、 帶測速傳感器的行走驅(qū)動馬達3、傾角傳感器10分別連接至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心5，動力傳動軸6上的轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器通過自身無線傳輸裝置將信號發(fā)送至數(shù)據(jù)處理與控制中心5的無線接收模塊。
自適應(yīng)控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行裝置是深度調(diào)節(jié)液壓缸7、液壓調(diào)速裝置4、以及行走驅(qū)動馬達3，通過調(diào)整其三要素，即可改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
開溝鋪管機在農(nóng)田開溝作業(yè)時，首先按照工程施工要求，通過激光系統(tǒng)確定溝渠坡降和初始開溝深度；然后以設(shè)定坡降的斜率關(guān)系線性調(diào)整開溝臂11的入土深度；再根據(jù)開溝鋪管機動力特性，控制系統(tǒng)初步給定一組刀鏈部件所允許的回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機力求達到的前進速度，監(jiān)測并評判其開溝(挖掘)功率是否達到理論設(shè)計功率，如不及或過之，數(shù)據(jù)處理與控制中心5基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法調(diào)整刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的大小，使開溝功率能盡量接近于理論設(shè)計功率。
所述數(shù)據(jù)處理與控制中心5用于信號采集，數(shù)據(jù)計算，控制算法等，并對行走驅(qū)動馬達2和深度調(diào)節(jié)液壓缸7發(fā)出控制信號。主要包括計算機中央處理單元、A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)傳輸單元(模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，以及將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧?、無線接收模塊、控制驅(qū)動模塊、顯示模塊和供電電源等。
所述帶測速傳感器的行走驅(qū)動馬達3主要用來驅(qū)動開溝鋪管機行走。行走驅(qū)動馬達運行的快慢決定整機行走速度的大小，并通過安裝在驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)軸上的測速傳感器，向數(shù)據(jù)處理與控制中心5輸出行走速度信號。行走驅(qū)動馬達3采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動，受控于數(shù)據(jù)處理與控制中心5。
所述帶無線傳輸?shù)霓D(zhuǎn)速和扭矩傳感器的動力傳動軸6主要用于向刀鏈組合12輸送動力，并通過自帶無線傳輸裝置向數(shù)據(jù)處理與控制中心5實時輸出轉(zhuǎn)速和扭矩信號。動力傳動軸6的輸入轉(zhuǎn)速由液壓調(diào)速裝置4調(diào)整，受控于數(shù)據(jù)處理與控制中心5。
所述的激光系統(tǒng)包括激光發(fā)射器I和激光接收器2，主要用于按施工要求向開溝鋪管機提供開溝坡降參考面和開溝深度的監(jiān)測。所述激光發(fā)射器I作為光源用于向激光接收器2提供設(shè)定坡降的參考激光平面。所述激光接收器2用于測量自身相對激光平面(由激光發(fā)射器I提供)所在的高低位置，并將高程信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心5。
所述激光接收器2安裝在測量桿8上部。
所述測量桿8采用具有較好剛性、且高度能與開溝深度相匹配的固定桿。
所述傾角傳感器10用于測量當前開溝臂11的姿態(tài)信息，并將信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心5。
所述顯示模塊用于顯示高程信息，并通過發(fā)光二極管顯示過高、適中、過低三種情形，便于直觀了解開溝臂作業(yè)狀態(tài)。另外，還用來顯示整車前進速度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度以及當前作業(yè)功率。
如圖2所示的開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括
激光系統(tǒng)90，用于按照施工要求向開溝鋪管機提供開溝坡降參考面和開溝深度監(jiān)測；
數(shù)據(jù)處理與控制中心5，用于信號采集，數(shù)據(jù)計算，控制算法及控制決策等。；
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，用于建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度，檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；遺傳算法模塊，用于運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光系統(tǒng)還用于使用激光發(fā)射器作為光源用于向激光接收器提供設(shè)定坡降的參考激光平面；所述激光接收器用于測量自身相對激光平面所在的高低位置，并將高程信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心。所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括傾角傳感器，用于測量當前開溝臂的姿態(tài)信息；控制驅(qū)動模塊，用于將控制信息傳送給動力傳動軸和行走驅(qū)動馬達；轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器，用于獲取動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息；測速傳感器，用于獲取開溝鋪管機前進速度信息；無線接收模塊，用于向數(shù)據(jù)處理與控制中心實時傳輸動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息。所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊還包括網(wǎng)絡(luò)類型確定和結(jié)構(gòu)選擇單元，用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行選擇與設(shè)計，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；訓(xùn)練樣本單元，用于形成所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，遺傳算法模塊還包括染色體單元，用于進行染色體的編碼、解碼方法的運算；目標函數(shù)單元，用于建立目標函數(shù)；適應(yīng)度函數(shù)單元，用于進行適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計； 算子設(shè)計單元，用于進行選擇、交叉和變異算子的設(shè)計。如圖3所示開溝鋪管機在開溝作業(yè)自適應(yīng)控制過程中，控制過程大致可以分為以下幾個步驟步驟100，根據(jù)施工要求確定開溝鋪管機的開溝坡降和開溝深度；步驟200，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度， 檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；步驟300，運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值(可得到一組或多組)，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；步驟400，按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法流程圖如附圖4所示?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法來實現(xiàn)該系統(tǒng)的控制過程分為以下幾個步驟1.利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型由于開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率之間沒有明確的計算方法或經(jīng)驗公式，故采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立它們之間的關(guān)系模型。主要由以下步驟構(gòu)成1. 1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的選擇與設(shè)計與其他傳統(tǒng)模型相比，BP(前饋型反向傳播算法)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用最廣泛、效果較好的方法，它有更好的持久性和實時預(yù)報性。就本系統(tǒng)而言，可以構(gòu)造如附圖5所示的三層 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，隱層的傳遞函數(shù)采用正切Sigmoid函數(shù)，最后一層神經(jīng)元采用purelin型函數(shù)，整個網(wǎng)絡(luò)輸出可以取任意值。為了避免神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過擬合，一般有如下的經(jīng)驗規(guī)則N/TW ^ 1(1-1)式中N——訓(xùn)練樣品數(shù)量；Tff——網(wǎng)絡(luò)中連接權(quán)重(包括偏置)的總數(shù)。該模型的輸入節(jié)點有三個刀鏈回轉(zhuǎn)速度、開溝鋪管機前進速度、開溝深度，隱含層4個節(jié)點(隱含層節(jié)點數(shù)目的計算是有經(jīng)驗公式的，具體選擇時還需要經(jīng)過測試得到。這里的四個節(jié)點是通過試驗計算反饋得到)，輸出節(jié)點為最優(yōu)的挖掘功率。1.2產(chǎn)生數(shù)據(jù)樣本集在給定的開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，通過不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度同時根據(jù)檢測的挖掘功率來構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本。1.3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練借助Matlab的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，采用共軛梯度學(xué)習(xí)算法(對應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的函數(shù)trainscg)；通常訓(xùn)練過程目標誤差設(shè)為0. 01。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)設(shè)的訓(xùn)練步數(shù)為2000。 對網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和預(yù)測過程進行求解，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)大量學(xué)習(xí)樣本的訓(xùn)練后，即能構(gòu)成正確反映輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)的關(guān)系模型。Pw = f(v1 v2, V3)(1-2)其中PW為挖掘功率，V1為開溝深度，V2為刀鏈回轉(zhuǎn)速度，V3為開溝鋪管機前進速度。采用Matlab接口軟件自動生成dll動態(tài)鏈接庫，嵌入VB軟件中，構(gòu)成實時計算模型。2.遺傳算法確定全局最優(yōu)解所在區(qū)域建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型后，這一步驟是按遺傳算法，通過輸入給定的期望挖掘功率值，求出在設(shè)定的開溝深度條件下刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的最優(yōu)匹配值，以最大程度逼近給定期望挖掘功率。主要由以下步驟構(gòu)成2. 1染色體的編碼、解碼方法
首先確定開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度各分割為多少個子區(qū)間 (等分)，假如舉例挖溝深度為0. 7 2m，工作速度0. 1 2km/h，刀鏈回轉(zhuǎn)速度0. 7 7. Om/ s各劃分256區(qū)間(等分)，則總共劃分768個區(qū)間，其中開溝深度的256個區(qū)間是設(shè)定的確定值只參與計算，不參與選擇、交叉、變異等優(yōu)化過程，則假設(shè)均勻分割為N個子區(qū)間(如例N = 768)。染色體(ChromosomeU = X1X2……xN的長度設(shè)定為子區(qū)間數(shù)N，染色體的每一位Xi(即基因)代表一個子區(qū)間，每一個基因Xi的所有取值(即等位基因)為“1”、“0”， 如果染色體的某一位(即基因)取為“1”，表示該子區(qū)間參與挖掘功率計算，如果染色體的某一位(即基因)取為“0”，表示該子區(qū)間不參與計算挖掘功率。把所有的基因^ci排列在一起的二進制符號串X，就代表一個個體的染色體，如下所示
權(quán)利要求
1.一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括步驟100，根據(jù)施工要求確定開溝鋪管機的開溝坡降和開溝深度；步驟200，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度，檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；步驟300，運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；步驟400，按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
2.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟100還包括: 步驟110，使用激光發(fā)射器作為光源用于向激光接收器提供設(shè)定坡降的參考激光平面；所述激光接收器用于測量自身相對激光平面所在的高低位置，并將高程信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心。
3.如權(quán)利要求2所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟110還包括 步驟111，獲取當前開溝臂的姿態(tài)信息；步驟112，將控制信息傳送給動力傳動軸和行走驅(qū)動馬達；步驟113，動力傳動軸運動關(guān)聯(lián)刀鏈回轉(zhuǎn)速度與作業(yè)功率，獲取動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息，動力傳動軸的輸入轉(zhuǎn)速由液壓調(diào)速裝置調(diào)整；步驟114，行走驅(qū)動馬達運動關(guān)聯(lián)開溝鋪管機前進速度，獲取前進速度信息；步驟115，將動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息通過無線傳輸裝置傳送至數(shù)據(jù)處理與控制中心，同時將前進速度信息傳送至數(shù)據(jù)處理與控制中心。
4.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟200還包括 步驟210，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行選擇與設(shè)計，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；步驟220，形成所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集；步驟230，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。
5.如權(quán)利要求I所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法，其特征在于，步驟300還包括步驟310，進行染色體的編碼、解碼方法的運算；步驟320，建立目標函數(shù)；步驟330，進行適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計；步驟340，進行選擇、交叉和變異算子的設(shè)計。
6.一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括激光系統(tǒng)，用于按照施工要求向開溝鋪管機提供開溝坡降參考面和開溝深度監(jiān)測； 數(shù)據(jù)處理與控制中心，用于信號采集，數(shù)據(jù)計算，控制算法等，并對驅(qū)動馬達和深度調(diào)節(jié)液壓缸發(fā)出控制信號；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，用于建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度，檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、 刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；遺傳算法模塊，用于運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
7.如權(quán)利要求6所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述激光系統(tǒng)還用于使用激光發(fā)射器作為光源用于向激光接收器提供設(shè)定坡降的參考激光平面；所述激光接收器用于測量自身相對激光平面所在的高低位置，并將高程信號發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理與控制中心。
8.如權(quán)利要求6所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括傾角傳感器，用于測量當前開溝臂的姿態(tài)信息；控制驅(qū)動模塊，用于將控制信息傳送給動力傳動軸和行走驅(qū)動馬達；轉(zhuǎn)速和扭矩傳感器，用于獲取動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信息；測速傳感器，用于獲取開溝鋪管機前進速度信息；無線接收模塊，用于向數(shù)據(jù)處理與控制中心實時傳輸動力傳動軸的轉(zhuǎn)速以及扭矩信肩、O
9.如權(quán)利要求6所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊還包括 網(wǎng)絡(luò)類型確定和結(jié)構(gòu)選擇單元，用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行選擇與設(shè)計，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；訓(xùn)練樣本單元，用于形成所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本集；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，用于對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。
10.如權(quán)利要求6所述的作業(yè)功率自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，遺傳算法模塊還包括染色體單元，用于進行染色體的編碼、解碼方法的運算；目標函數(shù)單元，用于建立目標函數(shù)；適應(yīng)度函數(shù)單元，用于進行適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計；算子設(shè)計單元，用于進行選擇、交叉和變異算子的設(shè)計。
11.一種開溝鋪管機，其特征在于，包括權(quán)利要求6-10所述的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明為一種開溝鋪管機作業(yè)功率自適應(yīng)控制方法包括一，根據(jù)施工要求確定開溝鋪管機的開溝坡降和開溝深度；二，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，在給定開溝深度條件下，檢測刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率，并不斷改變開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度，檢測相應(yīng)的挖掘功率，綜合一定數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立開溝深度、刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度與挖掘功率關(guān)系模型；三，運用遺傳算法尋優(yōu)，在開溝深度線性變化條件下，確定以最大程度逼近給定期望挖掘功率的刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度的匹配值，按開溝鋪管機前進速度優(yōu)先原則取其中一組最優(yōu)值；四，按最優(yōu)匹配值控制刀鏈回轉(zhuǎn)速度和開溝鋪管機前進速度。
文檔編號G05B13/04GK102540886SQ201110442098
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者張小超, 王麗麗, 胡小安, 趙化平 申請人:中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院, 北京天順長城液壓科技有限公司