基于Simulink的高速插秧机液压仿形系统动态特性仿真分析.pdf

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1、p e r f o r m a n c es e v e r e l y T h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft h eh y d r a u l i cm a s t e re l e m e n ti sa n i m p o r t a n tf a c t o rt ot h eh y d r a u l i cs y s t e m S ot h er e s e a r c ha i m i n ga tt h ep e r f o r m a n c eo ft h e h i g h s p e e dt r a n s p l

2、a n t e r Sh y d r a u l i cs y s t e mh a sa ni m p o r t a n tm e a n i n g a b o u tt h e o r ya n d p r a c t i c a la p p l i c a t i o n 。I tC a ns u p p o r tt h et e c h n o l o g yf o r t h ed e s i g no ft h eh y d r a u l i cp r o f i l i n g s y s t e mo fh i g h - s p e e dt r a n s p l

3、 a n t e ra n di m p r o v et h ec u r r e n th y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mo ft h e h i g h - s p e e dt r a n s p l a n t e ri no r d e rt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h eh i g l l - s p e e dt r a n s p l a n t e r T h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e dt h eh y

4、d r a u l i cp r o f i l i n gs y s t e mo fh i g h s p e e dt r a n s p l a n t e r u s i n gt h eS i m u l i n kb o xo fM a t l a bt od ot h es i m u l a t i o nr e s e a r c ha i m i n ga ti t B a s i n go nt h e d y n a m i cp e r f o r m a n c e Sa n a l y s i s ，t h i sp a p e rb r o u g h tu

5、pam e t h o da i m i n ga tt h em o d e l i n ga n d o p t i m i z a t i o no ft h eh y d r a u l i cp r o f i l i n gs y s t e mo fh i g h s p e e dt r a n s p l a n t e r , i n c l u d i n gs e t t i n gt h e m o d e l i n g ，a n a l y s i n gt h es t a b i l i z a t i o na n dt h ed y n a m i ca

6、n ds t a t i cp e r f o r m a n c e ，s e e k i n gf o rt h e o p t i m a lp a r a m e t e ro ft h ea c t u a t i n gu n i ta n dt h eo t h e rp a r a m e t e r so ft h es y s t e m B ya n a l y z i n g t h ed y n a m i cp e r f o r m a n c es i m u l a t i o nr e s u l t so ft h es y s t e ma n dd o

7、 i n gt h ec h a n g e dp a r a m e t e r s s i m u l a t i o n ，Ig e tt h ei m p r o v e dd e s i g na i m i n ga tt h ec u r r e n ts y s t e mw h i c hm a k e st h es y s t e m r e s p o n s er e a c ht h ee x p e c t e dr e s u Ra n ds a t i s f i e st h en e e d so ft h ep r a c t i c a lw o r

8、k T h i sr e s e a r c h p r o v i d e st h em e t h o d sa n dg i s t f o rt h ed e s i g na n dp e r f o r m a n c ef o r e c a s to ft h eh y d r a u l i c p r o f i l i n gs y s t e mo fh i g h s p e e dt r a n s p l a n t e r T h ec o n t e n ta n dc o n c l u s i o na sf o l l o w s ： 1 C u r

9、r e n tr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tt r e n do nt r a n s p l a n t e rW a sg e n e r a li n t r o d u c e d ，a n d t h ei m p o r t a n c eo ft h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a l r e s e a r c ho fh i g h s p e e dt r a n s p l a n t e rh y d r a u l i c s y s t e mc h a r a c t

10、 e r i s t i c sW a se l a b o r a t e d 2 T h ec o m p u t e rs i m u l a t i o n ，p a r t i c u l a r l yt h ed e v e l o p m e n to ft h eh y d r a u l i cs y s t e m s i m u l a t i o nW a sb r i e f l yi n t r o d u c e d T h ep r i n c i p l e ，h y d r a u l i cs i m u l a t i o nm e t h o da

11、n db a s i cs t e p s w e r ei l l u s t r a t e d ；a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fav a r i e t yo fm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o n I I I 浙江理工大学硕士学位论文 s o f t w a r ew e r ea n a l y z e d F i n a l l yt h eM a t l a b S i m u l i n kw a ss e l e c t e da st h em o d e l

12、 i n ga n d s i m u l a t i o nt o o l s ，a n dS i m u l i n ks o f t w a r ep a c k a g ew a si n t r o d u c e d 3 T h r o u g ha n a l y s i so fh i g h - s p e e dt r a n s p l a n t e rh y d r a u l i cp r o f i l i n gs y s t e ma n dt h ea c t u a l m e a s u r e m e n ta n dt h e o r e t i c

13、 a ld e f i v m i o no ft h eV a r i o u sc o m p o n e n t s ，t h ee x i s t i n gh y d r a u l i c p r o f i l i n gs y s t e mp a r a m e t e rd a t aW a sg o t a n dt h e nu n d e r t h ef o r c eb a l a n c ee q u a t i o na n dl i q u i d c o n t i n u o u se q u m i o np r o f i l i n gs y s

14、t e m so fm a t h e m a t i c a le q u a t i o n sw e r ee s t a b l i s h e d ；t h e p r o f i l i n gs y s t e ms i m u l a t i o nm o d e lw a se s t a b l i s h e db yS i m u l i n kT o o l b o x ，a n dt h r o u g ht h e p r o f i l i n gs y s t e md y n a m i c ss i m u l a t i o nr e s u l t s

15、o ft h ea n a l y s i s ，t h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so f m o t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ee x i s t i n gs y s t e mp a r a m e t e ra d j u s t m e n tr a n g ew a si d e n t i f i e d ，t h e d e b u g g i n gt i m ef o rs y s t e mi n s t a l l a t i o nw a sr e d u c

16、e da n de f f i c i e n c yw a si m p r o v e d 4 T h r o u g ht h ea n a l y s i so fd y n a m i cp e r f o r m a n c es i m u l a t i o no fh y d r a u l i cp r o f i l i n gs y s t e m a n dt h ea c t u a lf i n d i n g s ，a i m i n ga ts h o c ka n dn o i s ep r o b l e m so fe x i s t i n gh y

17、d r a u l i cp r o f i l i n g s y s t e m ，t h eh y d r a u l i cp r o f i l i n gs y s t e mw a sd e s i g n e db ya d d i n gt h eh y d r a u l i ci m p a c t a c c u m u l a t o rf o ra b s o r p t i o n ，n o i s er e d u c t i o n ，a n dd y n a m i cq u a l i t yi m p r o v e m e n to fs y s t

18、e m T h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to fan e wd e s i g no fm a t h e m a t i c a lm o d e l sa n ds i m u l a t i o n e x p e r i m e n t ，t h ef e a s i b i l i t yo fan e wd e s i g nW a s v e r i f i e d K e y w o r d s ：h i 曲- s p e e dt r a n s p l a n t e r ；h y d r a u l i cp r o f

19、 i l i n gs y s t e m ；d e a dz o n e ；d y n a m i c p e r f o r m a n c e ；s i m u l a t i o n I V 1 2 1 国外插秧机的发展概况2 1 2 2 国内插秧机发展概况3 1 3 液压技术在插秧机中的应用4 1 4 仿形系统的研究现状4 1 5 课题研究的主要内容6 1 6 本章小结7 第二章液压系统仿真的基本原理与发展状况8 2 1 液压系统仿真技术8 2 2 液压仿真技术发展趋势一1 0 2 3 液压系统仿真的基本步骤1 1 2 4 基于M a t l a b S i m u l i n k

20、的液压系统仿真1 2 2 4 1M a t l a b S i m u l i n k 系统仿真简介及主要优点1 2 2 4 2M a t l a b S i m u l i n k 中液压系统的仿真实现原理1 4 2 5 本章小结1 4 第三章高速插秧机液压仿形控制系统l5 3 1 高速插秧机机械液压控制系统组成15 3 2 阀控动力机构1 6 3 2 1 动力机构的参数选取1 7 3 2 2 液压控制元件l9 3 2 3 液压执行元件2 6 3 3 动力机构主要计算参数2 6 3 4 本章小结一2 8 i J 一 l l 2 T - 浙江理工大学硕士学位论文 第四章基于S i m u l

21、i n k 的仿形系统建模与仿真2 9 4 1 控制系统数学模型2 9 4 2 动力机构的工作原理3 3 4 3 液压仿形系统的数学模型3 3 4 3 1 数学方程建立基础3 3 4 3 2 液压仿形系统的数学模型。3 4 4 3 3 状态空间法建模4 0 4 4 仿真模型的建立4 l 4 5 系统仿真结果分析4 2 4 5 1 仿真器参数设置4 2 4 5 2 初始参数条件下的动态特性分析。4 2 4 5 3 系统参数对其动态特性的影响4 3 4 5 4 系统最佳参数的选取4 7 4 6 本章小结4 8 第五章基于M a t l a b S i m u l i n k 的仿形系统优化设计4

22、9 5 1 液压仿形系统工作原理4 9 5 2 液压仿形系统蓄能器研究5 l 5 2 1 蓄能器的选取51 5 2 2 蓄能器参数选择与计算5 2 5 3 蓄能器模型的建立5 3 5 4 系统仿真研究及结果分析5 5 5 5 本章小结。5 9 第六章总结与展望。6 l 6 1 全文总结6 l 6 2 研究展望。6 2 参考文献6 3 至定谢6 7 攻读学位期间获得的研究成果6 8 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究的目的及意义 水稻是我国种植面积最广、单产最高、总产量最多的粮食作物，在我国粮食总产量 中占有很大的比重，水稻种植遍及全国3 0 个省( 自治区、直辖市) ，涉及

23、近6 亿乡村人 口，保证水稻种植的产量对我国粮食安全具有非常重要的作用。近几年来，大量的农村 劳动力涌入城市，造成广大农村地区青壮年劳动力不足，因此，积极推进水稻生产机械 化是保证粮食安全、提高农民收益、发展现代农业的迫切要求和现实选择【1 1 。 表1 12 0 0 5 年我国四大水稻种植区机械化种植情况 双季稻区麦稻两熟区 西南稻区 东北稻区 湘、赣、浙、 苏、皖、鄂、蜀、渝、云、 黑、吉、辽、豫、鲁、陕、宁、 包括省份闽、粤、桂、新、冀、内蒙、津、晋、甘、 琼 沪 贵 京 水稻种植面 积 1 3 7 0 2 76 5 4 8 54 6 0 6 52 8 7 2 7 共计2 7 7 3 0

24、 4 ( k h m 2 ) 占全国水稻 种植总面积 4 7 52 2 71 61 09 6 2 ( ) 水稻机械化 1 2 0 54 8 9 62 0 2 81 1 2 4 71 9 3 7 6 种植面积 占全国机插 5 82 3 99 85 4 6 秧比重( ) 机械化种植 O 97 54 43 9 2 水平( ) 机械化收割 2 3 96 6 98 64 2 3 水平( ) 由表1 1 可以看到，浙江、湖北、海南、江西、福建、广东、广西等双季稻产区， 水稻种植面积占全国水稻种植总面积的4 7 5 ，接近于全国总面积的一半，但是机械化 种植面积仅仅占到全国机械化种植面积的5 8 ，机械化种

25、植水平仅为0 9 。远小于其 他水稻产区，特别是东北稻区。相较于日本9 8 和韩国8 9 的机械化种植水平，我国 水稻机械化种植任重而道远。 近年来，国家总体实力增强，城乡一体化化进程加快，实行工业反哺农业，城市支 持农村的方针，把发展现代农业作为首要任务f 2 】，2 0 0 4 年以来，国家加大了农机具购置 补贴力度，大力推进农业生产机械化进程，2 0 0 6 年全国稻谷机械种植面积已近2 5 0 万 l 浙江理工大学硕士学位论文 h m 2 ，比上年增加5 3 3 3 万h m 2 ，主要是机插秧种植面积增加了5 4 1 2 万h m 2 ，比上年增 加了4 0 。随着农村经济的飞速发展

26、，水稻生产机械化已得到农民的认可和热烈欢迎。 因此，随着国家对推进水稻种植机械化的政策扶植力度的加大，目前国内市场对插秧机 的需求很大。 机械化种植不仅能降低劳动强度，还能降低水稻种植的总成本。研究表明：机械化 插秧总成本比人工栽插每亩降低3 0 左右，一般人工栽插效率为1 5 日亩，步行式插秧 机需0 1 3 日亩，高速插秧机为O 0 5 日亩。高速插秧机无论是从性能还是效率都具有明 显的优势，具有广阔的市场前景。 乘坐式高速插秧机是一个复杂的机械系统，液压仿形系统作为提升插秧机插植部的 动力和控制装置，是影响高速插秧机工作性能的重要环节，其工作性能的好坏将会直接 影响高速插秧机的插秧质量、

27、工作可靠性和工作效率，并对插秧机的整体作业水平和市 场竞争力产生直接影响。 但是，截止到目前为止，国内对于高速液压仿形系统的研究很少，现有的关于插秧 机仿形系统的理论研究大多是在上世纪8 0 , - - 9 0 年代创立的，很多内容是通过经验总结取 得，所以这些理论很多是经验化的，缺乏科学的理论研究，对系统设计只能起到初步的 指导作用。这些理论大多是关于手扶机动式插秧机，近些年来，市场对于高速插秧机的 需求逐年增大，国内外企业纷纷都将目光放在了高速插秧机这一朝阳机型上，但是，国 内由于缺乏关于高速插秧机仿形系统的理论指导，仿形系统的安装调试必须依靠具有丰 富实践经验的专业人员才能进行。同时现有

28、的结构决定了在其安装到系统上之后就不能 根据实际要求随动地改变自身参数以满足插秧机的不同需要。这给液压仿形系统在工作 实践中的应用带来了障碍。本文将对现有的高速插秧机仿形系统的进行分析研究，针对 目前存在的一些问题对其进行改进设计。希望促进液压仿形系统的技术创新和发展，填 补国内的技术空白，加快我国农机事业的发展，促进水稻生产的机械化。 1 2 国内外水稻插秧机的发展概况和趋势 1 2 1 国外插秧机的发展概况 水稻插秧种植方式主要集中在亚洲，目前国外插秧机产品研发与制造主要是日本和 韩国f 3 1 。日本是世界上水稻插秧机机械化水平最高的国家，也是插秧机械研究与制造水 平最高的国家，插秧机产

29、品技术处于世界领先地位。上世纪八十年代末，日本机械化种 植面积占水稻种植总面积的9 8 4 。因此，现以日本为例说明国外水稻插秧机的研究与 发展。 2 浙江理工大学硕士学位论文 2 0 世纪5 0 “ - - 6 0 年代，日本开发出了第一代水稻插秧机手扶机动插秧机【4 1 。利用 车轮和浮筒支持机体，浮筒滑行，提高了对水田的随从性和直进性。随后发展到4 行机， 出现使用液压调节的机型，大大提高了作业质量。 乘座式插秧机是由手扶插秧机发展而来的，从1 9 7 5 年开始批量生产，1 9 8 0 年起一 律变为自走式专用机，使插秧部与行走部紧密匹配，使用性能得到进一步提高，改善了 操作者的工作条

30、件，并改进了插深液压控制机构。 插秧机由手扶式发展到乘座式，虽然改善了劳动条件，提高了插秧性能，但却不能 提高作业速度。从2 0 世纪8 0 年中期至现在，是高速插秧机的发展阶段。由于曲柄摇杆 式分插机构的运动惯性力不易克服，使插秧频率受到限制。为进一步提高插秧机工作效 率，日本农机化研究所开始致力于新型栽植机构的研究，1 9 8 5 年成功研制出了行星系旋 转式分插机构偏心齿轮行星系分插机构。实现了插秧机高速化的突破性进展。高速 插秧机使插秧作业速度提高了5 0 。最高速度可达1 2 m s ，作业效率提高了3 2 。随 着作业速度的大幅度提高，原有的液压仿形系统已经远远不能满足插秧机的性能

31、要求， 为了保证插秧深度，在原有仿形系统基础上，增加了横向仿形系统( T B S ) 和速度感应 型深度插植自动调节机构，大大提高了高速插秧机的液压仿形能力。 1 2 2 国内插秧机发展概况 我国对水稻插秧机的研究较早，1 9 5 3 年开始研究水稻插秧机，但由于当时农村劳动 力过剩，缺乏机械化的前提条件；同时由于大部分机型结构复杂、机械制造质量差或制 造成本高等原因均未能在实际生产中广泛使用。8 0 年代后，在改革开放方针政策的指引 下，我国插秧机的研制和推广进入了崭新的阶段，国产插秧机的性能逐渐接近于国际先 进水平，同时随着大量农村青壮年涌入城市，农村劳动力不足，水稻插秧及迅速赢得了 市场

32、并得到了大力推广。我国水稻插秧机的研究按照改革开放前后可大致分为以下两个 阶段1 5 叫。 1 ) 改革开放前 1 9 5 3 年原华东农业科学研究所( 现南京农机所) 将水稻插秧机列入科研课题。1 9 5 6 年，采用滚插秧原理的样机初步成型。该样机在1 9 5 6 年4 月召开的全国第一次插秧机 学术研讨会上进行了田间试验，证明实现插秧机械化的可能性。经过多次改进设计，于 1 9 5 9 年投入大面积试验。在蓄力和人力插秧机研制的基础上，1 9 6 4 年出现了机动水稻 插秧机，1 9 6 7 年东风2 S 型机动插秧机通过部级鉴定，它是一种适用于洗根苗的插秧机， 设计了单轮水田叶轮驱动与

33、船体承重滑行相结合的水田行走机构。 3 浙江理工大学硕士学位论文 2 ) 改革开放后( 8 0 年代后) 1 9 8 2 年，在我国传统机型基础上，吸收日本曲柄摇杆式分插机构以2 Z T - 9 3 5 乘座式 机动插秧机为代表的新型国产插秧机开始批量生产。随后，在2 Z T - 9 3 5 基础上，研制成 功了2 Z T 系列机型。进入9 0 年代，国内高校和企业纷纷开始着手研究和开发乘坐式水 稻插秧机的关键部件和整机，取得了丰硕的成果。在今后一段时间内，开发设计适合我 国种植条件的水稻插秧机是全国农机研究人员的重要任务。 1 3 液压技术在插秧机中的应用 液压技术是一门古老的学科，随着流体

34、力学、现代控制理论、算法理论、可靠性理 论等相关学科及计算机技术的迅速发展，发展至今已经成为- l J 与其他学科相互关联、 相互交叉的综合性新型学科。目前液压技术已深入到各个领域【7 - 9 1 。例如一般工业用的塑 料加工机械、压力机械；国防工业中，飞机、坦克、火炮操纵装置等都采用了液压传动 与控制装置；在工程机械中液压技术得到了更加广泛的应用，如挖掘机、装载机、液压 起重机、压路机等：在农业机械上主要用于插秧机的液压仿形、联合收割机的控制系统 等。液压技术之所以得到广泛的应用，特别是在插秧机液压仿形系统上应用主要原因为： 1 ) 在输出相等功率的情况下，液压系统占用空间小、重量轻、结构紧

35、凑，有利于 减轻总体质量，提高动力的利用率； 2 ) 液压传动容易获得比较大的力和力矩； 3 ) 构造简单，操作简单、方便，自动化程度高，易于实现远距离操作和控制，能 够完成各种复杂的工作，容易实现过载保护。 高速插秧机液压仿形系统是用来操纵和调节插植部的动力和控制装置，它的主要功 能为：提升和下降插植部；控制和调节插秧深度。 1 4 仿形系统的研究现状 随着水稻种植机械向高速化、高效化、智能化方向发展，要求的传递动力范围更大、 响应速度更快、控制精度更高，对插秧机的各部件提出了更高的性能要求。高速插秧机 液压仿形系统本身将会越来越复杂，对系统内各元件的性能要求会越来越高，需要适时 开展对仿形

36、系统的研究，以满足对其设计和改进提出来的新的更高的要求。 液压仿形系统是高速插秧机的重要的组成部分。通过机架后部的悬挂机构挂接插植 部，为插植部提升提供动力，同时在插秧机插秧时，控制插植部进行地面仿形作业，保 证插秧机的插秧效果。在实际作业中，由于水田中环境复杂，影响系统稳定性的因素比 较多，因此，控制这样一种惯性的、非线性的液压悬挂系统，保证插秧机的作业质量是 4 浙江理工大学硕士学位论文 非常复杂的。 以完成执行机构预定动作循环和满足系统静态性能要求的系统设计方法已经远远 不能满足新型高速插秧机仿形系统的性能要求。因此，现今的农业机械研究人员必须借 助于计算机技术，通过对液压传动与控制系统

37、进行动态仿真研究，了解和掌握液压系统 工作过程中动态工作特性和各参数变化规律，才能进一步改进和完善现有的液压仿形系 统。系统科学的研究工作需要国内外学者进行大量的田间作业试验研究和室内仿真实验 研究，从而了解其控制特性。 基于田间实验基础上的研究工作对确立系统特性的等效模型是非常重要的，但其局 限性也很大，比如试验所需周期长、受气候和试验土壤条件影响较大等。随着计算机技 术和传感器技术的飞速发展，特别是仿真技术的日益完善，人们逐渐认识到仿真技术在 仿形系统研究上的重要性。因此，从2 0 世纪8 0 年代开始普遍采用室内仿真研究代替田 间试验研究。 但是，到目前为止，国内关于插秧机仿形系统的理论

38、研究也比较少，特别是关于高 速插秧机液压仿形系统的更少。其中，陈伯权在手扶机动插秧机液压仿形系统中阐 述了手扶机动插秧机液压仿形系统的功能、特点、设计依据、动态分析、数字仿真及评 价指标。1 9 8 8 年鉴定投产的2 Z J - 4 型手扶机动插秧机是国内插秧机中率先采用液压仿形 技术的水稻插秧机【1 m 】，其液压仿形系统属于位置控制系统，通过调节驱动轮的升降， 使插秧机机体和船板之间的位移不超过允许的范围( 防止机体压在船板上以及船板被调 起两种情况的出现) 及保持一定的档距；从而保证船板后铰接点的支承能力，保证插秧 质量。 目前国产插秧机虽然不断改进，性能有较大提高，能较好地完成机插任

39、务，但由于 缺乏科学的系统研究，对于插秧机各部件的工作机能缺乏足够的认识，整机作业性能依 然与国外插秧机存在着较大的差距。例如：由于存在着插深不稳造成的漂秧问题，作业 质量不理想，有时需要人工补秧，大大降低了插秧效率，阻碍了插秧机的使用和推广； 同时，随着高速插秧机液压系统朝着高速化、大功率方向发展，噪声已成为液压技术中 的一个突出问题。因为噪声不仅会对人的听力造成伤害，还可能分散操作者的注意力， 淹没报警信号，造成人身伤害、设备事故等问题。 高速插秧机由于在田问作业，环境复杂多变，当液压系统动力机构通过控制悬挂部 件进行工作时，活塞杆的运动是怎样变化的，动力机构的运动变化对液压系统产生怎样

40、的影响，以及如何判断各参数对系统的影响，找到最佳的匹配参数，这一系列问题都属 S 浙江理工大学硕士学位论文 于液压系统动态特性研究的范围，也是本论文的中心内容。 本课题的目的在于结合理论推导与实际调研结果，建立高速插秧机各液压元件和仿 形系统的数学模型，为今后改进和设计类似元件或系统提供一个数字平台，验证新设计 方案可行性及其结构参数对系统动态性能的影响，从而取得更好的控制方法和结构，进 而改进设计，提高液压系统的响应特性和控制精度以及工作可靠性，获得系统更好的工 作性能；通过对液压仿形系统动态性能进行仿真研究，分析液压系统工作过程中各参数 变量随时间变化的规律，确定现有系统各参数的调整范围，

41、为实际生产装配提供依据， 从而节省调试时间，提高生产效率。 1 5 课题研究的主要内容 论文通过对高速插秧机液压仿形系统进行详细分析，建立了系统的数学模型，并在 该数学模型基础上，利用M a t l a b 语言环境下的S i m u l i n k 工具箱建立系统仿真模型，通 过给定仿形系统的相关初始参数，对系统进行仿真，得到了插秧机液压仿形系统工作过 程中输入与输出的变化曲线，结果与实际情况较为吻合。进而在仿真模型上对液压仿形 系统的动态特性进行了分析，得到了一些合理的参数。论文基于动态特性的分析，提出 一种高速插秧机仿形系统建模与优化的方法，包括建立数学模型，分析稳定性和动、静 态品质，

42、求取仿形系统的最佳匹配参数。针对现有液压系统存在的液压冲击和噪声等问 题，根据液压仿形系统的动态性能仿真结果对现有系统进行参数优化，得到提高现有系 统动态性能的改进设计，使系统响应达到预期效果，满足实际的工作需要。本文主要研 究内容如下【1 2 】： 1 ) 对高速插秧机的研究现状和发展趋势进行了概括性的介绍，阐述了开展高速插 秧机液压系统工作特性的研究所具有的重要理论意义和实际应用价值。 2 ) 简要介绍了计算机仿真特别是液压系统仿真的发展历程，说明了液压仿真的原 理、方法和步骤，总结各种建模方法和仿真软件的优缺点，选取M a t l a b S i m u l i n k 作为本 文的建模

43、和仿真工具，并对S i m u l i n k 软件包进行了较详细的介绍。 3 ) 对高速插秧机液压仿形系统进行分析，通过对各元器件的实际测量和理论推导， 取得了现有液压仿形系统的参数数据，然后根据力平衡方程和液体连续方程建立了仿形 系统的数学方程；最后在S i m u l i n k 工具箱中建立了仿形系统的仿真模型，通过对仿形系 统动态特性仿真结果的分析，得到各结构参数对其运动特性的影响，确定已有系统参数 的调整范围，从而缩短系统安装过程中的调试时间，提高效率。 4 ) 通过分析液压仿形系统动态性能仿真结果并结合实际调研结果，针对现有的液 6 浙江理工大学硕士学位论文 压仿形系统存在的液压

44、冲击和噪声问题，对液压仿形系统进行了改进设计，增加蓄能器 用以吸收液压冲击、降低噪声、改善系统动态品质。通过建立新设计方案的数学模型并 进行仿真实验，验证了新设计方案的可行性。 1 6 本章小结 1 ) 对国内外于插秧机及液压仿形系统的研究现状进行了综述，分析了水稻高速插 秧机液压仿形系统研究的重要性和必要性。 2 ) 对液压技术在高速插秧机中的应用进行了论述。 3 ) 明确了本课题研究的目的、意义和内容。本论文主要是对高速插秧机液压仿形 系统的动态特性进行仿真分析，重点内容是数学建模和仿真模型的建立。 7 浙江理工大学硕士学位论文 第二章液压系统仿真的基本原理与发展状况 系统仿真作为一种特殊的实验技术，在2 0 世纪3 0 9 0 年代的半个多世纪中经历了 飞速发展，到今天已经发展成为一种真正的、系统的实验科学。伴随着第一台电子管电 子计算机的诞生和以相似理论为基