Научная статья на тему 'ОЦЕНКА ТОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛАТФОРМЕ ИНС'

ОЦЕНКА ТОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛАТФОРМЕ ИНС Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
3
0
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
теоретический / анализ / автоматическое / регулирование / точное / земледелие / theoretical / analysis / automatic / control / accuracy / agriculture

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Кузнецов Михаил Александрович

Цель исследования – улучшить качественные показатели сельскохозяйственных машин при их дальнейшем совершенствовании и проектировании. Неравномерность распределения различных доз минеральных удобрений поразному влияет на потери урожая. При внесении оптимальных доз потери урожая от неравномерности рассева удобрений увеличиваются в результате недобора на недостаточно удобренных участках, а также из-за полегания растений на участках, получивших избыточную дозу питательных веществ. При этом проблема обеспечения точного вождения агрегатов для внесения удобрений еще более обостряется с увеличением ширины захвата современной высокопроизводительной высокотехнологичной техники. Система дифференцированного внесения удобрений, созданная на платформе инерционной навигационной системы (ИНС), как альтернатива GPS-навигации в системе точного земледелия, позволит с меньшими затратами и большей точностью выполнять сельскохозяйственные операции по внесению удобрений. При предъявлении требований к точности регулирования обоснована длительность интервала, по отношению к которому должна обеспечиваться заданная точность. Как теоретические предпосылки анализа качества регулирования при воздействии стохастического возмущения Q(t) рассмотрены тенденции изменения значения среднеквадратического отклонения объема материала в последовательных участках потока за интервалы времени Δt. Оптимальный выбор, с точки зрения качества регулирования рабочего сечения, рассматривается при условии подачи на входы системы заданной функции зад (t) и случайного сигнала Q(t). Выработаны рекомендации по применению преобразователей с малыми значениями времени дифференцирования ТД, что позволит расширить полосу пропускания п . Эффективная полоса пропускания, гарантирующая устойчивость системы, составит п = .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Кузнецов Михаил Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ESTIMATION OF AUTOMATIC REGULATION SYSTEM ACCURACY PARAMETERS OF DIFFERENTIAL FERTILIZER ON THE INS PLATFORM

The purpose of the study is to improve the quality characteristics of traded agricultural machines with their further improvement and design. The uneven distribution of mineral different doses as a different effect on yield losses. When making optimal dose of yield loss from uneven fertilizer sieving increase as a result of a shortage on under-fertilized plots, as well as due to lodging of plants on plots that received excessive dose of nutrients. Thus the problem of providing accurate driving units for fertilizer is further exacerbated with increasing width of modern high-performance high-tech equipment. The system of differential fertilizer created on the platform of an inertial navigation system (INS), as an alternative to GPS navigation in the system of precision farming will allow lower cost and greater accuracy to perform agricultural operations for fertilization. In appointing the accuracy requirements of regulation was justified the length of the interval for which should be a given accuracy. As the theoretical assumptions of the analysis of the quality of regulation when exposed to stochastic perturbations Q(t), examined the trend deviation of the volume of material in successive portions of the stream at time intervals Δt. An optimal choice from the point of view of the quality of regulation of the working section, was considered subject to the submission to the inputs of the system given function Qass (t) and random signal Q(t). Recommendations on the use of converters with small values of time differentiation CD that will allow you to expand the bandwidth ωn. The effective bandwidth will be ωn= 4π/3 .

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА ТОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛАТФОРМЕ ИНС»

1к - общая рабочая длина катушки высевающего аппарата, м.

Учитывая, что катушка состоит из трех дисков, принимаем

Па.с. =4 • г • П • О)! • (¿р + £) • Од + h) • I • С, (14)

Подставим формулы (12) и (14) в формулу (2):

( 1\ /

Пв.а. =2 • П • Y • I • h • ос! • ( ip + 2J • I 2 • Гд + h---— I +

+4 • л • у • ш! • ( ip + • (гд + h) • / •С. (15)

Сделав ряд преобразований, получаем

Пв.а. =4 • 7Г • у • I • h • • ^ip +i) •(гд +-2 - ^ + Г-ДС + c). (16)

Заключение. Таким образом, были определено, что основными конструктивными параметрами высевающего аппарата, влияющими на его теоретическую подачу, являются диаметр и ширина штифтовых дисков без штифтов, высота и диаметр штифтов, а также расстояние от клапана до края штифтов. Технологическими параметрами являются частоты вращения штифтовых дисков.

Библиографический список

1. Крючин, Н. П. Оптимизация конструктивно-технологических параметров высевающего аппарата дисково-щеточного типа, влияющих на равномерность высева / Н. П. Крючин, С. В. Вдовкин, П. В. Крючин // Достижение науки агропромышленному комплексу : сб. науч. тр. - Кинель : РИЦ СГСХА, 2014. - С. 287-291.

2. Пат. №2412578 Российская Федерация. Высевающий аппарат / Петров А. М., Васильев С. А., Петров М. А., Зелева Н. В. - № 2009140536/21 ; заявл. 02.11.09 ; опубл. 27.02.11, Бюл. №6. - 3 с.

3. Пат. №2473200 Российская Федерация. Высевающий аппарат / Петров А. М., Сыркин В. А., Васильев С. А. [и др.]. -№ 2011122286/13; заявл. 01.06.11 ; опубл. 27.01.13, Бюл. №3. - 7 с. : ил.

4. Петров, А. М. Разработка дисково-ленточного высевающего аппарата селекционной сеялки / А. М. Петров, Н. В. Зе-лева // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2009. - №3. - С. 29-32.

5. Петров, А. М. Теоретическое обоснование конструктивных и теоретических параметров дисково-ленточного высевающего аппарата / А. М. Петров, Н. В. Зелева // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - №3 - С. 3-9.

6. Сыркин, В. А. Обоснование конструкционно-технологической схемы катушечно-штифтового высевающего аппарата / В. А. Сыркин, А. М. Петров, С. А. Васильев // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. -2011. - №3. - С. 44-46.

7. Сыркин, В. А. Разработка катушечно-штифтового высевающего аппарата для селекционной сеялки ССНП-16 / А. М. Петров, В. А. Сыркин // Вклад молодых ученых в аграрную науку Самарской области : сб. науч. тр. - Самара, 2011. - С. 105-107.

УДК 631.371

ОЦЕНКА ТОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ПЛАТФОРМЕ ИНС

Кузнецов Михаил Александрович, ст. преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.

446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2.

E-mail: alexsvs-7@mail.ru

Ключевые слова: теоретический, анализ, автоматическое, регулирование, точное, земледелие.

Цель исследования - улучшить качественные показатели сельскохозяйственных машин при их дальнейшем совершенствовании и проектировании. Неравномерность распределения различных доз минеральных удобрений по-разному влияет на потери урожая. При внесении оптимальных доз потери урожая от неравномерности рассева удобрений увеличиваются в результате недобора на недостаточно удобренных участках, а также из-за полегания растений на участках, получивших избыточную дозу питательных веществ. При этом проблема обеспечения точного вождения агрегатов для внесения удобрений еще более обостряется с увеличением ширины захвата современной высокопроизводительной высокотехнологичной техники. Система дифференцированного внесения удобрений, созданная на платформе инерционной навигационной системы (ИНС), как альтернатива GPS-навигации в системе точного земледелия, позволит с меньшими затратами и большей точностью выполнять сельскохозяйственные операции по внесению удобрений. При предъявлении требований к точности регулирования обоснована длительность интервала,

по отношению к которому должна обеспечиваться заданная точность. Как теоретические предпосылки анализа качества регулирования при воздействии стохастического возмущения Q(t) рассмотрены тенденции изменения значения среднеквадратического отклонения объема материала в последовательных участках потока за интервалы времени At. Оптимальный выбор, с точки зрения качества регулирования рабочего сечения, рассматривается при условии подачи на входы системы заданной функции <^зад (t) и случайного сигнала Q(t). Выработаны рекомендации по применению преобразователей с малыми значениями времени дифференцирования Тд, что позволит расширить полосу

пропускания шп. Эффективная полоса пропускания, гарантирующая устойчивость системы, составит шп = —.

Зт

Неравномерность распределения различных доз минеральных удобрений по-разному влияет на потери урожая. При внесении оптимальных доз потери урожая увеличиваются от неравномерности рассева удобрений, в результате недобора на недостаточно удобренных участках, а также из-за полегания растений на участках, получивших избыточную дозу питательных веществ [1]. При этом проблема обеспечения точного вождения агрегатов для внесения удобрений еще более обостряется с увеличением ширины захвата современной высокопроизводительной техники [5]. Таким образом, при работе без технологической колеи отсутствие устройств точного вождения ведет к нарушению оптимального перекрытия смежных проходов и огрехам, что существенно повышает неравномерность распределения удобрений по полю [3]. Это приводит к отклонению фактически вносимых доз от заданных на участках с двойной обработкой и огрехах, потерям удобрений, снижает эффективность их применения, урожайность и качество сельскохозяйственной продукции.

Цель исследования - улучшить качественные показатели сельскохозяйственных машин при их дальнейшем совершенствовании и проектировании.

Задача исследования - определение теоретических предпосылок качества регулирования потока с целью поддержания подачи заданного количества материала G(t), выдаваемого за промежутки времени At, c отклонениями не более ±Д, гарантирующими устойчивость автоматической системы дифференцированного внесения удобрений.

Материалы и методы исследований. При внедрении и популяризации в мировом аграрном земледелии точного земледелия с дифференцированным внесением удобрений на участки поля, имеющие различное плодородие [4] рассматриваются два основных способа: внесение в режиме on-line (режим реального времени) и внесение в режиме off-line (с предварительно подготовленной картой поля). В случае авторов работа по дифференцированному внесению удобрений производится способом off-line, т.е. первоначально создается электронная карта поля по обеспеченности почвы химическими элементами питания [1]. Данные электронной карты экспортируются в систему дифференцированного внесения удобрений, созданную на платформе инерционной навигационной системы (ИНС), как альтернативу GPS-навигации в системе точного земледелия, и смонтированную на с.-х. агрегате. На рисунке 1 показан электропривод экспериментального автоматического устройства для дифференцированного внесения удобрений на платформе ИНС [2]. Бортовой микропроцессор считывает данные с электронной карты и выдает команды на электропривод автоматического устройства.

Рис. 1. Электропривод экспериментального автоматического устройства для дифференцированного внесения удобрений: 1 - реверсивный электродвигатель привода с редуктором; 2 - ромбовидный механизм перемещения заслонки

Результаты исследований. Задача автоматического устройства для дифференцированного внесения удобрений - обеспечение расхода регулируемым потоком с целью поддержания подачи заданного количества материала выдаваемого за промежутки времени Д^ с отклонениями не более ± Д [5]:

С(1) = Q(t)dt, (1)

< ±л, (2)

где Q(£) - реализация значения расхода в интервале - (£( + ЛЬ) ; Qзад(t) - заданное значение расхода; Д - допускаемое отклонение.

Для определения теоретических предпосылок анализа качества регулирования при воздействии стохастического возмущения О (I), рассматривается тенденция изменения значения среднеквадратического отклонения объема материала в последовательных участках потока за интервалы времени Д^ допуская, что спектральная плотность отклонений Б(ы) = А2 (белый шум) [6]:

I- ьиЖ-

^ )2 "» = ■ (3)

Очевидно, что с увеличением Д: значение коэффициента вариации V, который используется для оценки точности, будет иметь вид [7]:

Сс.р = Яс.р Д £ , (4)

V = —, (5)

(7с.Р w

где (ср - среднее значение расхода; А - случайная величина.

Подобная оценка в начале участка шкалы Д: остаточно хорошо соотносится с экспериментальными данными. При прохождении такого сигнала через инерционное звено с К = Д: и Т=0,5 Д: получается аналогичный результат:

* = ^(7==)2 ^ ■ (6)

Идентичность результатов (3) и (6) дает возможность использования аппроксимирующих значений передаточных функций для анализа систем регулирования на случайные возмущения. Исходя из формул (3), (5), можно сделать вывод, что при предъявлении требований к точности регулирования необходимо обосновать длительность интервала, по отношению к которому должна обеспечиваться заданная точность [3]. Анализ качества регулирования на стохастическое возмущение производится при условии обеспечения устойчивости системы. Рассмотрим структурную схему системы (рис. 2). Оптимальный выбор, с точки зрения качества регулирования рабочего сечения, должен рассматриваться при условии подачи на входы системы заданной функции ((зад (I) и случайного сигнала О(1).

Рис. 2. Структурная схема регулирования рабочего сечения дозатора автоматического устройства для дифференцированного внесения удобрений

При прохождении случайного сигнала через систему с передаточной функцией [7]

П(р) = Щ (7)

происходит существенное ослабление высокочастотных составляющих. Для характеристики степени ослабления необходимо использовать величину эффективной полосы пропускания:

^=ъгщ /; * тга ■ (8)

Сигналы с ы > соП практически не проходят через систему и не влияют на процесс. Таким образом, при поставленных условиях к о (при заданном Д 1зад) необходимо, чтобы:

То « Д^заа^ , (9)

и \

ф

где Дьзад - заданный интервал времени, при котором дисперсия не больше й зад; Иф- дисперсия при том

же интервале без автокоррекции.

При высоких требованиях к точности дозирования, соответствующих формуле (2) и при

Дьзад < 10— , необходимо применение преобразователей с малыми значениями ТД (времени дифференци-

ф

рования),что позволит расширить и>п .Тогда для соблюдения условия (2) необходимо увеличивать

быстродействие и других звеньев, что приведет к увеличению КоКр и уменьшению Т и, как следствие, к

снижению запаса устойчивости системы. Однако величина т в нашей схеме есть интервал, через который регулирующее воздействие влияет на поток материала. Тогда для обеспечения условия (2) необходимо, чтобы т « Д£зад. Эффективная полоса пропускания в данном случае будет равна:

8 Sn2 —

-С( tJ )2 4П ( )

шп =-^-= ^ . (11)

2

Из сопоставления (8) и (11) видно, что в последнем случае эффективная полоса пропускания в 2,5 раза больше. Это обстоятельство весьма важно для решения поставленной задачи.

Заключение. В качестве гипотезы анализа качества регулирования при воздействии стохастического возмущения Q(t) рассмотрена тенденция изменения значения среднеквадратического отклонения объема материала в последовательных участках потока за интервалы времени Д1 Оценку качества регулирования рабочего сечения следует определять при условии подачи на входы системы заданной функции Q^ (t) и случайного сигнала Q(t). При предъявлении требований к точности регулирования системы была обоснована длительность интервала, через который регулирующее воздействие влияет на поток материала, по отношению к которому должна обеспечиваться заданная точность. Рекомендовано применение преобразователей с малыми значениями времени дифференцирования Тд, что позволит расширить полосу пропус-

кания шп. Эффективная полоса пропускания, гарантирующая устойчивость системы, составит шп = — .

Библиографический список

1. Бикбулатова, Г. Г. Технология точного земледелия // Омский научный вестник. - 2008. - №2 (71). - С. 46-49.

2. Доросинский, Л. Г. Основы и принципы построения инерциальных навигационных систем / Л. Г. Доросинский, Л. А. Богданов // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - №5. - С. 49-54.

3. Луханин, В. А. Методика оптимизации параметров центробежного аппарата для распределения минеральных удобрений / В. А. Луханин, В. А. Черноволов, Т. М. Ужахов // Совершенствование технологических средств в растениеводстве : межвузовский сб. науч. трудов. - Зерноград : ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. - С. 27-34.

4. Милюткин, В. А. Система механизации мониторинга и управления плодородием почвы в режиме ON-LINE /

B. А. Милюткин, М. А. Канаев, М. А. Кузнецов // Известия Самарской сельскохозяйственной академии. - 2013. - №3. -

C. 34-39.

5. Михайленко, И. М. Управление системами точного земледелия : монография / И. М. Михайленко. - СПб. : Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2005. - 231 с.

6. Нестационарные системы автоматического управления: анализ, синтез и оптимизация : монография / Под ред. К. А. Пупкова и Н. Д. Егупова. - М. : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. - 632 с.

7. Пешехонов, А. А. Автоматическое управление расходом сыпучих материалов : монография. - СПб. : СПбГТИ(ТУ), 2006. - 110 с.

УДК 631.431

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОЧВЕННОГО ПРОБООТБОРНИКА

Нугманов Сергей Семенович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.

446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Спортивная, 10. E-mail: nugmanov ss@ssaa.ru.

Гриднева Татьяна Сергеевна, канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.

446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Спортивная, 10. E-mail: t-grid@mail.ru.

Васильев Сергей Иванович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Электрификация и автоматизация АПК», ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА.

446442, Самарская обл., п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Спортивная, 10. E-mail: si vasilev@mail.ru.

Ключевые слова: пробы, почвы, пробоотборник, ненарушенная, структура.

Цель исследования - совершенствование технических средств для отбора образцов почвы при проведении полевых исследований. Существующие устройства для отбора проб почвы можно разделить на устройства для отбора с нарушенной структурой или ненарушенной. Предложенная авторами конструкция пробоотборника позволит отбирать образцы почвы с ненарушенной структурой. В разработанной конструкции формирование заключенного в пробоотборнике образца происходит за счет извлечения устройства из почвенной скважины, определение

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.