一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统及方法

1.本发明属于谷物脱粒技术领域，更确切地说，本发明涉及一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统及方法。

背景技术：

2.谷物脱粒试验台是研究谷物脱粒机理，研制开发新型脱粒装置、脱粒元件以及验证脱粒参数的重要设备，对降低脱粒损失率、破碎率和含杂率，提高脱粒的质量起着关键作用。尽管目前已有多种样式的脱粒试验台，但控制系统大多沿用手动设定模式，单次试验中以固定的滚筒转速、谷物喂入速度等参数进行测试，效率低下，缺乏自动控制以及自动决策，为了得到满意的试验结果需要投入大量的时间以及人力物力。

技术实现要素：

3.本发明针对当前的谷物脱粒试验台缺少自动决策控制系统的问题，提供了一种可以根据试验台工作状态进行自动决策，并自动进行试验参数调整的谷物脱粒试验台控制系统及方法。
4.一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，包括机械总成，中央控制器，传感器测量系统，人工交互系统和控制输出系统。
5.所述的机械总成包括谷物喂入总成、收粮总成、脱粒滚筒总成、杂质收集总成、滚筒驱动总成和滚筒机架总成。
6.所述的谷物喂入总成安装于脱粒滚筒总成的最前端，为独立装置，其上出粮口紧贴脱粒滚筒总成的喂入口；收粮总成设置于脱粒滚筒总成的下方，固定在滚筒机架总成上；脱粒滚筒总成通过滚筒支撑架安装在滚筒机架总成上；杂质收集总成安装于脱粒滚筒总成的最后端，用螺栓固定在滚筒机架总成上；滚筒驱动总成安装于脱粒滚筒总成最后端侧面，为独立可拆卸装置，通过花键连接将动力传输到脱粒滚筒总成的后轴。
7.所述的中央控制器设置于智能控制柜的内部，中央控制器通过模拟信号总线与传感器测量系统连接，中央控制器通过以太网总线与人工交互系统连接，中央控制器通过输出总线与控制输出系统连接。所述的中央控制器为嵌入式微控制器，其时钟频率不低于72mhz，io口不低于4个，模数转换通道不低于5个，数模转换通道不低于4个，spi接口不低于2个。
8.所述的传感器测量系统包括转速扭矩传感器，喂入称重传感器，籽粒称重传感器，滚筒倾角传感器和杂质称重传感器。
9.所述的转速扭矩传感器安装在驱动总成支座上，转速扭矩传感器的输入端与滚筒转速控制电机的输出端相连，转速扭矩传感器的输出端通过机械连接以及万向轴传动，驱动脱粒滚筒总成转动；转速扭矩传感器可以测量脱粒滚筒总成的旋转速度n和转动扭矩t。所述的转速扭矩传感器为法兰连接式结构，转速测量范围不低于1500rpm，扭矩测量范围不低于1000nm。
10.所述的喂入称重传感器，固定在喂入总成支座上；喂入称重传感器支撑在谷物输送总成的下方，可以测量谷物输送总成输送的谷物喂入量w。所述的喂入称重传感器为柱式称重传感器，量程不低于1000kg。
11.所述的籽粒称重传感器由11个子传感器组成，分别安装在阵列接粮斗的11个矩形子斗的下方，可以测量到每个矩形子斗内的籽粒质量z1～z
11
。所述的籽粒称重传感器为柱式称重传感器，总量程不低于500kg。
12.所述的滚筒倾角传感器安装在脱粒滚筒总成的滚筒支撑架上，滚筒倾角传感器根据脱粒滚筒总成的运动测量出脱粒滚筒总成相对水平面的倾角θ。所述的滚筒倾角传感器为单轴式倾角传感器，量程不低于
±
60
°
。
13.所述的杂质称重传感器安装在杂质收集总成的后端下方，用于测量从脱粒滚筒总成排出的杂质质量i。所述的杂质称重传感器为柱式称重传感器，量程不低于500kg。
14.所述的人工交互系统包括显示/控制触摸屏和数据存储单元。显示/控制触摸屏安装在智能控制柜的前面板上，显示/控制触摸屏通过以太网总线与中央控制器进行数据传输，显示/控制触摸屏能够设置试验参数并显示试验数据；数据存储单元安装在智能控制柜的内部，数据存储单元记录中央控制器采集到的传感器数据以及发出的控制命令。所述的显示/控制触摸屏为电阻式触摸屏，面板尺寸不低于7寸，lan接口不低于1个。
15.所述的控制输出系统包括滚筒转速控制变频器、滚筒转速控制电机、电液比例换向阀、滚筒倾角调节油缸、喂入控制变频器和喂入控制电机。
16.所述的滚筒转速控制变频器安装在智能控制柜内部，滚筒转速控制电机通过螺栓固定在驱动总成支座上；中央控制器通过输出总线调节滚筒转速控制变频器的输出频率，滚筒转速控制变频器调节滚筒转速控制电机的输出转速，通过机械传动后控制脱粒滚筒总成的转速；脱粒滚筒总成的转速控制范围为150～800rpm。所述的滚筒转速控制变频器为矢量变频器，输出功率不低于15kw，最大输出频率不低于200hz；所述的滚筒转速控制电机为交流变频电动机，功率不低于15kw。
17.所述的电液比例换向阀安装在智能控制柜内部，滚筒倾角调节油缸的底部与脱粒滚筒机架总成铰接，滚筒倾角调节油缸的上端与滚筒支撑架铰接；中央控制器通过输出总线调节电液比例换向阀的流量大小和控制方向；电液比例换向阀控制滚筒倾角调节油缸的伸出与缩回，带动脱粒滚筒总成与水平面的倾角增大或减小；脱粒滚筒总成与水平面的倾角调节范围是-3
°
～10
°
。所述的滚筒倾角调节油缸为双作用单活塞杆油缸，总推力不低于10kn。
18.所述的喂入控制变频器安装在智能控制柜内部，喂入控制电机通过螺栓固定在喂入总成支座上；中央控制器通过输出总线调节喂入控制变频器的输出频率，喂入控制变频器调节喂入控制电机的输出转速，通过机械传动后控制谷物输送总成的喂入量；谷物喂入量控制范围为0.5～12kg/s。所述的喂入控制变频器为矢量变频器，输出功率不低于3kw，最大输出频率不低于200hz；所述的喂入控制电机为交流变频电动机，功率不低于3kw。
19.一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制方法，该方法包括以下步骤：
20.步骤1、通过显示/控制触摸屏设定脱粒滚筒总成的初始转速n0、初始倾角θ0以及初始喂入量w0，全部设定值通过以太网总线进入中央控制器。
21.步骤2、中央控制器通过输出总线分别向滚筒转速控制变频器、电液比例换向阀和
喂入控制变频器发送控制信号，驱动滚筒转速控制电机、滚筒倾角调节油缸和喂入控制电机运行，使脱粒滚筒总成的转速达到n0，脱粒滚筒总成与水平面的倾角达到θ0，喂入量达到w0；之后稳定运行30秒。
22.步骤3、中央控制器采集转速扭矩传感器的数据，获得当前转速n
t
、即时扭矩t
t
、即时滚筒倾角θ
t
和即时喂入量w
t
。
23.步骤4、中央控制器计算当前扭矩t
t
和上一次记录的扭矩t
t-1
之差，求得该时间段内的扭矩差δt。
24.步骤5、中央控制器根据扭矩差δt进行智能决策。
25.步骤5.1、若扭矩差δt小于-30nm，进入增大脱粒量的决策流程。首先判断喂入量是否达到最大喂入量12kg/s，如果判断为否，则提高喂入控制电机转速，在现有喂入量w
t
的基础上增加喂入量，增加量为0.5kg/s，进入记录流程；如果判断喂入量已经达到最大喂入量，则判断滚筒倾角θ
t
是否达到10
°
，如果判断为否，则增加滚筒倾角调节油缸的伸出量，在现有滚筒倾角θ
t
的基础上增加脱粒滚筒总成的水平倾角，增加量为1
°
，进入记录流程；如果判断脱粒滚筒总成的水平倾角已经达到10
°
，则判断滚筒当前转速n
t
是否达到最小值150rpm，如果判断为否，则降低滚筒转速控制电机转速，在现有滚筒转速n
t
的基础上降低转速，降低量为10rpm，进入记录流程；如果判断滚筒当前转速n
t
已经达到最小值150rpm，则直接进入记录流程；
26.步骤5.2、若扭矩差δt大于30nm，进入减小脱粒量的决策流程。首先判断喂入量是否达到最小喂入量0.5kg/s，如果判断为否，则降低喂入控制电机转速，在现有喂入量wt的基础上减小喂入量，减小量为0.5kg/s，进入记录流程；如果判断喂入量已经达到最小喂入量，则判断滚筒倾角θ
t
是否达到倾角0
°
，如果判断为否，则减小滚筒倾角调节油缸的伸出量，在现有滚筒倾角θ
t
的基础上减小脱粒滚筒总成的水平倾角，减小量为1
°
，进入记录流程；如果判断脱粒滚筒总成的水平倾角已经达到0
°
，则判断滚筒当前转速n
t
是否达到最大值800rpm，如果判断为否，则提高滚筒转速控制电机转速，在现有滚筒转速n
t
的基础上提高转速，提高量为10rpm，进入记录流程；如果判断滚筒当前转速n
t
已经达到最大值800rpm，则直接进入记录流程；
27.步骤5.3、若扭矩差δt的绝对值小于等于30nm，则决策判断试验台处于稳定运行状态，直接进入记录流程；
28.步骤5.4、在记录流程中，中央控制器采集当前的滚筒转速n
t
、滚筒扭矩t
t
、滚筒倾角θ
t
、喂入量wt、籽粒质量z
1t
～z
11t
、杂质质量i
t
；中央控制器将上述数据和滚筒转速控制变频器、电液比例换向阀、喂入控制变频器的设定值以及当前时间点通过以太网总线发送至数据存储单元进行存储。
29.步骤6、智能决策执行完毕后，等待稳定运行15秒。
30.步骤7、从显示/控制触摸屏接收信息，判断是否输入了结束试验的命令。
31.步骤7.1、若判断结束试验结果为否，重新进入步骤3继续试验。
32.步骤7.2、若判断结束试验结果为是，进行滚筒清理程序。
33.步骤8、在滚筒清理程序中，中央控制器通过输出总线停止喂入控制电机，设置脱粒滚筒水平倾角为-3
°
，设置滚筒转速控制电机，使脱粒滚筒总成转速达到300rpm，之后稳定运行60秒。
34.步骤9、中央控制器通过输出总线停止滚筒转速控制电机，试验结束。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.(1)通过中央控制器的自动决策，可以控制脱粒试验台达到最佳的工作状态，既防止出现谷物量偏少引起的脱粒效率低下问题，又能够避免出现谷物量偏大引起的脱粒滚筒卡死问题。
37.(2)使用显示/控制触摸屏作为人机交互界面，提高了脱粒试验台操作的便利性和数据显示的直观性。
38.(3)控制系统每隔一定时间自动记录脱粒滚筒转速、脱粒滚筒扭矩、脱粒滚筒与水平面的相对倾角、谷物喂入量、籽粒质量以及脱粒后的杂质质量，为后期设计合理的脱粒系统参数提供了基础数据。
39.(4)控制系统自带滚筒清理程序，每次试验后自动排清脱粒滚筒内的剩余谷物，保证了下一次试验的准确度。
附图说明
40.图1为本发明的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统原理框图；
41.图2为本发明的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台机械结构图；
42.图3为本发明的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统部件安装图；
43.图4为本发明的控制方法流程图；
44.图5为本发明的自动决策流程图；
45.图6为本发明的滚筒清理程序流程图；
46.图中：a、机械总成；b、中央控制器；c、传感器测量系统；d、人工交互系统；e、控制输出系统；1、谷物喂入总成；2、收粮总成；3、脱粒滚筒总成；4、杂质收集总成；5、滚筒驱动总成；6、滚筒机架总成；7、转速扭矩传感器；8、喂入称重传感器；9、籽粒称重传感器；10、滚筒倾角传感器；11、杂质称重传感器；12、显示/控制触摸屏；13、数据存储单元；14、滚筒转速控制变频器；15、滚筒转速控制电机；16、电液比例换向阀；17、滚筒倾角调节油缸；18、喂入控制变频器；19、喂入控制电机；20、智能控制柜；21、驱动总成支座；22、阵列接粮斗；23、滚筒支撑架；24、谷物输送总成；25、喂入总成支座。
具体实施方式
47.参阅图1至图3，一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，包括机械总成a，中央控制器b，传感器测量系统c，人工交互系统d和控制输出系统e。
48.所述的机械总成a包括谷物喂入总成1、收粮总成2、脱粒滚筒总成3、杂质收集总成4、滚筒驱动总成5和滚筒机架总成6。
49.所述的谷物喂入总成1安装于脱粒滚筒总成3的最前端，为独立装置，其上出粮口紧贴脱粒滚筒总成3的喂入口；收粮总成2设置于脱粒滚筒总成3的下方，固定在滚筒机架总成6上；脱粒滚筒总成3通过滚筒支撑架23安装在滚筒机架总成6上；杂质收集总成4安装于脱粒滚筒总成3的最后端，用螺栓固定在滚筒机架总成6上；滚筒驱动总成5安装于脱粒滚筒总成3最后端侧面，为独立可拆卸装置，通过花键连接将动力传输到脱粒滚筒总成3的后轴。
50.所述的中央控制器b设置于智能控制柜20的内部，中央控制器b通过模拟信号总线
与传感器测量系统c连接，中央控制器b通过以太网总线与人工交互系统d连接，中央控制器b通过输出总线与控制输出系统e连接。所述的中央控制器b为嵌入式微控制器，其时钟频率不低于72mhz，io口不低于4个，模数转换通道不低于5个，数模转换通道不低于4个，spi接口不低于2个。
51.所述的传感器测量系统c包括转速扭矩传感器7，喂入称重传感器8，籽粒称重传感器9，滚筒倾角传感器10和杂质称重传感器11。
52.所述的转速扭矩传感器7安装在驱动总成支座21上，转速扭矩传感器7的输入端与滚筒转速控制电机15的输出端相连，转速扭矩传感器7的输出端通过机械连接以及万向轴传动，驱动脱粒滚筒总成3转动；转速扭矩传感器7可以测量脱粒滚筒总成3的旋转速度n和转动扭矩t。所述的转速扭矩传感器7为法兰连接式结构，转速测量范围不低于1500rpm，扭矩测量范围不低于1000nm。
53.所述的喂入称重传感器8，固定在喂入总成支座25上；喂入称重传感器8支撑在谷物输送总成24的下方，可以测量谷物输送总成24输送的谷物喂入量w。所述的喂入称重传感器8为柱式称重传感器，量程不低于1000kg。
54.所述的籽粒称重传感器9由11个子传感器组成，分别安装在阵列接粮斗22的11个矩形子斗的下方，可以测量到每个矩形子斗内的籽粒质量z1～z
11
。所述的籽粒称重传感器9为柱式称重传感器，总量程不低于500kg。
55.所述的滚筒倾角传感器10安装在脱粒滚筒总成3的滚筒支撑架23上，滚筒倾角传感器10根据脱粒滚筒总成3的运动测量出脱粒滚筒总成3相对水平面的倾角θ；所述的滚筒倾角传感器10为单轴式倾角传感器，量程不低于
±
60
°
。
56.所述的杂质称重传感器11安装在杂质收集总成4的后端下方，用于测量从脱粒滚筒总成3排出的杂质质量i。所述的杂质称重传感器11为柱式称重传感器，量程不低于500kg。
57.所述的人工交互系统d包括显示/控制触摸屏12和数据存储单元13。显示/控制触摸屏12安装在智能控制柜20的前面板上，显示/控制触摸屏12通过以太网总线与中央控制器b进行数据传输，显示/控制触摸屏12能够设置试验参数并显示试验数据；数据存储单元13安装在智能控制柜20的内部，数据存储单元13记录中央控制器b采集到的传感器数据以及发出的控制命令。所述的显示/控制触摸屏12为电阻式触摸屏，面板尺寸不低于7寸，lan接口不低于1个。
58.所述的控制输出系统e包括滚筒转速控制变频器14、滚筒转速控制电机15、电液比例换向阀16、滚筒倾角调节油缸17、喂入控制变频器18和喂入控制电机19。
59.所述的滚筒转速控制变频器14安装在智能控制柜20内部，滚筒转速控制电机15通过螺栓固定在驱动总成支座21上；中央控制器b通过输出总线调节滚筒转速控制变频器14的输出频率，滚筒转速控制变频器14调节滚筒转速控制电机15的输出转速，通过机械传动后控制脱粒滚筒总成3的转速；脱粒滚筒总成3的转速控制范围为150～800rpm。所述的滚筒转速控制变频器14为矢量变频器，输出功率不低于15kw，最大输出频率不低于200hz；所述的滚筒转速控制电机15为交流变频电动机，功率不低于15kw。
60.所述的电液比例换向阀16安装在智能控制柜20内部，滚筒倾角调节油缸17的底部与脱粒滚筒机架总成20铰接，滚筒倾角调节油缸17的上端与滚筒支撑架23铰接；中央控制
器b通过输出总线调节电液比例换向阀16的流量大小和控制方向；电液比例换向阀16控制滚筒倾角调节油缸17的伸出与缩回，带动脱粒滚筒总成3与水平面的倾角增大或减小；脱粒滚筒总成3与水平面的倾角调节范围是-3
°
～10
°
。所述的滚筒倾角调节油缸17为双作用单活塞杆油缸，总推力不低于10kn。
61.所述的喂入控制变频器18安装在智能控制柜20内部，喂入控制电机19通过螺栓固定在喂入总成支座25上；中央控制器b通过输出总线调节喂入控制变频器18的输出频率，喂入控制变频器18调节喂入控制电机19的输出转速，通过机械传动后控制谷物输送总成24的喂入量；谷物喂入量控制范围为0.5～12kg/s。所述的喂入控制变频器18为矢量变频器，输出功率不低于3kw，最大输出频率不低于200hz；所述的喂入控制电机19为交流变频电动机，功率不低于3kw。
62.参阅图4至图6，一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制方法，该方法包括以下步骤：
63.步骤1、通过显示/控制触摸屏12设定脱粒滚筒总成3的初始转速n0、初始倾角θ0以及初始喂入量w0，全部设定值通过以太网总线进入中央控制器b。
64.步骤2、中央控制器b通过输出总线分别向滚筒转速控制变频器14、电液比例换向阀16和喂入控制变频器18发送控制信号，驱动滚筒转速控制电机15、滚筒倾角调节油缸17和喂入控制电机19运行，使脱粒滚筒总成3的转速达到n0，脱粒滚筒总成3与水平面的倾角达到θ0，喂入量达到w0；之后稳定运行30秒。
65.步骤3、中央控制器b采集转速扭矩传感器7的数据，获得即时转速n
t
、即时扭矩t
t
、即时滚筒倾角θ
t
和即时喂入量w
t
。
66.步骤4、中央控制器b计算当前扭矩t
t
和上一次记录的扭矩t
t-1
之差，求得该时间段内的扭矩差δt。
67.步骤5、中央控制器b根据扭矩差δt进行智能决策。
68.步骤5.1、若扭矩差δt小于-30nm，进入增大脱粒量的决策流程。首先判断喂入量是否达到最大喂入量12kg/s，如果判断为否，则提高喂入控制电机19转速，在现有喂入量w
t
的基础上增加喂入量，增加量为0.5kg/s，进入记录流程；如果判断喂入量已经达到最大喂入量，则判断滚筒倾角θ
t
是否达到10
°
，如果判断为否，则增加滚筒倾角调节油缸11的伸出量，在现有滚筒倾角θ
t
的基础上增加脱粒滚筒总成3的水平倾角，增加量为1
°
，进入记录流程；如果判断脱粒滚筒总成3的水平倾角已经达到10
°
，则判断滚筒当前转速n
t
是否达到最小值150rpm，如果判断为否，则降低滚筒转速控制电机15转速，在现有滚筒转速n
t
的基础上降低转速，降低量为10rpm，进入记录流程；如果判断滚筒当前转速n
t
已经达到最小值150rpm，则直接进入记录流程；
69.步骤5.2、若扭矩差δt大于30nm，进入减小脱粒量的决策流程。首先判断喂入量是否达到最小喂入量0.5kg/s，如果判断为否，则降低喂入控制电机19转速，在现有喂入量wt的基础上减小喂入量，减小量为0.5kg/s，进入记录流程；如果判断喂入量已经达到最小喂入量，则判断滚筒倾角θ
t
是否达到倾角0
°
，如果判断为否，则减小滚筒倾角调节油缸11的伸出量，在现有滚筒倾角θ
t
的基础上减小脱粒滚筒总成3的水平倾角，减小量为1
°
，进入记录流程；如果判断脱粒滚筒总成3的水平倾角已经达到0
°
，则判断滚筒当前转速n
t
是否达到最大值800rpm，如果判断为否，则提高滚筒转速控制电机15转速，在现有滚筒转速n
t
的基础上
提高转速，提高量为10rpm，进入记录流程；如果判断滚筒当前转速n
t
已经达到最大值800rpm，则直接进入记录流程；
70.步骤5.3、若扭矩差δt的绝对值小于等于30nm，则决策判断试验台处于稳定运行状态，直接进入记录流程；
71.步骤5.4、在记录流程中，中央控制器b采集当前的滚筒转速n
t
、滚筒扭矩t
t
、滚筒倾角θ
t
、喂入量wt、籽粒质量z
1t
～z
11t
、杂质质量i
t
；中央控制器b将上述数据和滚筒转速控制变频器14、电液比例换向阀16、喂入控制变频器18的设定值以及当前时间点通过以太网总线发送至数据存储单元13进行存储。
72.步骤6、智能决策执行完毕后，等待稳定运行15秒。
73.步骤7、从显示/控制触摸屏12接收信息，判断是否输入了结束试验的命令。
74.步骤7.1、若判断结束试验结果为否，重新进入步骤3继续试验。
75.步骤7.2、若判断结束试验结果为是，进行滚筒清理程序。
76.步骤8、在滚筒清理程序中，中央控制器b通过输出总线停止喂入控制电机19，设置脱粒滚筒水平倾角为-3
°
，设置滚筒转速控制电机15，使脱粒滚筒总成3转速达到300rpm，之后稳定运行60秒。
77.步骤9、中央控制器b通过输出总线停止滚筒转速控制电机15，试验结束。

技术特征：

1.一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，其特征在于：包括机械总成(a)，中央控制器(b)，传感器测量系统(c)，人工交互系统(d)和控制输出系统(e)；所述的机械总成(a)包括谷物喂入总成(1)、收粮总成(2)、脱粒滚筒总成(3)、杂质收集总成(4)、滚筒驱动总成(5)和滚筒机架总成(6)；所述的谷物喂入总成(1)安装于脱粒滚筒总成(3)的最前端，为独立装置，其上出粮口紧贴脱粒滚筒总成(3)的喂入口；收粮总成(2)设置于脱粒滚筒总成(3)的下方，固定在滚筒机架总成(6)上；脱粒滚筒总成(3)通过滚筒支撑架(23)安装在滚筒机架总成(6)上；杂质收集总成(4)安装于脱粒滚筒总成(3)的最后端，用螺栓固定在滚筒机架总成(6)上；滚筒驱动总成(5)安装于脱粒滚筒总成(3)最后端侧面，为独立可拆卸装置，通过花键连接将动力传输到脱粒滚筒总成(3)的后轴。2.根据权利要求1所述的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，其特征在于：所述的中央控制器(b)设置于智能控制柜(20)的内部，中央控制器(b)通过模拟信号总线与传感器测量系统(c)连接，中央控制器(b)通过以太网总线与人工交互系统(d)连接，中央控制器(b)通过输出总线与控制输出系统(e)连接；所述的中央控制器(b)为嵌入式微控制器，其时钟频率不低于72mhz，io口不低于4个，模数转换通道不低于5个，数模转换通道不低于4个，spi接口不低于2个。3.根据权利要求1所述的所述的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，其特征在于：所述的传感器测量系统(c)包括转速扭矩传感器(7)，喂入称重传感器(8)，籽粒称重传感器(9)，滚筒倾角传感器(10)和杂质称重传感器(11)；所述的转速扭矩传感器(7)安装在驱动总成支座(21)上，转速扭矩传感器(7)的输入端与滚筒转速控制电机(15)的输出端相连，转速扭矩传感器(7)的输出端通过机械连接以及万向轴传动，驱动脱粒滚筒总成(3)转动；转速扭矩传感器(7)用于测量脱粒滚筒总成(3)的旋转速度和转动扭矩；所述的转速扭矩传感器(7)为法兰连接式结构，转速测量范围不低于1500rpm，扭矩测量范围不低于1000nm；所述的喂入称重传感器(8)，固定在喂入总成支座25上；喂入称重传感器(8)支撑在谷物输送总成(24)的下方，用于测量谷物输送总成(24)输送的谷物喂入量；所述的喂入称重传感器(8)为柱式称重传感器，量程不低于1000kg；所述的籽粒称重传感器(9)由11个子传感器组成，分别安装在阵列接粮斗(22)的11个矩形子斗的下方，用于测量每个矩形子斗内的籽粒质量；所述的籽粒称重传感器(9)为柱式称重传感器，总量程不低于500kg；所述的滚筒倾角传感器(10)安装在脱粒滚筒总成(3)的滚筒支撑架(23)上，滚筒倾角传感器(10)根据脱粒滚筒总成(3)的运动测量出脱粒滚筒总成(3)相对水平面的倾角；所述的滚筒倾角传感器(10)为单轴式倾角传感器，量程不低于
±
60
°
；所述的杂质称重传感器(11)安装在杂质收集总成(4)的后端下方，用于测量从脱粒滚筒总成(3)排出的杂质质量；所述的杂质称重传感器(11)为柱式称重传感器，量程不低于500kg。4.根据权利要求1所述的所述的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，其特征在于：所述的人工交互系统(d)包括显示/控制触摸屏(12)和数据存储单元(13)；显示/控制触摸屏(12)安装在智能控制柜(20)的前面板上，显示/控制触摸屏(12)通过以太网总线
与中央控制器(b)进行数据传输，显示/控制触摸屏(12)能够设置试验参数并显示试验数据；数据存储单元(13)安装在智能控制柜(20)的内部，数据存储单元(13)记录中央控制器(b)采集到的传感器数据以及发出的控制命令；所述的显示/控制触摸屏(12)为电阻式触摸屏，面板尺寸不低于7寸，lan接口不低于1个。5.根据权利要求1所述的所述的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统，其特征在于：所述的控制输出系统(e)包括滚筒转速控制变频器(14)、滚筒转速控制电机(15)、电液比例换向阀(16)、滚筒倾角调节油缸(17)、喂入控制变频器(18)和喂入控制电机(19)；所述的滚筒转速控制变频器(14)安装在智能控制柜(20)内部，滚筒转速控制电机(15)通过螺栓固定在驱动总成支座(21)上；中央控制器(b)通过输出总线调节滚筒转速控制变频器(14)的输出频率，滚筒转速控制变频器(14)调节滚筒转速控制电机(15)的输出转速，通过机械传动后控制脱粒滚筒总成(3)的转速；脱粒滚筒总成(3)的转速控制范围为150～800rpm；所述的滚筒转速控制变频器(14)为矢量变频器，输出功率不低于15kw，最大输出频率不低于200hz；所述的滚筒转速控制电机(15)为交流变频电动机，功率不低于15kw；所述的电液比例换向阀(16)安装在智能控制柜(20)内部，滚筒倾角调节油缸(17)的底部与脱粒滚筒机架总成20铰接，滚筒倾角调节油缸(17)的上端与滚筒支撑架(23)铰接；中央控制器(b)通过输出总线调节电液比例换向阀(16)的流量大小和控制方向；电液比例换向阀(16)控制滚筒倾角调节油缸(17)的伸出与缩回，带动脱粒滚筒总成(3)与水平面的倾角增大或减小；脱粒滚筒总成(3)与水平面的倾角调节范围是-3
°
～10
°
；所述的滚筒倾角调节油缸(17)为双作用单活塞杆油缸，总推力不低于10kn；所述的喂入控制变频器(18)安装在智能控制柜(20)内部，喂入控制电机(19)通过螺栓固定在喂入总成支座25上；中央控制器(b)通过输出总线调节喂入控制变频器(18)的输出频率，喂入控制变频器(18)调节喂入控制电机(19)的输出转速，通过机械传动后控制谷物输送总成(24)的喂入量；谷物喂入量控制范围为0.5～12kg/s；所述的喂入控制变频器(18)为矢量变频器，输出功率不低于3kw，最大输出频率不低于200hz；所述的喂入控制电机(19)为交流变频电动机，功率不低于3kw。6.一种利用权利1-5任意一项所述的具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统的控制方法，其特征在于：该控制方法包括以下步骤：步骤1、通过显示/控制触摸屏(12)设定脱粒滚筒总成(3)的初始转速n0、初始倾角θ0以及初始喂入量w0，全部设定值通过以太网总线进入中央控制器(b)；步骤2、中央控制器(b)通过输出总线分别向滚筒转速控制变频器(14)、电液比例换向阀(16)和喂入控制变频器(18)发送控制信号，驱动滚筒转速控制电机(15)、滚筒倾角调节油缸(17)和喂入控制电机(19)运行，使脱粒滚筒总成(3)的转速达到n0，脱粒滚筒总成(3)与水平面的倾角达到θ0，喂入量达到w0；之后稳定运行30秒；步骤3、中央控制器(b)采集转速扭矩传感器(7)的数据，获得即时转速n
t
、即时扭矩t
t
、即时滚筒倾角θ
t
和即时喂入量w
t
；步骤4、中央控制器(b)计算当前扭矩t
t
和上一次记录的扭矩t
t-1
做差，求得该时间段内的扭矩差δt；步骤5、中央控制器(b)根据扭矩差δt进行智能决策；步骤5.1、若扭矩差δt小于-30nm，进入增大脱粒量的决策流程；首先判断喂入量是否
达到最大喂入量12kg/s，如果判断为否，则提高喂入控制电机(19)转速，在现有喂入量w
t
的基础上增加喂入量，增加量为0.5kg/s，进入记录流程；如果判断喂入量已经达到最大喂入量，则判断滚筒倾角θ
t
是否达到10
°
，如果判断为否，则增加滚筒倾角调节油缸11的伸出量，在现有滚筒倾角θ
t
的基础上增加脱粒滚筒总成(3)的水平倾角，增加量为1
°
，进入记录流程；如果判断脱粒滚筒总成(3)的水平倾角已经达到10
°
，则判断滚筒当前转速n
t
是否达到最小值150rpm，如果判断为否，则降低滚筒转速控制电机(15)转速，在现有滚筒转速n
t
的基础上降低转速，降低量为10rpm，进入记录流程；如果判断滚筒当前转速n
t
已经达到最小值150rpm，则直接进入记录流程；步骤5.2、若扭矩差δt大于30nm，进入减小脱粒量的决策流程；首先判断喂入量是否达到最小喂入量0.5kg/s，如果判断为否，则降低喂入控制电机(19)转速，在现有喂入量wt的基础上减小喂入量，减小量为0.5kg/s，进入记录流程；如果判断喂入量已经达到最小喂入量，则判断滚筒倾角θ
t
是否达到倾角0
°
，如果判断为否，则减小滚筒倾角调节油缸11的伸出量，在现有滚筒倾角θ
t
的基础上减小脱粒滚筒总成(3)的水平倾角，减小量为1
°
，进入记录流程；如果判断脱粒滚筒总成(3)的水平倾角已经达到0
°
，则判断滚筒当前转速n
t
是否达到最大值800rpm，如果判断为否，则提高滚筒转速控制电机(15)转速，在现有滚筒转速n
t
的基础上提高转速，提高量为10rpm，进入记录流程；如果判断滚筒当前转速n
t
已经达到最大值800rpm，则直接进入记录流程；步骤5.3、若扭矩差δt的绝对值小于等于30nm，则决策判断试验台处于稳定运行状态，直接进入记录流程；步骤5.4、在记录流程中，中央控制器(b)采集当前的滚筒转速n
t
、滚筒扭矩t
t
、滚筒倾角θ
t
、喂入量wt、籽粒质量z
1t
～z
11t
、杂质质量i
t
；中央控制器(b)将上述数据和滚筒转速控制变频器(14)、电液比例换向阀(16)、喂入控制变频器(18)的设定值以及当前时间点通过以太网总线发送至数据存储单元(13)进行存储；步骤6、智能决策执行完毕后，等待稳定运行15秒；步骤7、从显示/控制触摸屏(12)接收信息，判断是否输入了结束试验的命令；步骤7.1、若判断结束试验结果为否，重新进入步骤3继续试验；步骤7.2、若判断结束试验结果为是，进行滚筒清理程序；步骤8、在滚筒清理程序中，中央控制器(b)通过输出总线停止喂入控制电机(19)，设置脱粒滚筒水平倾角为-3
°
，设置滚筒转速控制电机(15)，使脱粒滚筒总成(3)转速达到300rpm，之后稳定运行60秒；步骤9、中央控制器(b)通过输出总线停止滚筒转速控制电机(15)，试验结束。

技术总结

本发明公开了一种具有自动决策功能的谷物脱粒试验台控制系统和方法，能够根据试验台工作状态进行自动决策，并自动进行试验参数调整，提高了脱粒试验台的工作效率。该系统包括机械总成，中央控制器，传感器测量系统，人工交互系统和控制输出系统。中央控制器通过设置在机械总成内的各个测量传感器，获得脱粒试验台的实时工作状态，进行自动决策后，能够按照控制策略改变谷物喂入量、脱粒滚筒的水平倾角和脱粒滚筒转速，并自动存储脱粒试验台的工作状态参数与控制参数；该方法还增加了脱粒滚筒清理程序，提高了脱粒试验的准确度。这一控制系统及方法提高了谷物脱粒试验台的智能化水平，能够大大降低谷物脱粒测试时间，为不同类型的脱粒系统开发提供精准的测试数据。脱粒系统开发提供精准的测试数据。脱粒系统开发提供精准的测试数据。