Повышение качества технологических процессов мобильных сельскохозяйственных машин при автоматизации управления их работой: На примере операций возделывания сахарной свеклы

Актуальность проблемы. Сахарная свекла является основным сырьем для производства сахара в России, в связи с чем для достижения продовольственной безопасности сельскохозяйственные предприятия страны должны в ближайшие годы выйти на уровень производства, превышающий 3.1 млн. тонн сахара в год с учетом его ежегодного потребления около 5,0−5,5 млн.тонн. Задача не из легких, если учесть, что сахарная свекла все еще остается наиболее трудоемкой культурой земледелия, требующей при возделывании больших затрат ручного труда, а при механизированной уборке ботвы и корней значительная часть урожая теряется из-за несовершенства машин и их рабочих органов.

Задачи механизации свекловодства на основе автоматизации наиболее трудоемких производственных процессов требуют своего решения, а модернизация машин и механизмов на основе известных в сельскохозяйственной автоматике методов и технических средств не дает желаемого. эффекта. При этом на общем фоне автоматизации производственных процессов в промышленности особую актуальность приобретает создание на основе электроники и вычислительных технологий новых машин для свекловодства, их рабочих органов и систем управления. Разработка принципиально новых подходов к созданию рабочих органов и машин для полеводства, равно как принципов управления имипервостепенная задача сегодняшнего дня. Поэтому даже в условиях экономической нестабильности целесообразность и приоритетность автоматизации технологических процессов возделывания различных сельскохозяйственных культур и наиболее трудоемкой из них — сахарной свеклы, бесспорны.

В этой связи если автоматика в определенном смысле представляется «как совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного технологического процесса, а технологический процесс возделывания сахарной свеклы состоит из ряда операций, требующих качественного их выполнения, то автоматизация производственных процессов в свекловодстве сводится к ведению технологических операций с обоснованными с фактическим состоянием материалов параметрами или к автоматизированному изменению этих параметров в ходе осуществления рабочих процессов.

Поскольку материалом при возделывании сахарной свеклы являются семена при их посеве, всходы растений в рядках — при прореживании и междурядной обработке ботвы и корней, а качественное ведение технологических операций как с обоснованными параметрами, так и при автоматизированном их изменении в ходе технологического процесса требует установления оптимальных параметров рабочих органов, машин и их режимов работы, то такие параметры требуют определенных исследований и «вычисления» их исходя из реальных условий оптимума. Рациональные параметры рабочих процессов могут быть установлены заранее как некоторые параметры рабочих органов и режимов их работы путем определения последних по результатам предварительных расчетов или могут быть определены по известным признакам и установлены автоматически в ходе рабочих процессов. При этом в пределах имеющихся возможностей инженеров аграрного производства для определения зависимостей между физическими и математическими свойствами обрабатываемых материалов и параметрами машин и их рабочих органов, а также режимами работы моделирование рабочих процессов и технологических операций возделывания сахарной свеклы рассматривается как наиболее доступный и дешевый метод исследований.

В связи с этим разработка общих принципов автоматизации производственных процессов в полеводстве, как и разработка принципов моделирования рабочих процессов с учетом вероятностной природы условий функционирования их рабочих органов, является актуальной.

Несмотря на ряд выполненных в этом направлении работ, задачи моделирования рабочих процессов мобильных сельскохозяйственных машин с непосредственным моделированием случайных явлений на их рабочих органах, равно как и автоматизация сельскохбзяйственной машины путем формирования управляющих воздействий на мобильную машину в зависимости от эффективности протекания технологических операций на рабочих органах, здесь решается впервые.

Целью работы является повышение качества технологических процессов мобильных сельскохозяйственных машин при автоматизации управления их работой на основе зависимостей между физическими и математическими свойствами объектов и сред и механикой машин полученными методами статистического моделирования рабочих процессов.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие основные задачи: разработать модели и реализовать исследования технологических процессов и операций с целью определения наиболее узких мест для целенаправленного изменения элементов конструкций машин, параметров рабочих органов и введения при необходимости технических средств автоматикиоптимизировать отдельные рабочие процессы путем определения оптимальных Или близких к оптимальным технологических параметров машин или конструкций их рабочих органов и режимов их работы;

Разработать общие # принципы управления рабочими органами, силовыми агрегатами и мобильной машиной в целом через бортовую вычислительную систему с целью автоматизации? технологического процесса, выбранного в качестве приоритетногоопределить для рабочих процессов посева семян, прореживания всходов, междурядной обработки растений обрезки ботвы свеклы и уборки корней характерные особенности и разработать общую методологию моделирования технологических процессов и операций сельхозмашин независимо от среды реализации моделейразработать новые конструктивные схемы, рабочие органы и системы управления мобильными сельскохозяйственными машинами для совершенствования процессов возделывания сахарной свеклыразработать комплекс устройств для автоматизированного регулирования и управления оборотами рабочих органов мобильных сельскохозяйственных машин при различных режимах и условиях их эксплуатацииразработать и обосновать приемы обеспечения надежности технологических процессов путем распространения единой системы автоматического управления на всю сельскохозяйственную машину, обеспечивающую управление всей мобильной машиной в зависимости от эффективности протекания технологических операций на рабочих органах.

Научную новизну работы составляют разработанные автором методологические основы моделирования процессов посева семян, прореживания всходов, междурядной обработки растений, обрезки ботвы свеклы и уборки ее корней как технологических процессов возделывания полевых культур, связанных: с одновременным моделированием случайных величин и случайных процессов в ходе машинных экспериментов по их заданным вероятностным или статистическим характеристикамс реализацией на моделирующей машине логического содержания преобразований из исходного состояния материалов в их конечное состояние с учетом случайных процессов движения рабочих органов и других факторов условий функционирования сельскохозяйственных машин в ходе технологических операцийс измерениями и идентификацией процессов, протекающих в ходе технологических операций реальной машины и в моделирующих блоках вычислительных машинметодология определения рациональных параметров рабочих органов машин и процессов, а также приоритетность автоматизации технологических процессов из их последовательностей при возделывании культур на основе зависимостей между физическими и математическими свойствами объектов и сред и механикой машин, полученных на основе машинных экспериментов (методами статистических испытаний) — основы принципов построения систем управления положениями рабочих органов машин для обработки растений пропашных культурметодология формирования управлений рабочими органами, силовыми агрегатами и всей машиной в целом в зависимости от пройденного пути, состояния обрабатываемого материала, полноты реализации технологических операций и в зависимости от состояний машины и ее рабочих органовметоды, процедуры и алгоритмы решения задач по обеспечению технологической надежности рабочих процессов мобильных машин, используемых при возделывании различных сельскохозяйственных культур путем распространения в ней единой системы автоматического управления воздействия для эффективного ведения технологических операций рабочими органами при изменениях состояний обрабатываемого материала и случайных воздействий.

Практическую ценность работы представляют: модели рабочих процессов возделывания сахарной свеклы: посева семян, прореживания всходов, междурядной обработки растений, обрезки ботвы и уборки корней, связывающие в динамических режимах исходное и конечное состояния обрабатываемых материалов, параметров конструкций рабочих органов и режимов их работы и работы машин, а также конструктивные параметры устройств автоматического управлениясовокупность показателей — результатов исследований рабочих процессов на моделях, рациональные схемы, конструктивные параметры и конструкции рабочих органов для посева семян, прореживания всходов, междурядной обработки растений, копирования рядков и извлечения корней свеклы из почвыпрактические рекомендации по моделированию технологических процессов сельскохозяйственных машин с непосредственным (прямым) моделированием случайных явлений при помощи вычислительных машин и элементов электроникисхемные решения и математические модели элементов и систем управления пропашных культиваторов и универсальной свекловичной машины, реализующей в зависимости от пройденного пути обработку при одном и том же проходе рабочих органов машин одновременно с четырех сторон защитных зон сохраняемых растенийметоды и алгоритмы выбора рациональных режимов работы сельскохозяйственных машин, при которых обеспечивается соблюдение агротехнических требований при обработке растений, а также конструкции рабочих органов и регулирующих устройств, позволяющих реализовать необходимые управления в автоматическом режиме при минимальных затратах энергии на управлениерекомендации по выбору параметров технологических процессов обоснованно с фактическим состоянием всходов растений, почвы и расположением корней свеклы в почвесхемные решения, математические и аналого-цифровые модели автоматизированных следящих и стабилизирующих систем рабочих органов мобильных сельскохозяйственных машин и приводов с и регуляторами агрегатного, электронного и программного типов, реализующие заданные законы регулирования;

Объектами исследований были выбраны технологические процессы возделывания сахарной свеклы, т. е. процессы посева семян, букетировки и автоматизированного прореживания всходов, междурядной обработки растений, обрезание ботвы свеклы на корню и уборка корней свеклы (процесс слежения за отклонениями корней в рядке и извлечение их из почвы отдельными рабочими органами), осуществляемые сельскохозяйственными машинами в процессе непрерывного движенияавтоматизированный культиватор для междурядной обработки всходов растений и автоматизированные приводы рабочих органов на основе планетарного редуктора с регуляторами агрегатного исполнения и гидрообъемной передачей (с аксиальным серводвигателем и насосом переменной производительности) с цифровым регулятором оборотов.

Реализация результатов исследования. Соответственно последовательности технологических процессов разработаны: высевающий аппарат (а.с. № 1 025 353), устройство для обнаружения растений (а.с. № 865 152), автоматический прореживатель культурных растений (а.с. № 822 777), система управления автоматическим прореживателем (а.с. № 843 794), автоматически настраиваемый в процессе движения универсальной свекловичной машины рабочий орган (а.с. № 1 020 014), устройство для автоматического поддержания заданной глубины хода рабочих органов сельхозмашины (а.с. № 1 045 828), системы для автоматической корректировки положения рабочих органов машин для междурядной обработки растений (а.с. №№ 1 186 096, 1 303 054, 1 412 612), устройство для регулирования скорости вращения вала дозатора (а.с. № 1 158 986) и ряд других устройств.

Результаты исследований, схемные решения, модели и проекты для создания универсальных свекловичных машин, а также автоматизированных рабочих органов и автоматизированных копир-датчиков головок корней корнеуборочных машин переданы НТО Минсельхозпрода РБ для реализации проектов на предприятиях Республики Башкортостан. При этом проекты посевных секций свекловичных сеялок переданы ОАО «Стерлитамаксельмаш» (г. Стерлитамак). Методика выбора рациональных параметров прореживания свеклы используется в свеклосеющих хозяйствах Республики Башкортостан. Техническая документация на изготовление автоматизированного привода в различных вариантах, а также с гидрообъемной передачей с цифровым управлением передана ОАО «Туймазинский завод автобетоновозов» (г. Туймазы).

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всесоюзных научно-технических конференциях «Инженерные проблемы кибернетики в сельском хозяйстве», проведенных в г. Ленинграде (Пушкин, 1974 г.), в г. Каунасе (1982г.), в г. Ереване (1987г.), в г. Минске (1989г.), на Международной научно-технической конференции в г.

Угличе Ярославской обл. (1997г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Башкирского государственного аграрного университета (1972;2000 гг.), Республиканских межотраслевых научно-технических конференциях по автоматизации и механизации трудоемких производственных процессов на предприятиях Республики Башкортостан (1984, 1987, 1992 гг.) и др.

Материалы исследований включены в книгу «Моделирование рабочих процессов и проектирование систем автоматического управления свекловичных машин» (Уфа, Изд-во БГАУ, 2001 г.) — в книгу-справочник «Памятка механизатору-свекловоду» (Уфа, Башкирское книжное издательство, 1981 г.) — в учебное пособие по дисциплине «Автоматизация производственных процессов сельского хозяйства» — «Автоматизированный привод рабочих органов мобильных сельхозмашин» (Уфа, Изд-во БГАУ, 2002 г.) для специальностей 311 300 — Механизация сельского хозяйства и 311 400 — Электрификация сельского хозяйства.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи разделов, кратких пояснений по экспериментальным исследованиям и рекомендации по использованию метода статических испытаний при исследованиях рабочих процессов мобильных сельскохозяйственных машин, заключения и общих выводов. Работа изложена на 428 страницах компьютерного текста (Word 98, шрифт № 14), содержит 147 рисунков и 6 таблиц.

Список литературы

включает в себя 271 наименование, 10 из которых на иностранных языках. В приложениях приведены документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований, копии авторских свидетельств и рекомендуемых к внедрению в производство результатов исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

На современном уровне развития науки и техники, вычислительных технологий задача изыскания рабочих органов сельскохозяйственных машин, обеспечивающих высокое качество выполнения производственных операций, может быть направлена на изыскание «рациональных форм» регулируемых в ходе технологических операций рабочих органов и их систем управления. При этом общий вектор управления направлен на качественное ведение рабочими органами операций единого технологического процесса и распространяется на всю машину.

Особенность рабочих процессов сельскохозяйственных машин их вероятностностатистическая природа позволяет рекомендовать метод статистических испытаний в качестве одного из основных методов исследования, когда совокупность учитываемых случайных и неслучайных факторов, как число независимых координат и объем вычислительных операций не становится чересчур большим, трудно обозримым и сложно анализируемым.

Метод статистических испытаний, при необходимости обеспечивает замену методов моделирования «черного ящика». При этом отпадает необходимость в описании их комплексом характеристик выходных признаков. Замена аналитических выражений некоторым моделирующим алгоритмом, позволяющим учесть большое число взаимодействующих и трудно контролируемых случайных по характеру переменных воздействий, определяющих ход протекания рабочего процесса мобильной сельскохозяйственной машины, позволяет решать задачи без введения предположений о стационарности изучаемых процессов.

Метод статистических испытаний отличается тем, что экспериментальное решение задачи в полевых или лабораторных условиях заменяется серией последовательно параллельных действий над случайными числами по схеме, обеспечивающей адекватность модели, т. е. в определенной среде осуществляется моделирование эксперимента. При этом представляется возможным: а) избежать трудностей, связанных с организацией и проведением многофакторного натурного эксперимента, сократив время на экспериментыб) использовать схему активного (интерактивного) эксперимента, многократно, в течение небольшого времени, воспроизводить опыты, сохраняя постоянными или варьируя параметрами изменяемых факторов при реализации схемы и модели интересующего экспериментального исследования.

В ходе разработки моделей рабочих процессов сельскохозяйственных машин необходимо придерживаться следующих основных положений:

1. Вероятностная модель при исследовании технологических процессов сельскохозяйственных машин, как любая другая модель, отражает лишь наиболее существенные признаки исследуемого процесса и его логическое содержание. Применение ее возможно только при использовании определенных допущений, направленных на схематизацию реального рабочего процесса при выделении наиболее характерных его особенностей. При этом учет всех факторов, влияющих на протекание рабочего процесса сельскохозяйственной машины, невозможенвыбор основных факторов неоднозначен, зависит также от изученности процесса исследователем.

2. Получаемые модели процессов, выполняемых сельскохозяйственными машинами, являются неоднозначными. Структура модели, как и аппаратура анализа результатов, определяется целями моделирования, выделенными и измеряемыми в процессе моделирования статистическими признаками и вследствие этого (а также согласно п. 1.) зависит от субъективного подхода и не всегда математически определенных условий агротехнических требований.

3. При исследованиях на моделях технологический процесс или технологическая операция сельскохозяйственной машины рассматривается как некоторая информационная система, структурно перерабатывающая сигналы преобразования материалов из исходного в его конечное состояние.

В структурных цепочках технологических процессов и операций машин передача информации без потерь и искажений сигналов позволяет развивать процесс преобразований в последующих элементах. Прекращение передачи соответствующих сигналов из-за необоснованного обрыва линии ее передачи или необоснованного искажения математической сути преобразований информации приводит к обрыву технологического процесса в модели или к искажению получаемых результатов. При этом рабочий орган сельскохозяйственной машины, воздействующий на почву, семена и растения, в ходе своего движения во времени и в пространстве представляется как некоторый оператор, может быть состоящий из отдельных параллельно-последовательно соединенных элементов-сегментов. Каждый отдельный оператор, несмотря на физическую природу сигналов, которые он перерабатывает, описывается математическими зависимостями с отдельными входными и выходными координатами.

При этом среда моделирования в виде электронных блоков, полунатурных моделей или программных решений не имеет существенного значения.

При моделировании рабочих процессов и операций сельхозмашин наиболее общие «существенные» их свойства исчерпываются при их разделении на блоки, характеризующие движение в горизонтальной, вертикальной плоскостях и технологической операции.

При исследовании систем по методу статистических испытаний с разделением технологических операций на отдельные сегменты элементами моделей являются обычные блоки математических операций (алгебраического сложения, умножения — деления, интегрирования, усилители) и элементы цифровой логики. При аналоговом моделировании интегратор с последовательно соединенным компаратором и ключом в обратной связи используется как универсальное измерительное устройство (универсальная «мера») с постоянно устанавливаемым или регулируемым детерменированно или по случайной зависимости пределами измерения различных по физической природе моделируемых величин.

Как показали выполненные опыты, метод статистического моделирования на аналого-цифровых машинах позволяет решать вопросы исследования самой техники эксперимента, приближая в ходе экспериментальных исследований процессы измерения и обработки данных при помощи схемотехники к аналогичным процессам, выполняемым в ходе управления рабочими операциями в натурных (полевых) условиях. При этом как бы стирается грань между натурными исследованиями и исследованиями на моделях по методу статистических испытаний.

При управлении различными процессами автоматизированной сельскохозяйственной машины для достижения единой цели — качественного ведения технологического процесса при любых изменениях внешних и внутренних воздействий так же, как и при моделировании технологических операций с воспроизведением стохастических процессов, возникают необходимости решения в системе управления на БВМ аналогичных задач связанных:

— с выполнением простых математических операций и определением математических моделейс численным интегрированием, сравнением, взвешиванием полученных значений, с выполнением нелинейных преобразований;

— с периодическим квантованием случайных сигналов;

— с определением статистических характеристик, в т. ч. корреляционных функций;

— с установлением на заданном отрезке усреднения результатов заданных значений, подобно, например | N |,| Л/У |, соответственно равных заданному числу растений на метре рядка и их допустимых отклонений;

— моделированием производящих функций и т. д.

При этом если при моделировании методами статистических испытаний случайные функции и последовательности случайных величин воспроизводятся моделированием теми или другими способами, то при реализации процессов управления в полевых условиях аналогичные случайные процессы и последовательности случайных чисел вводятся будучи непосредственно «снятыми» с протекающих в натуре процессов и последовательностей натуральных объектов после измерения датчиками их определенных признаков и идентификации параметров в подсистемах управляющего устройства.

Однако при проектировании управления по результатам моделирования могут возникнуть и не предусмотренные, заранее незапланированные эксперименты, направленные на определение не достающих зависимостей. В подобных случаях, исследование одного и того же процесса осуществляется с постановкой соответствующих задач, а структура и параметры статистической модели могут претерпеть существенные изменения. Недостающие зависимости также могут определять прямым моделированием случайных процессов, последовательностей случайных величин и в связи с фактически протекающими на рабочих органах сельскохозяйственной машины элементарных процессов с учетом уточненных случайных воздействий и помех. В полевых условиях косвенными измерениями определенных признаков (например, в нашем случае через последовательно установленные гребенки щупов — оценка поперечных колебаний машины) формируется дополнительная информация для реализации управления всей сельскохозяйственной машиной и качественного выполнения технологических операций на ее рабочих органах.

В этих условиях, независимо от среды реализации моделей, метод статистических испытаний является эффективным методом исследований и в смысле проектирования и создания систем управления сельскохозяйственных машин. При реализации моделей на цифровых машинах, а управляющей части сельскохозяйственной машины на цифровой БВМ основные элементы устройств по переработке информации на моделях и на БВМ реализуются виртуально.

Таким образом, в работе последовательно развивается методология построения моделей различных по характеру и содержанию технологических процессов, выполняемых в ходе реализаций операций возделывания сахарной свеклы. Разработаны общие приемы построения моделей различных рабочих процессов и методология проектирования систем управления мобильными сельскохозяйственными машинами, когда составляющие общего вектора управления определяются качеством выполнения технологической операции на рабочих органах. Ведущим элементом моделей служат технологические операции и их сегменты преобразования материалов. Показаны возможные варианты связей элементов операций с сопровождающими процессами управления рабочими органами, силовыми агрегатами и режимами работы машин.

На основе изложенного могут быть сделаны следующие основные выводы:

1. Предложенные модели технологических процессов возделывания сахарной свеклы: посева семян, прореживания всходов, междурядной обработки растений, обрезки ботвы и извлечения корней свеклы в виде динамических устройств переработки информации со стохастический прилагаемыми входными воздействиями, в режимах изолированных и целенаправленно изменяемых опытов по методу статистических испытаний раскрывают логическую сущность исследуемых процессов. При исследовании технологических процессов на предложенных моделях конструктивные параметры рабочих органов, машин и режимы их работы, равно как и конструктивные параметры автоматизированных процессов математически связаны со статистическими параметрами признаков обрабатываемого материала и желаемыми их характеристиками, получаемыми после проведения обработки.

2. Для формирования статистических моделей оптимально управляемого рабочего процесса в нормальных условиях функционирования машин информация содержится в состоянии обрабатываемого материала в виде статистических показателей его характеризующих признаков и в математической сути качественно — количественных преобразований в ходе технологических операций выделяемых в сегментах операций физических величин — координат. Входные координаты моделиопределенные признаки обрабатываемого материала, в зависимости от среды реализации модели могут быть представлены в виде последовательностей случайных чисел или их аналогов: амплитуд напряжений, площадей импульсов и др.

При формировании статистической модели логика преобразований в ходе технологических операций в виде элементарных математических операторов — сегментов операций, связанных с отдельными конструктивными параметрами рабочих органов и машин и/или режимами их работы с учетом случайных факторов связывается с входными преобразуемыми непрерывными и дискретными величинами. При этом физическое содержание признаков материала, характеризующие его преобразования на каждом этапе параллельнопоследовательных цепочек модели может измениться в абсолютных единицах измерения. Однако в модели математические преобразования случайных величин и процессов, характеризующих состояния материала на каждом этапе осуществляются так, что любое нарушение преобразований материалов с их статистически представленными признаками в одном из звеньев (сегменте операции) цепочки модели технологического процесса приводит к обрыву или искажению логического хода процесса преобразований материала в конечное его состояние. При этом в модели «обработанного» материалавыходной координаты «технологического процесса» статистические показатели его характеризующих признаков не соответствуют аналогичным показателям, наблюдаемым в натурных условиях, а в общем случае нарушение логического хода технологического процесса в модели проверяется на адекватность по признакам, логически закономерным для данной операции или технологического процесса.

3. Установленные зависимости между статистическими показателями состояний всходов и параметрами рабочих органов для процессов прореживания, равно как и предложенные конструкции высевающих аппаратов, рабочего органа универсальной машины для междурядной обработки всходов растений и корнеуборочной машины и их системы управления могут быть использованы в производстве для качественного ведения технологических процессов путем установления обоснованных с фактическим состоянием материалов параметров воздействий рабочих органов на материал или при автоматическом изменении этих параметров и режимов непосредственно в ходе технологического процесса по оптимизирующим критериям.

4. Для создания систем управления мобильных сельскохозяйственных машин растениеводства и их рабочих органов «моделирование» и «управление» необходимо рассматривать как тесно связанные категории. Когда состояние и свойства обрабатываемых материалов характеризуются вероятностностатистическими характеристиками и условия функционирования машин и их рабочих органов непрерывно меняются и связаны с реализациями случайных воздействий, без моделирования трудно получить оптимальные результаты рабочего процесса и совершенствование конструкций рабочих органов, машин и их режимов работы. При оптимизации рабочих процессов посредством их автоматизации без формирования различных моделей в системах автоматического управления трудно получить эффективное и дешевое управление, реализуемое при постоянном движении мобильной машины.

5. В полевых условиях необходимая для управления рабочими органами и сельскохозяйственными машинами информация содержится в состоянии обрабатываемого материала в виде статистических показателей его характеризующих признаков. Для реальных условий оптимума эта информация на основе характерных зависимостей между состоянием обрабатываемого материала и конструктивными параметрами и режимами работы машин может быть использована для управления рабочими органами, силовыми агрегатами и самой машиной в зависимости от хода технологических операций на рабочих органах снизу вверх. При этом должна быть создана интегрированная система для управления всей машиной комплексно при целенаправленной концентрации всех составляющих основного вектора управления к получению оптимальных результатов обработки материала на рабочих органах.

6. Построенная универсальная машина для междурядной обработки всходов сахарной свеклы обладает интегрированной системой управления, общий вектор которой при изменениях различных параметров машины направлен на оптимальное ведение технологического процесса рабочими органами при различных состояниях обрабатываемого материала в автоматическом режиме, учитывая случайно приложенные различные по характеру внешние и внутренние воздействия. С использованием предложенной машины при обработке защитных зон каждого сохраняемого растения с четырех сторон при одном и том же проходе рабочего органа машины искусственно придуманная операция «прореживание» при возделывании сахарной свеклы исключается.

7. Управление машинами для обработки растений, корней свеклы и других материалов, расположенных в почве и на ее поверхности для качественного ведения рабочих процессов (без повреждений вегетативных органов растений, головок и тела корнеплодов и др.) должно формироваться в зависимости от пройденного пути. Для точного позиционирования рабочих органов относительно обрабатываемых растений их перемещения в поперечной и вертикальной плоскостях в переходных режимах, также должны осуществляться в зависимости от промежутков пройденного пути. Это при управлении автоматизированной системой, когда реализуется предварительное определение удельной величины отклонения обрабатываемого объекта (растения), после идентификации координат его расположения, сравнительно легко осуществляется численным интегрированием в зависимости от промежутков пройденного пути.

8. Предложенные самоприспосабливающиеся по положению корне извлекающие рабочие органы активного регулирования в следящем режиме способны исключить потерю корней свеклы (в виде подпочвенных изломов и обрывов хвостовых частей корней) в процессе их уборки при различных отклонениях их головок относительно друг друга и при поперечных колебаниях положений подвижной платформы машины относительно рядков корней. Использование предложенных вариантов рабочих органов и режимов их работы исключает нанесение каких-либо ощутимых повреждений извлекаемых корней, что способствует исключению потерь сахарной свеклы в процессе их хранения и переработки.

9. Предложена конструкция датчика корней в виде активного копира для систем автоматического вождения свеклоуборочных комбайнов по рядкам, позволяющая следить за изменениями траекторий рядков корней с самоприспосабливающимися к отклонениям головок корней положениями в поперечной плоскости и по углу поворота. Активный автоматизированный датчик в процессе работы — слежения за рядком корней способен за счет особенностей своей конструкции исключить зон неоднозначностей и беззазорно отслеживать и тех корней, которые головками расположены ниже уровня поверхности почвы.

10. Автоматизированные приводы рабочих органов сельскохозяйственных машин в агрегатном, схемотехническом и программируемом вариантах исполнения способны регулировать обороты выходных валов при различных линейных и нелинейных законах регулирования с высокой точностью. При имеющихся обратных связях (по отклонению и по возмущению) предложенные автоматизированные приводы могут быть использованы на различных сельскохозяйственных, дорожных и других машинах с кратным и непрерывным изменением передаточных чисел в следящем и стабилизирующем режимах.

НЕКОТОРЫЕ КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА И ВЫРАЖЕНИЯ.

АББРЕВИАТУРА.

Сельскохозяйственная машина — мобильная сельскохозяйственная машина, состоящая из энергетической установки с движителями (трактора) и сельскохозяйственного орудия, рассматриваемые с точки зрения распространения автоматического управления как единая целая машина, когда управление, направленное на качественное ведение единого технологического процесса, распространяется на всю машину, в т. ч. и на энергетическую установку и на ходовую часть. Другими словами, в мобильную сельскохозяйственную машину объединяется энергетическая установка и сельскохозяйственное орудие по признаку распространения в ней единой системы автоматического управления, формирующей управляющие воздействия для эффективного ведения технологических операций рабочими органами при изменениях состояний обрабатываемого материала и внешних — внутренних воздействий.

Стабилизированная платформа — сельскохозяйственная машина, движущаяся вдоль рядков растений относительно стабилизированных точек, которой в рабочем процессе определяются поперечные координаты обрабатываемых растений и положения ее рабочих органов. Сегмент операции — часть выполняемой технологической операции, где реализуется элементарный процесс качественно-количественных преобразований определенной физической величины, когда определены координаты (величины), характеризующие процесс с количественной точки зрения.

Аналоговая модель — некоторый моделирующий алгоритм, который при помощи подобных по логическому и математическому содержанию операций, выполняемых вычислительной машиной и/или при помощи электронной схемотехники с учетом случайных возмущающих факторов имитирует поведение элементов сложной системы — технологического процесса сельскохозяйственной машины.

ТВр — точка всхода растения — точка выхода из почвы одиночного растения. ВТ рабочего органа — ведомая точка, перемещающаяся при работе и движении сельскохозяйственной машины вдоль рядков и ее отдельного рабочего органа по поверхности почвы. В общем случае (без предварительной договоренности), координаты ВТ определяются на продольной оси симметрии обработанной рабочим органом зоны и на линии границ обработанной и необработанной рабочим органом зон в поперечной плоскости.

Величина удельного отклонения обнаруженного растения на интервале л Ъ случайная величина, определяемая в ходе технологического, А процесса отношением величины отклонения У2 растения от предыдущего.

412 сохраняемого растения к величине интервала Ц, формируемого между двумя растениями.

Производящая функция — это некоторая математическая модель преобразования входного сигнала в сигналы управления, которая задается заранее или вычисляется в процессе реализаций управлений и используется в качестве модели «шаблона» для формирования оптимального на данном этапе решения задачи технологической операции. Здесь в более узком смысле — для формирования отдельной оптимальной траектории рабочего органа в процессе его движения между двумя сохраняемыми растениями.

БВМ — бортовая вычислительная машина.

САК — система автоматической корректировки.

ДОРдатчик обнаружения растений.

ДИПдатчик импульсов пути.

ДОСдатчик обратной связи.

ДПРдатчик положения рабочих органов.

ПОИПподсистема оценки и идентификации параметров.