拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張聞?dòng)?丁幼春,2 王 磊 萬(wàn)星宇 雷小龍 廖慶喜,2

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070; 2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 長(zhǎng)沙 410128)

拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

張聞?dòng)?丁幼春1,2王 磊1萬(wàn)星宇1雷小龍1廖慶喜1,2

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070; 2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心， 長(zhǎng)沙 410128)

針對(duì)農(nóng)機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、裝卸不便等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)裝置和相匹配的自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器組成。驅(qū)動(dòng)裝置采用平行四連桿機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)工作模式的快速切換，使用夾持固定方式實(shí)現(xiàn)便捷裝卸。搭建了試驗(yàn)臺(tái)架以獲取摩擦輪驅(qū)動(dòng)裝置的滑移特性數(shù)據(jù)。同時(shí)設(shè)計(jì)適用于該驅(qū)動(dòng)裝置的自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器，基于液壓系統(tǒng)離散傳遞函數(shù)和滑移特性數(shù)據(jù)建立了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)遞推仿真模型，采用該仿真模型構(gòu)建遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化。進(jìn)行了仿真模型驗(yàn)證試驗(yàn)、遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器性能對(duì)比試驗(yàn)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明：仿真模型與實(shí)際系統(tǒng)基本一致；經(jīng)過(guò)遺傳算法參數(shù)優(yōu)化后控制器階躍響應(yīng)上升時(shí)間減少15%，穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到3%標(biāo)準(zhǔn)所需調(diào)節(jié)時(shí)間減少29%，消除了振蕩現(xiàn)象；所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的20°階躍響應(yīng)平均絕對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差為0.197°，平均上升時(shí)間為2.0 s，穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到3%標(biāo)準(zhǔn)的平均調(diào)節(jié)時(shí)間為2.4 s，拖拉機(jī)前輪控制效果良好。應(yīng)用試驗(yàn)表明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能基本滿(mǎn)足拖拉機(jī)配套2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合直播機(jī)機(jī)組自動(dòng)導(dǎo)航作業(yè)要求。

拖拉機(jī)導(dǎo)航； 前輪轉(zhuǎn)向； 摩擦驅(qū)動(dòng)； 自適應(yīng)模糊控制； 遺傳算法； 離散仿真模型

引言

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)導(dǎo)航技術(shù)在當(dāng)今農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展中占據(jù)重要地位[1-3]。其中拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是導(dǎo)航系統(tǒng)中的關(guān)鍵執(zhí)行環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的性能和適應(yīng)性直接影響導(dǎo)航控制方法的實(shí)際效果。

組建轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要工作。國(guó)內(nèi)外研究者采用的自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有電磁比例液壓閥、電控全液壓閥和電控方向盤(pán)3種方式。文獻(xiàn)[4-10]均采用電磁比例液壓閥作為轉(zhuǎn)向控制方式，該方式具有控制響應(yīng)迅速、執(zhí)行精度高等優(yōu)點(diǎn)，但存在裝卸復(fù)雜、控制元件昂貴和維護(hù)不便等問(wèn)題。文獻(xiàn)[11-14]采用并聯(lián)電控全液壓閥方式實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)向控制，該方式具有可靠耐用、控制便捷等優(yōu)點(diǎn)，但同樣存在機(jī)構(gòu)龐雜問(wèn)題。文獻(xiàn)[15-17]采用電動(dòng)方向盤(pán)方式轉(zhuǎn)向，該方案對(duì)農(nóng)機(jī)改動(dòng)較小，設(shè)備成本較低，但齒輪傳動(dòng)對(duì)安裝精度要求較高，離合掛擋機(jī)構(gòu)復(fù)雜，需要根據(jù)方向盤(pán)定制整體結(jié)構(gòu)。劉陽(yáng)[18]采用摩擦方式驅(qū)動(dòng)方向盤(pán)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，但文中指出由于拖拉機(jī)方向盤(pán)存在自由行程影響，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制精度較低，同時(shí)有明顯的穩(wěn)態(tài)振蕩現(xiàn)象，必須依據(jù)摩擦驅(qū)動(dòng)裝置特性設(shè)計(jì)控制器才能獲得良好的控制效果。

良好的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)能夠使油菜精量聯(lián)合直播機(jī)組導(dǎo)航系統(tǒng)便于搭建和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的精準(zhǔn)控制，降低系統(tǒng)成本。針對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐雜、裝卸不便等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一種摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置能夠迅速切換工作模式且裝卸便捷。同時(shí)為提高該轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置控制性能，設(shè)計(jì)一種基于遺傳算法的自適應(yīng)模糊控制器。

1 總體設(shè)計(jì)

摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置、自適應(yīng)模糊控制器和原有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)前輪自動(dòng)轉(zhuǎn)向操作，設(shè)計(jì)了摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置。該裝置通過(guò)摩擦輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)方向盤(pán)從而帶動(dòng)全液壓轉(zhuǎn)向閥轉(zhuǎn)動(dòng)，最終驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)裝置由自適應(yīng)模糊控制器控制，該控制器輸入量為前輪期望轉(zhuǎn)角和通過(guò)傳感器獲取的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角，輸出量為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。控制器裝載于工控機(jī)內(nèi)，由VC 6.0軟件編寫(xiě)完成。

圖1 摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure of automatic steering control system of friction drive for tractor

2 摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

2.1 驅(qū)動(dòng)原理

由于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)[15-17]存在加工安裝精度要求高、驅(qū)動(dòng)噪聲較大、適應(yīng)性有限等問(wèn)題，本文采用摩擦傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)方向盤(pán)。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)原理如圖2所示，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)摩擦輪與方向盤(pán)之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。依靠方向盤(pán)的帶動(dòng)，液壓轉(zhuǎn)向閥改變液壓流向和流量，使轉(zhuǎn)向油缸伸縮實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向。

圖2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)原理圖Fig.2 Driving principle of steering system1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2.摩擦輪 3.方向盤(pán) 4.拖拉機(jī)前輪 5.液壓泵 6.過(guò)濾器 7.液壓轉(zhuǎn)向閥 8.轉(zhuǎn)向油缸

2.2 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

該裝置為懸臂結(jié)構(gòu)，主要由摩擦輪架、平行四連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)架和夾持機(jī)構(gòu)等組成，摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置側(cè)剖圖和安裝簡(jiǎn)圖如圖3所示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與摩擦輪軸連接，為其提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。平行四連桿機(jī)構(gòu)兩端采用鉸接分別連接摩擦輪架和機(jī)架，使摩擦輪架能夠繞機(jī)架擺動(dòng)并與方向盤(pán)保持平行。拉力彈簧連接摩擦輪架與絲桿滑塊，轉(zhuǎn)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)手輪可帶動(dòng)絲桿從而調(diào)節(jié)絲桿滑塊的位置，改變拉力彈簧的預(yù)緊力。驅(qū)動(dòng)裝置的安裝方式如圖3b所示，夾持機(jī)構(gòu)采用環(huán)抱方式將裝置固定于方向盤(pán)支柱上，使用拉扣鎖定，安裝便捷。

圖3 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置側(cè)剖圖和安裝簡(jiǎn)圖Fig.3 Cross-sectional view and installation drawing of steering device1.摩擦輪 2.摩擦輪架 3.拉力彈簧 4.平行四連桿 5.鉸點(diǎn) 6.轉(zhuǎn)向裝置機(jī)架 7.步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 8.壓力調(diào)節(jié)手輪 9.絲桿 10.絲桿滑塊 11.夾持機(jī)構(gòu) 12.拉扣 13.方向盤(pán) 14.轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置 15.方向盤(pán)支柱 16.操作臺(tái)

2.2.2 工作過(guò)程與結(jié)構(gòu)參數(shù)確定

由于需要快速便捷切換手動(dòng)操作與自動(dòng)操作，裝置采用平行四連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)拉力彈簧提供摩擦驅(qū)動(dòng)所需壓力，該機(jī)構(gòu)使裝置具有2個(gè)穩(wěn)態(tài)：自動(dòng)操作和手動(dòng)操作穩(wěn)態(tài)，處于中間狀態(tài)時(shí)裝置會(huì)在彈簧作用下自動(dòng)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。自動(dòng)操作時(shí)提起摩擦輪架，四連桿呈豎直狀態(tài)，摩擦輪與方向盤(pán)接觸；手動(dòng)操作時(shí)放下摩擦輪架，四連桿呈水平狀態(tài)，摩擦輪與方向盤(pán)分離不影響手動(dòng)轉(zhuǎn)向，避免了傳統(tǒng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中離合掛擋機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，工作原理如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置工作原理圖Fig.4 Working principle of steering device1.摩擦輪 2.方向盤(pán) 3. 絲桿滑塊 4.操作臺(tái)

圖4中，A為方向盤(pán)與方向盤(pán)支柱的連接點(diǎn)，B為轉(zhuǎn)向裝置機(jī)架與方向盤(pán)支柱的安裝點(diǎn)，C為方向盤(pán)支柱與操作臺(tái)的固定點(diǎn)，D為絲桿滑塊與拉力彈簧的鉸點(diǎn)，E為機(jī)架與平行四連桿機(jī)構(gòu)安裝位置，F(xiàn)、F′、G、G′為四連桿機(jī)構(gòu)的4個(gè)鉸點(diǎn)，H為拉力彈簧與摩擦輪架的鉸點(diǎn)，I為摩擦輪與摩擦輪架的安裝位置，θ為四連桿與水平方向的夾角，le為安裝點(diǎn)H與摩擦輪軸的水平距離，lc為A點(diǎn)與H點(diǎn)的垂直距離，ld為安裝點(diǎn)E與鉸點(diǎn)D的垂直高度，lf為安裝點(diǎn)E到方向盤(pán)支柱軸心的距離。

為避免摩擦輪架與四連桿機(jī)構(gòu)的干涉，le設(shè)為70 mm，lc設(shè)為60 mm。為防止拉力彈簧與壓力調(diào)節(jié)手輪之間的干涉，ld設(shè)為40 mm。摩擦輪直徑la為100 mm，東方紅-LX854型拖拉機(jī)的方向盤(pán)直徑lb為390 mm，方向盤(pán)支柱長(zhǎng)度LAC為280 mm。平行四連桿長(zhǎng)度LFF′與lf滿(mǎn)足

(1)

預(yù)設(shè)θ為90°時(shí)摩擦輪與方向盤(pán)接觸，代入式(1)解得lf為175 mm，減去方向盤(pán)支柱半徑35 mm，機(jī)架長(zhǎng)度設(shè)為140 mm。計(jì)算可得LFF′小于180 mm，考慮夾持機(jī)構(gòu)所需空間將LFF′設(shè)為110 mm。當(dāng)θ為0°時(shí)，方向盤(pán)邊沿距離摩擦輪邊緣的直線距離為155 mm，不影響人工操作。

摩擦輪厚度為45 mm，與方向盤(pán)有效接觸面垂直寬度為30 mm，因此接觸面位置可以上下浮動(dòng)。配合θ的變化能夠適應(yīng)方向盤(pán)偏心的情況，根據(jù)勾股定理計(jì)算可得最大可適應(yīng)的偏心率為0.63，一般情況方向盤(pán)偏心率不超過(guò)0.3，滿(mǎn)足實(shí)際需求。

2.3 摩擦驅(qū)動(dòng)裝置滑移特性試驗(yàn)

與齒輪傳動(dòng)相比摩擦傳動(dòng)存在滑移現(xiàn)象[19-20]，驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間有相對(duì)滑動(dòng)。相對(duì)滑動(dòng)的大小直接影響驅(qū)動(dòng)效果，在建立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型時(shí)該相對(duì)滑動(dòng)不可忽略。為測(cè)量不同工況下的滑移率，設(shè)計(jì)了摩擦驅(qū)動(dòng)裝置試驗(yàn)臺(tái)架。

試驗(yàn)臺(tái)架由摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置、方向盤(pán)、支架、歐姆龍E6B2-CWZ6C型測(cè)速編碼器、HLT-1050A型扭矩傳感器和FZ12A-1型磁粉制動(dòng)器組成，如圖5所示。摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置安裝于試驗(yàn)臺(tái)架上。2個(gè)測(cè)速編碼器分別測(cè)量摩擦驅(qū)動(dòng)輪和方向盤(pán)的轉(zhuǎn)速。扭矩傳感器兩端連接方向盤(pán)傳動(dòng)軸和磁粉制動(dòng)器制動(dòng)軸，用于測(cè)量方向盤(pán)的實(shí)時(shí)負(fù)載。通過(guò)調(diào)節(jié)供電電流磁粉制動(dòng)器，可以提供0～6 N·m的扭矩負(fù)載，經(jīng)測(cè)量可知拖拉機(jī)方向盤(pán)正常工作負(fù)載小于2 N·m，制動(dòng)器滿(mǎn)足模擬試驗(yàn)要求。滑移率測(cè)量試驗(yàn)步驟如下：

圖5 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置試驗(yàn)臺(tái)架Fig.5 Experimental setup of steering device1.測(cè)速編碼器 2.摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置 3.方向盤(pán) 4.扭矩傳感器 5.磁粉制動(dòng)器 6.支架

(1)轉(zhuǎn)動(dòng)壓力調(diào)節(jié)手輪使彈簧拉伸至最長(zhǎng)，經(jīng)測(cè)量驅(qū)動(dòng)裝置可提供33 N摩擦正壓力。設(shè)置電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速na的8個(gè)水平分別為30、60、90、120、150、180、210、240 r/min。負(fù)載扭矩Fd的8個(gè)水平分別為0.80、1.15、1.50、1.85、2.20、2.55、2.90、3.25 N·m。

(2)對(duì)不同水平進(jìn)行試驗(yàn)，摩擦輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)編碼器測(cè)量摩擦驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速na和方向盤(pán)轉(zhuǎn)速nd，計(jì)算滑移率為

(2)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)由NI-USB-6218數(shù)據(jù)卡采集，采樣率為1 000 Hz，每100個(gè)原始數(shù)據(jù)求平均值獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取頻率為10 Hz。試驗(yàn)測(cè)量時(shí)長(zhǎng)為30 s。

(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果獲得如表1所示的摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置滑移率η特性，從而為建立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型提供支持。

當(dāng)負(fù)載Fd為1.954 N·m時(shí)，與拖拉機(jī)方向盤(pán)正常工作時(shí)測(cè)得的平均負(fù)載接近。此時(shí)滑移率η相對(duì)較為穩(wěn)定，平均值為10.85%。依據(jù)該狀態(tài)下的滑移率建立摩擦驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速na與滑移率η之間的擬合方程

表1 摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置滑移率η

(0

(3)

其決定系數(shù)R2=0.973 1。式(3)將用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)遞推仿真模型的建立。

由表1可知，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載扭矩Fd超過(guò)3 N·m時(shí)，低轉(zhuǎn)速下滑移率η急劇上升，不能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能。極端情況下可以通過(guò)增加摩擦輪正壓力和轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)正常驅(qū)動(dòng)功能。

3 自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器設(shè)計(jì)

自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器包括變論域模糊控制器[21]、卡爾曼濾波器(Kalman filtering)和遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器3部分，控制器結(jié)構(gòu)如圖6所示。實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角α′和期望轉(zhuǎn)角α輸入變論域模糊控制器獲得基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速控制量n和控制狀態(tài)的識(shí)別結(jié)果[21]。控制狀態(tài)的識(shí)別結(jié)果輸入遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器后對(duì)調(diào)節(jié)系數(shù)Ko進(jìn)行優(yōu)化，Ko與經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波的轉(zhuǎn)速控制量相乘獲得優(yōu)化后轉(zhuǎn)速控制量n′。n′信號(hào)輸入摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向反饋控制。

3.1 遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器設(shè)計(jì)

摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有環(huán)節(jié)較多、控制延時(shí)較高和存在自由行程等特點(diǎn)。固定的調(diào)節(jié)系數(shù)Ko必須在上升時(shí)間、超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間之間平衡取舍，難以獲得理想的控制效果。為獲得更好的控制效果本文采用遺傳算法對(duì)Ko進(jìn)行在線優(yōu)化，遺傳算法模擬自然進(jìn)化的過(guò)程對(duì)最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行快速求解，在線調(diào)節(jié)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制的目標(biāo)。

3.1.1 適應(yīng)度函數(shù)

遺傳算法中用適應(yīng)度概念來(lái)描述群體中個(gè)體的優(yōu)良程度，決定了優(yōu)化算法的質(zhì)量。反饋控制常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是ITAE(Integral time absolute error)[22]，該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)能較好地描述控制效果。本文遺傳算法優(yōu)化控制器采用此標(biāo)準(zhǔn)作為適應(yīng)度函數(shù)

f=∫t|e(t)|dt

(4)

式中e(t)——t時(shí)刻的控制誤差

3.1.2 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)遞推仿真模型

依據(jù)上述適應(yīng)度函數(shù)可知必須計(jì)算t時(shí)刻的控制誤差，為此需建立系統(tǒng)的遞推仿真模型以實(shí)時(shí)計(jì)算響應(yīng)過(guò)程。前期試驗(yàn)研究已經(jīng)獲得液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)二階傳遞函數(shù)[21]

(5)

設(shè)計(jì)的遞推仿真模型步長(zhǎng)為0.1 s，使用Matlab按照0.1 s步長(zhǎng)對(duì)二階傳遞函數(shù)離散化，計(jì)算獲得離散化傳遞函數(shù)

(6)

使用該離散傳遞函數(shù)構(gòu)建遞推仿真模型結(jié)構(gòu)如圖7所示，仿真模型在遺傳算法中需要進(jìn)行大量迭代計(jì)算，模型的運(yùn)算量直接影響優(yōu)化算法的實(shí)時(shí)性能。如果使用仿真模型中的變論域模糊控制器反復(fù)進(jìn)行控制狀態(tài)的識(shí)別[21],將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算量急劇上升且屬于重復(fù)工作，所以直接將控制系統(tǒng)中的自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器的識(shí)別結(jié)果輸入到仿真模型，仿真模型不再進(jìn)行識(shí)別運(yùn)算。同時(shí)根據(jù)識(shí)別結(jié)果設(shè)置仿真目標(biāo)，處于突變控制狀態(tài)時(shí)將仿真輸入設(shè)置為階躍函數(shù)，處于漸變控制狀態(tài)時(shí)將仿真輸入設(shè)置為正弦函數(shù)，使優(yōu)化結(jié)果更符合實(shí)際情況。

模型中的變論域模糊控制器依據(jù)仿真輸入和識(shí)別結(jié)果計(jì)算獲得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。該轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波后輸入式(3)計(jì)算滑移率，依據(jù)滑移率獲得仿真方向盤(pán)轉(zhuǎn)速。對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)速進(jìn)行積分，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)角度。角度傳入離散傳遞函數(shù)、延時(shí)環(huán)節(jié)和調(diào)節(jié)系數(shù)后獲得仿真模型輸出轉(zhuǎn)角。

圖7 摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)遞推仿真模型結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Structure diagram of simulation model of steering system

圖7中, 偏度為狀態(tài)識(shí)別偏度結(jié)果，周期為狀態(tài)識(shí)別周期結(jié)果，幅值為狀態(tài)識(shí)別幅值結(jié)果，Inα為輸入的轉(zhuǎn)角期望， KalmanQ為濾波器過(guò)程激勵(lì)噪聲協(xié)方差參數(shù)，KalmanR為濾波器觀測(cè)噪聲協(xié)方差參數(shù)， 滑移率函數(shù)為基于式(3)的轉(zhuǎn)速計(jì)算函數(shù)，傳遞函數(shù)為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)離散傳遞函數(shù)(式(5))， Outα為仿真模型輸出轉(zhuǎn)角。

3.1.3 仿真模型驗(yàn)證

使用上述遞推仿真模型計(jì)算參數(shù)適應(yīng)度。該仿真模型是否符合實(shí)際規(guī)律直接決定優(yōu)化效果，本文設(shè)計(jì)了仿真模型驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟如下：

(1)使用摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)于東方紅-LX954型拖拉機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行，使用DWQT-BZ-V-60-G型傳感器采集前輪轉(zhuǎn)角，采樣頻率為5 000 Hz，每500個(gè)原始數(shù)據(jù)求平均值獲得轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)獲取頻率為10 Hz，采樣精度為16位。將30°階躍信號(hào)輸入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完成前輪轉(zhuǎn)向階躍響應(yīng)并獲取數(shù)據(jù)。

(2)將30°階躍信號(hào)和突變狀態(tài)的識(shí)別結(jié)果輸入到遞推仿真模型中，計(jì)算獲取10 s內(nèi)的仿真階躍響應(yīng)結(jié)果，步長(zhǎng)為0.1 s。

(3)對(duì)比摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和仿真模型的階躍響應(yīng)結(jié)果。

對(duì)比結(jié)果如圖8所示，仿真模型響應(yīng)曲線與實(shí)際驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)曲線幾乎重合，上升時(shí)間相同，仿真模型較實(shí)際系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)量小0.18°，調(diào)節(jié)時(shí)間相差0.3 s，穩(wěn)態(tài)誤差均小于輸入信號(hào)幅值的3%。該仿真模型基本符合實(shí)際規(guī)律，滿(mǎn)足遺傳算法優(yōu)化需要。

圖8 仿真模型驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Verification test results of simulation model

3.1.4 參數(shù)優(yōu)化遺傳算法架構(gòu)

構(gòu)建遺傳算法[23]首先進(jìn)行參數(shù)編碼和個(gè)體編碼，本文采用多參數(shù)交叉編碼方法，該編碼方法各參數(shù)主碼位比較集中，不易被遺傳算子破壞，適用于參數(shù)間重要性主次明顯的優(yōu)化問(wèn)題。編碼方式是將各參數(shù)的相同位的基因編碼編在一起，參數(shù)使用6位二進(jìn)制數(shù)表示，參數(shù)編碼An和個(gè)體基因編碼X為

(7)

式中anm——第n號(hào)參數(shù)的第m位編碼

相應(yīng)的解碼公式為

(8)

式中Un——n號(hào)參數(shù)的真實(shí)值Un_min——n號(hào)參數(shù)優(yōu)化范圍的下限Un_max——n號(hào)參數(shù)優(yōu)化范圍的上限

本文設(shè)置了3個(gè)優(yōu)化參數(shù)U1、U2、U3，分別為門(mén)限外調(diào)節(jié)系數(shù)、門(mén)限和門(mén)限內(nèi)調(diào)節(jié)系數(shù)，3個(gè)參數(shù)下限分別為0.10、0.05、0.01，上限分別為1.7、0.3、1.0。根據(jù)摩擦輪和方向盤(pán)的直徑比和預(yù)試驗(yàn)的效果將Ko基數(shù)設(shè)為2.5，優(yōu)化參數(shù)Un對(duì)Ko的計(jì)算公式為

(9)

式中e——控制誤差A(yù)rec——幅值識(shí)別結(jié)果

遺傳算法需要對(duì)個(gè)體進(jìn)行篩選，本文使用排序選擇法，該方法注重適應(yīng)度之間的大小關(guān)系，對(duì)適應(yīng)度非線性度較高的問(wèn)題比較合適。首先對(duì)個(gè)體進(jìn)行適應(yīng)度升序排序，再匹配對(duì)應(yīng)概率為

(10)

式中M——群體中個(gè)體數(shù)量H——遺傳算法總迭代次數(shù)h——進(jìn)化代數(shù)i——排序后的第i號(hào)個(gè)體

利用式(10)計(jì)算個(gè)體概率時(shí)，前期能夠保持群體多樣性，而后期則能夠加快收斂。基于概率pni進(jìn)行比例選擇算子[23]計(jì)算，產(chǎn)生下一代群體。

交叉算子采用多點(diǎn)交叉(Multi-point crossover),對(duì)個(gè)體進(jìn)行兩兩配對(duì)，隨機(jī)選擇3個(gè)交叉點(diǎn)，將個(gè)體編碼分為4個(gè)段，配對(duì)個(gè)體偶數(shù)段的編碼互換獲得下一代個(gè)體。其中保留每一代適應(yīng)度最高的少數(shù)個(gè)體的基因編碼不參與交叉編碼，以保留優(yōu)秀個(gè)體。

變異算子則采用基本位變異(Simple mutation)以變異概率p′隨機(jī)選擇一個(gè)體的隨機(jī)4位基因的編碼進(jìn)行變異取反操作，變異概率p′設(shè)為0.3。

完成編碼、適應(yīng)度和算子的設(shè)置后，進(jìn)行遺傳算法架構(gòu)。運(yùn)算步驟如下：

(1)群體初始化，總迭代次數(shù)N設(shè)為40，群體的個(gè)體數(shù)量M設(shè)為40，對(duì)個(gè)體進(jìn)行隨機(jī)初始化。

(2)計(jì)算各個(gè)體的適應(yīng)度并進(jìn)行排序后，使用排序選擇法對(duì)群體進(jìn)行選擇。

(3)對(duì)群體應(yīng)用多點(diǎn)交叉算子，獲得下一代個(gè)體后依據(jù)變異概率p′對(duì)群體運(yùn)行變異算子。

(4)當(dāng)進(jìn)化代數(shù)h

參數(shù)優(yōu)化遺傳算法的主要運(yùn)算量集中在適應(yīng)度的仿真計(jì)算上，經(jīng)過(guò)模型改進(jìn)后完成一輪遺傳優(yōu)化的平均時(shí)間為70 ms，滿(mǎn)足控制器實(shí)時(shí)優(yōu)化需求。該算法較全因素遍歷優(yōu)化算法的時(shí)間復(fù)雜度減小200倍。

3.2 卡爾曼濾波器設(shè)置

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的摩擦輪轉(zhuǎn)速較快，出現(xiàn)急停急走和反復(fù)換向的控制信號(hào)時(shí)，由于慣性原因機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)較大抖動(dòng)，同時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)換向時(shí)也存在自由行程。為盡量減少上述信號(hào)的出現(xiàn)頻率，對(duì)變論域控制器的輸出進(jìn)行卡爾曼濾波，經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)更平穩(wěn)，較濾波前信號(hào)更適用于摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。平衡濾波跟蹤速度與信號(hào)平穩(wěn)度，依據(jù)拖拉機(jī)試驗(yàn)結(jié)果，過(guò)程激勵(lì)噪聲協(xié)方差Q設(shè)為1，觀測(cè)噪聲協(xié)方差R設(shè)為10。

4 摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)

摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)在作業(yè)機(jī)具配套動(dòng)力東方紅-LX854型拖拉機(jī)上搭建，如圖9所示。轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)均原地進(jìn)行。摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置動(dòng)力為森創(chuàng)86BYG 250BS型兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩為4 N·m。 前輪轉(zhuǎn)角傳感器采用DWQT-BZ-V-60-G型傳感器。數(shù)據(jù)采集和信號(hào)發(fā)生使用NI-USB-6218 型采集卡，由USB與工控機(jī)連接。控制終端為T(mén)PC6000-6100T型工控機(jī)，使用Windows XP操作系統(tǒng)。

圖9 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)Fig.9 Experiment platform of steering system for tractor1.控制終端 2.摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置 3.角度傳感器 4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

4.1 對(duì)比試驗(yàn)

設(shè)計(jì)2組對(duì)比試驗(yàn)測(cè)試遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器的效果。遺傳組試驗(yàn)采用遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器對(duì)Ko進(jìn)行在線優(yōu)化，定參組只使用變論域模糊控制器和卡爾曼濾波器2個(gè)模塊，不采用優(yōu)化模塊，固定參數(shù)Ko設(shè)為2.5。2組試驗(yàn)的卡爾曼濾波器參數(shù)相同，Q設(shè)為1，R設(shè)為10。試驗(yàn)步驟如下：

(1)將幅值為20°的階躍響應(yīng)信號(hào)分別輸入2組試驗(yàn)的控制器。

(2)使用采樣頻率為5 000 Hz的角度傳感器，每500個(gè)數(shù)據(jù)求平均，數(shù)據(jù)獲取頻率為10 Hz，以16位精度采集階躍響應(yīng)過(guò)程。

(3)對(duì)比遺傳算法參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)和固定參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果如圖10和表2所示。

圖10 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果曲線Fig.10 Curves of performance of genetic algorithm optimizer

試驗(yàn)組平均穩(wěn)態(tài)誤差/(°)上升時(shí)間/s3%調(diào)節(jié)時(shí)間/s超調(diào)量/%遺傳組0291724定參組032203155

遺傳算法運(yùn)算結(jié)果U1、U2、U3分別為1.500、0.216、0.310。經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化的試驗(yàn)組上升時(shí)間比固定參數(shù)試驗(yàn)組減少0.3 s(15%)， 穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到3%標(biāo)準(zhǔn)所需調(diào)節(jié)時(shí)間ts減少0.7 s(29%)，響應(yīng)過(guò)程無(wú)超調(diào)和振蕩。試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化的試驗(yàn)組具有更好的控制性能。

4.2 性能試驗(yàn)

為進(jìn)一步測(cè)試轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向性能，設(shè)計(jì)了性能試驗(yàn)。1號(hào)試驗(yàn)的輸入量是周期為16 s、幅值為10°的方波信號(hào)，記錄50 s數(shù)據(jù)，形成6段20°的階躍響應(yīng)信號(hào)，波形如圖11所示，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。在線參數(shù)優(yōu)化結(jié)果U1、U2、U3分別為1.280、0.193、0.350。6段階躍響應(yīng)平均絕對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差為0.197°，平均上升時(shí)間為2.0 s， 穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到3%標(biāo)準(zhǔn)所需平均調(diào)節(jié)時(shí)間為2.4 s，階躍響應(yīng)無(wú)超調(diào)和振蕩現(xiàn)象。

圖11 方波響應(yīng)結(jié)果曲線Fig.11 Step response curves of steering system

響應(yīng)編號(hào)平均穩(wěn)態(tài)誤差/(°)上升時(shí)間/s3%調(diào)節(jié)時(shí)間/s101902227201281921303542226400741820503642226600741920平均值01972024

由表3可以看出，在相同的控制輸出量下，由于液壓推缸進(jìn)程與退程的有效截面不同導(dǎo)致拖拉機(jī)前輪左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的角速度存在區(qū)別。

2號(hào)試驗(yàn)輸入量是周期為15 s、幅值為10°的正弦信號(hào)，記錄50 s數(shù)據(jù)，波形如圖12所示。在線參數(shù)優(yōu)化結(jié)果U1、U2、U3分別為0.800、0.095、0.875。該正弦響應(yīng)的平均絕對(duì)誤差為0.617°，最大誤差為1.71°。

圖12 正弦波響應(yīng)結(jié)果曲線Fig.12 Sin response curves of steering system

性能試驗(yàn)表明摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能良好，滿(mǎn)足拖拉機(jī)前輪控制需求。

4.3 應(yīng)用試驗(yàn)

為測(cè)試采用摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的拖拉機(jī)配套油菜精量聯(lián)合直播機(jī)機(jī)組導(dǎo)航系統(tǒng)作業(yè)性能，于2016年9月27日在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)基地使用導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)組播種試驗(yàn)(圖13)。導(dǎo)航系統(tǒng)由導(dǎo)航控制系統(tǒng)[24-25]、摩擦輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、司南M300型北斗定位系統(tǒng)(定位頻率設(shè)為2 Hz，水平定位精度為±(10+10-6D) mm，D為基站到移動(dòng)站的距離)、東方紅LX-854型拖拉機(jī)和2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合直播機(jī)組成。試驗(yàn)進(jìn)行直線跟蹤，依據(jù)播種工況選擇前進(jìn)速度。行駛平均速度為0.605 m/s，行駛距離為45 m，平均絕對(duì)橫向偏差為0.039 m，最大橫向偏差為0.145 m，橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差為0.051 m。試驗(yàn)結(jié)果表明摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?yàn)樽鳂I(yè)機(jī)組自動(dòng)導(dǎo)航研究提供參考。2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合直播機(jī)播種農(nóng)藝要求的對(duì)行精度為0.10 m，導(dǎo)航系統(tǒng)田間作業(yè)試驗(yàn)最大橫向偏差需要減小。通過(guò)分析機(jī)具工作過(guò)程對(duì)自動(dòng)導(dǎo)航控制的影響，建立處于掛載機(jī)具工作狀態(tài)的農(nóng)機(jī)動(dòng) 力學(xué)模型用以修正控制方法，能夠進(jìn)一步提高自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)田間作業(yè)試驗(yàn)精度。

圖13 導(dǎo)航系統(tǒng)播種試驗(yàn)Fig.13 Field line-tracking of navigating system1.北斗定位系統(tǒng) 2.摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置 3.控制終端 4.拖拉機(jī) 5.油菜精量聯(lián)合直播機(jī)

5 結(jié)論

(1)針對(duì)傳統(tǒng)拖拉機(jī)前輪轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、安裝不便等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)裝置和自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器。驅(qū)動(dòng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)方向盤(pán)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)，具有適應(yīng)性高、切換工作模式迅速和裝卸便捷等特點(diǎn)。同時(shí)本文進(jìn)行了摩擦驅(qū)動(dòng)裝置滑移特性試驗(yàn)，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型建立提供數(shù)據(jù)支持。

(2)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)模糊轉(zhuǎn)向控制器。采用遺傳算法進(jìn)行在線參數(shù)優(yōu)化，建立摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)遞推仿真模型用于遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器構(gòu)建。同時(shí)進(jìn)行了仿真模型驗(yàn)證，遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器性能對(duì)比試驗(yàn)，摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能試驗(yàn)和應(yīng)用試驗(yàn)。

(3)遺傳算法參數(shù)優(yōu)化器性能對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后20°階躍響應(yīng)上升時(shí)間減少0.3 s(15%)，穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到3%標(biāo)準(zhǔn)所需調(diào)節(jié)時(shí)間減少0.7 s(29%)，消除振蕩現(xiàn)象。摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能試驗(yàn)表明，20°階躍響應(yīng)平均絕對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差為0.197°，平均上升時(shí)間為2.0 s， 穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到3%標(biāo)準(zhǔn)所需平均調(diào)節(jié)時(shí)間為2.4 s，階躍響應(yīng)無(wú)振蕩現(xiàn)象。所設(shè)計(jì)的摩擦輪式轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拖拉機(jī)前輪控制效果良好，應(yīng)用試驗(yàn)表明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能基本滿(mǎn)足拖拉機(jī)配套2BFQ-6型油菜精量聯(lián)合直播機(jī)機(jī)組自動(dòng)導(dǎo)航作業(yè)要求。

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Design and Experiment on Automatic Steering Control System of Friction Drive for Tractor

ZHANG Wenyu1DING Youchun1,2WANG Lei1WAN Xingyu1LEI Xiaolong1LIAO Qingxi1,2

(1.CollegeofEngineering,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China2.SouthernRegionalCollaborativeInnovationCenterforGrainandOilCropsinChina,Changsha410128,China)

An automatic steering control system of friction drive for tractor was designed to solve the problem that traditional automatic steering control system was too complex to be installed on 2BFQ-6 type direct-seeding combined dual purpose planter. A four connecting rods parallel institutions was used to develop the steering control device of friction drive for achieving fast mode switching. Meanwhile, the friction drive was simple in operation and convenient in installation by using the clamping installation method. The discrete simulation model of tire steering maneuver was established based on slip characteristics of the device. The simulation model was adopted to design the genetic algorithm optimizer, which could optimize the controller parameters online. The self-adaptation controller was adapted to control the automatic steering device of friction drive. The experiment on LX854-DFH tractor was used to analyze the performance of genetic algorithm optimizer. The experimental results showed that rise and regulation response time of the genetic algorithm optimization controller was decreased by 15% and 29% compared with the fixed parameter controller, respectively. The measured 20° step responses indicated that the average regulation time was 2.4 s, the average absolute steady-state error was 0.197°, and there was no steady state oscillation, when the experimental results were recorded. The automatic steering control system of friction drive could be applied to control nosewheel steering turning of 2BFQ-6 type direct-seeding combined dual purpose planter for rapeseed.

tractor navigation; nosewheel steering turning; friction drive; self-adaptation fuzzy control; genetic algorithm; discrete simulation model

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.004

2016-09-30

2016-11-10

國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng)(CARS-13)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD020060602)、“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD08B02)和公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201503116-6)

張聞?dòng)?1985—)，男，博士生，主要從事自動(dòng)控制和油菜直播機(jī)導(dǎo)航研究，E-mail： zhangwy@webmail.hzau.edu.cn

廖慶喜(1968—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油菜機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)與裝備研究，E-mail： liaoqx@mail.hzau.edu.cn

S225.3

A

1000-1298(2017)06-0032-09