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

Полный текст

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 Δt, c отклонениями не более ±Δ, 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. 1 2 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 G(t), выдаваемого за промежутки времени Δt, c отклонениями не более ± Δ [5]: G(t) = (1) (2) где - реализация значения расхода в интервале - ( - заданное значение расхода; Δ - допускаемое отклонение. Для определения теоретических предпосылок анализа качества регулирования при воздействии стохастического возмущения Q (t), рассматривается тенденция изменения значения среднеквадратического отклонения объема материала в последовательных участках потока за интервалы времени Δt, допуская, что спектральная плотность отклонений S(ω) = (белый шум) [6]: = А . (3) Очевидно, что с увеличением Δt значение коэффициента вариации ν, который используется для оценки точности, будет иметь вид [7]: , (4) ν = , (5) где - среднее значение расхода; - случайная величина. Подобная оценка в начале участка шкалы Δt остаточно хорошо соотносится с экспериментальными данными. При прохождении такого сигнала через инерционное звено с К = Δt и Т=0,5 Δt получается аналогичный результат: = А . (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 (t) и случайного сигнала Q(t). Рис. 2. Структурная схема регулирования рабочего сечения дозатора автоматического устройства для дифференцированного внесения удобрений При прохождении случайного сигнала через систему с передаточной функцией [7] (7) происходит существенное ослабление высокочастотных составляющих. Для характеристики степени ослабления необходимо использовать величину эффективной полосы пропускания: = . (8) Сигналы с ω > практически не проходят через систему и не влияют на процесс. Таким образом, при поставленных условиях к (при заданном Δ необходимо, чтобы: « Δ , (9) где Δ - заданный интервал времени, при котором дисперсия не больше ; - дисперсия при том же интервале без автокоррекции. При высоких требованиях к точности дозирования, соответствующих формуле (2) и при Δ ≤ 10 , необходимо применение преобразователей с малыми значениями (времени дифференцирования),что позволит расширить .Тогда для соблюдения условия (2) необходимо увеличивать быстродействие и других звеньев, что приведет к увеличению и уменьшению и, как следствие, к снижению запаса устойчивости системы. Однако величина в нашей схеме есть интервал, через который регулирующее воздействие влияет на поток материала. Тогда для обеспечения условия (2) необходимо, чтобы « Δ . Эффективная полоса пропускания в данном случае будет равна: = = . (11) 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 Δt. Оценку качества регулирования рабочего сечения следует определять при условии подачи на входы системы заданной функции (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 , что позволит расширить полосу пропускания . Эффективная полоса пропускания, гарантирующая устойчивость системы, составит

Об авторах

Михаил Александрович Кузнецов

ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА

Email: alexsys-7@mail.ru
ст. преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация АПК» 446442, Самарская область, п.г.т. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2

Список литературы

Дополнительные файлы