Автоматизация автомобилей и тракторов
Автоматизация вождения машинно-тракторных агрегатов
Одним из резервов повышения эффективности эксплуатации сельскохозяйственной техники, а также качества выполнения механизированных процессов является внедрение систем автоматического вождения машинно-тракторных агрегатов. Данные системы дают возможность увеличения скорости движения при улучшении качества выполнения работ, повышения производительности труда и улучшения условий работы. При этом механизатор больше внимания уделяет контролю качества реализации технологических процессов. Воплощение перспективных направлений даст возможность снижения требуемого числа механизаторов, что актуально в условиях современного сельскохозяйственного производства.
САВ или системы автоматического вождения подразделяются на три типа:
Полуавтоматические системы нуждаются в обязательном присутствии механизатора на агрегате для выполнения разворота, а также контроле за функционированием полуавтомата вождения.
Автоматические САВ являются более сложным видом, который не требует вмешательства оператора на протяжении всего рабочего цикла. К автоматическим САВ относятся также системы группового вождения машинно-тракторных агрегатов.
Программные САВ вообще не используют направляющую траекторию, а руководствуются только заданным алгоритмом.
В качестве примера можно указать устройство автоматического вождения трактора К-700 [рис. 1]. Данная полуавтоматическая система с зависимой ориентацией относительно борозды оснащена механическим копирующим (чувствительным), а также электрогидравлическим исполнительными механизмами. В её состав входит копирующий механизм, щиток управления, блок управляющих золотников и гидравлических цилиндров управления поворотом.
Рис. 1. Схема системы автоматического вождения трактора К-700.
А) – Копирующий механизм;
Б) – Схема электрогидравлического исполнительного механизма;
3) – Выдвижной кронштейн;
5) – Передний кронштейн;
7) – Подъёмный кронштейн;
11) – Управляющий электромагнит;
12) – Переключающий золотник;
13) – Управляющий электромагнит;
16) – Управляющий электромагнит;
17) – Управляющий золотник.
Копирующий механизм крепится в передней части рамы трактора на подъёмном поворотном кронштейне (7) [рис. 1, А], который посредством гидроцилиндра (9) даёт возможность устанавливать копирующий механизм в поднятое (транспортное) и рабочее положение. Копирующим элементом является башмак (1) копира. За счёт выдвижного кронштейна (3) и тяг (4) башмак шарнирно подвешен во взаимно перпендикулярных плоскостях, что даёт ему возможность смещаться относительно трактора в определённых пределах. Указанное смещение передаётся на контрольную головку, которая в свою очередь формирует электросигнал, передаваемый на блок управляющих золотников исполнительного механизма.
На [рис. 1, Б] представлена принципиальная схема электрогидравлического исполнительного механизма. В его состав входит система поворота трактора, а также дополнительный блок управляющих золотников. Электромагнит (13) и золотник (12) служат для перевода системы с ручного на автоматическое управление. В случае отсутствия сигнала от копирующего механизма золотник (17) занимает нейтральное положение и запирает сливные полости гидроцилиндров (14) и (15), перепуская на слив масло от насоса. При поступлении сигнала к одному из электромагнитов (11) либо (16) от копирующего механизма золотник направляет масло в полость соответствующего гидроцилиндра, шток которого действует на механизм поворота.
Рабочая программа учебной дисциплины «Системы электроники и автоматики автомобилей и тракторов»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Направление подготовки: 140400 Электроэнергетика и электротехника
Профиль(и) подготовки: Системы электроники и автоматики автомобилей и тракторов
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ»
№ дисциплины по учебному плану:
Часов (всего) по учебному плану:
Трудоемкость в зачетных единицах:
Расчетные задания, рефераты
15 час самостоят. работы
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)
Курсовые проекты (работы)
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение типовых схем систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов и их отдельных элементов, особенностей эксплуатации и проектирования.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);
· анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);
· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
· хорошо ориентироваться в вопросах исторического и современного развития систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов.
Задачами дисциплины являются
· познакомить обучающихся с основными техническими характеристиками элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов, схемными и конструкторскими решениями, а также параметрами некоторых систем в целом ;
· познакомить обучающихся с технологическими процессами при производстве основных элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов;
· дать информацию о материалах, применяемых при производстве элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов автомобилей и тракторов;
· обучить принятию и обоснованию конкретных технических решений при конструировании элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Системы электроники и автоматики автомобилей и тракторов » направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах:: «Физика», «Химия», «Теоретическая механика», «Инженерный эксперимент», «Теоретические основы электротехники», «Электротехническое и конструкционное материаловедение», «Электрические машины», «Электронные устройства автомобилей и тракторов», «Теория автоматического управления».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин: «Информационно-измерительные системы автомобилей и тракторов», «Проектирование. электрооборудования автомобилей и тракторов», а также для выполнения программы магистерской подготовки «Разработка и проектирование современного Электрооборудования автомобилей и тракторов».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
· основные источники научно-технической информации по системам электроники и автоматики автомобилей и тракторов (ОК-7, ПК-6);
· технологию изготовления основных элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов (ОК-7, ПК-10);
· электротехнические материалы, полупроводниковые, магнитные и коммутационные элементы применяемые при производстве систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов (ОК-7, ПК-9, ПК-10);
· классификацию и маркировку элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов ( ПК-10);
· основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации с использованием компьютера как средство для работы с информацией (ОК-11).
· осуществлять поиск, анализировать научно-техническую информацию и выбирать необходимые материалы по системам электроники и автоматики автомобилей и тракторов(ПК-1, ПК-6, ПК-7);
· анализировать информацию о новых конструкционных материалах и схемных решениях для изготовления основных элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов.
· способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
· способностью и готовностью к практическому анализу логики различного рода рассуждений, к публичным выступлениям, аргументации, ведению дискуссии и полемики (ОК-12);
· способностью разрабатывать простые конструкции и схемные решения элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов (ПК-9);
· способностью графически отображать геометрические образы изделий и объектов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов и их электрических схем (ПК-12).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единицы, 150часов.
Всего часов на раздел
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)
Формы текущего контроля успеваемости
Электронные системы регулирования качества электрической энергии на автомобилях и тракторах
Электронные регуляторы частоты вращения исполнительных двигателей постоянного тока.
Электроприводы с двигателями переменного тока
Электронные реле и прерыватели
Автоматизация рабочих процессов автомобилей и тракторов.
Маршрутные компьютеры на основе микро-ЭВМ
Системы управления оборудованием салона и кабины
Презентация и защита реферата
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
1. Электронные системы регулирования качества электрической энергии на автомобилях и тракторах.
Введение в курс. Предмет, задачи и методика изучения дисциплины Развитие систем автоматического управления на автомобилях и тракторах. Перспективы использования микроэлектронных устройств и микропрограммных способов управления системами автомобилей и тракторов. Виды электронных устройств на автомобилях и тракторах. Применение основных понятий автоматики к автотракторным автоматическим системам. Автоматические регуляторы напряжения автотракторных генераторов, назначение, технические требования. Принципы автоматического управления, реализуемые в автотракторных автоматических системах. Системы непрерывного и дискретного регулирования напряжения. Блок-схемы непрерывной, релейной, импульсной и комбинированной систем автоматического регулирования напряжения генератора. Регулировочные и внешние характеристики регуляторов напряжения. Показатели качества электрической энергии на автомобиле и тракторе. Точность автотракторных автоматических систем регулирования. Характер переходных процессов в системе регулирования напряжения при скачкообразном изменении тока нагрузки. Электрические схемы и принцип действия различных автоматических систем регулирования напряжения автотракторных генераторных установок. Температурная стабильность транзисторных регуляторов напряжения. Преимущества и недостатки транзисторных регуляторов. Гибридные и интегральные регуляторы напряжения. Перспективы усовершенствования регуляторов напряжения.
2. Электронные регуляторы частоты вращения исполнительных двигателей постоянного тока.
Общие сведения о дискретном (импульсном) регулировании частоты вращения электродвигателей. Классификация электронных регуляторов частоты вращения исполнительных двигателей. Энергетические показатели дискретного регулирования частоты вращения исполнительных двигателей. Принципиальные схемы электропривода с дискретным регулированием частоты вращения. Эквивалентные преобразования импульсной (дискретной) системы в непрерывную. Характеристики электроприводов с импульсным регулированием частоты вращения. Определение статических и динамических параметров и характеристик регуляторов электроприводов с импульсным регулированием частоты вращения. Реверсивные электроприводы, схемы, принципы построения, характеристики. 3.Электроприводы с двигателями переменного тока
Принципиальные схемы электроприводов. Частотное регулирование частоты вращения исполнительных двигателей. Управляемый инвертор, его электрическая схема и алгоритм управления транзисторами. Типы транзисторов, применяемых в инверторах. Влияние характера нагрузки на коммутационные процессы в инверторе.
4.Электронные реле и прерыватели
Принципиальные схемы электронных реле. Системы пуска и блокировки стартера; системы охлаждения, системы регулирования температуры и уровня воды в радиаторе с релейными элементами управления. Управление экономайзером принудительного холостого хода. Управление бензонасосом.
5. Автоматизация рабочих процессов автомобилей и тракторов.
Анализ состояния и развития систем автоматизации рабочих процессов автомобилей и тракторов; автоматическая адаптация автомобиля и трактора к среде и условиям эксплуатации. Электронные системы, обеспечивающие безопасность движения автомобилей и тракторов; электронные указатели поворота; обеспечение безопасности и легкости управления автомобилем и трактором; дистанционное управление тракторами при испытаниях и выполнении полевых работ; системы поддержания скорости движения автомобилей.
Системы управления трансмиссией, подвеской и тормозной системой. Антиблокировочные тормозные системы автомобилей.
Функциональные и принципиальные схемы, принципы построения и основные характеристики. Системы управления коробкой передач; управление подвеской; антиблокировочные тормозные системы автомобилей.
6. Маршрутные компьютеры на основе микро-ЭВМ
Принципы построения с маршрутными компьютерами. Измеряемые параметры, алгоритмы обработки, вывода и представления информации водителю. Маршрутные компьютеры на основе микро-ЭВМ. Типы используемых микро-ЭВМ.
Системы управления коробкой передач; управление подвеской; антиблокировочные тормозные системы автомобилей.
7. Системы управления оборудованием салона и кабины.
Системы управления микроклиматом; управление системами безопасности; охранные системы. (функциональные и принципиальные схемы, принципы построения и основные характеристики).
4.2.2. Практические занятия
1. Расчет транзисторного регулятора напряжения с электронным реле с коллекторной обратной связью.
2. Расчет систем электроснабжения с транзисторным регулятором напряжения.
3. Расчет системы управления бензонасосом
4. Расчет системы управления ЭПХХ
5. Расчет характеристик бесконтактной системы зажигания
6. Расчет системы зажигания с регулируемым временем накопления энергии.
7. Расчет электронного указателя поворота
8. Расчет двухпозиционного регулятора
9 Разработка функциональной и структурных схем системы регулирования напряжения генератора.
10 Расчет статических и динамических характеристик системы регулирования напряжения генератора.
11. Расчет электрических параметров цепей с инерционными, инерционно-интегрирующими, инерционно-дифференцирующими звеньями.
12. Расчет емкостных и индуктивных накопителей энергии.
4.3. Лабораторные работы:
«Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены».
4.4. Расчетные задания
1. Расчет источников вторичного электропитания на базе импульсных регуляторов и стабилизаторов напряжения.
2. Расчет регуляторов напряжения генераторов переменного тока и вентильных постоянного тока.
3. Расчет источников вторичного электропитания на базе однофазных, двухфазных и трехфазных инверторов.
4. Расчет регулируемых преобразователей напряжения.
5. Расчет бестрансформаторных и трансформаторных автогенераторов.
6. Расчет регуляторов и стабилизаторов частоты вращения электродвигателей постоянного и переменного тока.
8. Расчет однотактных и двухтактных конверторов.
9. Анализ литературы по системам защиты электрических сетей постоянного и переменного тока.
10. Анализ литературы по ПИД-регуляторам для систем регулирования температуры в различных устройствах, и систем стабилизации частоты вращения электродвигателей.
11. Анализ литературы по современным полупроводниковым элементам, конденсаторам, дросселям, материалам магнитопроводов, обмоточным и монтажным проводам, электроизоляционным материалам.
12. Анализ материалов по применению полупроводниковых преобразователей на автомобилях и тракторах.
13. Изучение электрических схем современных автомобилей в контексте широты использования в них устройств на полупроводниковых элементах.
14. Изучение номенклатуры и характеристик твердотельных реле постоянного и переменного тока.
«Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен».
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся, в форме лекций с использованием плакатов, компьютерных презентаций и видеофильмов.
Практические занятия разбор различных схемных решений элементов систем электроники и автоматики автомобилей и тракторов
Самостоятельная работа включает подготовки к рефератам, их оформлению и презентации, к выполнению заданий для практических занятий, к защите, к зачету и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются устный опрос, презентация рефератов
В 7 семестре зачет и экзамен.
Оценка за зачет рассчитывается из условия: 1´(оценка за реферат)
Оценка за зачет рассчитывается из условия: 1´(оценка за экзамен)
В 8 семестре только зачет.
Оценка за зачет рассчитывается из условия: 1´(оценка за практическое задание)
Оценка за освоение дисциплины, рассчитывается из условия: 0,5´(оценка за зачет в 7 семестре) + 0,5´(оценка за экзамен)
В приложение к диплому вносится оценка за освоение дисциплины за 7 семестр
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература:
3. Мельников автоматического управления техническими объектами автомобилей и тракторов,-Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений.-М.: Издательский центр «Академия», 2003, 280 с.
4. Мельников автоматического управления техническими объектами автомобилей и тракторов. Системы электроники и автоматики,-Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений.-М.: Издательский центр «Академия», 2003, 376 с.
б) дополнительная литература:
1. Управление техническими объектами на автомобильном транспорте: Учеб. пособие. (Рекомендовано УМО вузов РФ по автотранспортному и дорожному образованию для межвузовского использования). /Под ред – Пенза; ПГАСА, 2000.-343 с.
3. Автомобильный справочник. Bosch, Перев. с англ.–М.: «За рулем», 2002.–896 с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
Презентационные ролики предприятий разработчиков элементов систем автомобилей и тракторов электроники и автоматики
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины использована учебная аудитория, снабженная мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» и профилю «Системы электроники и автоматики автомобилей и тракторов».
Автоматическая беспилотная система управления машинно-тракторным агрегатом: ключевые особенности и обзор ТОП-производителей
Технические науки
Похожие материалы
Применение в современном сельскохозяйственном производстве автоматических беспилотных систем управления машинно-тракторными агрегатами как результата развития информационных технологий, средств/систем автоматизации/роботизации — это гарантия таких преимуществ, как:
От чего зависит успешность применения?
Автоматизация управления позволяет сделать работу максимально эффективной и продуктивной, экономя и время, и бюджет. Успешность применения на практике будет напрямую зависеть от следующих параметров:
Очень важно, чтобы техника была «адекватной», так как при эксплуатации моральной устаревших машин экономический эффект минимален.
Основные требования к автоматической беспилотной системе управления машинно-тракторным агрегатом
Все компании-производители, которые занимаются разработкой и выпуском на рынок таких решений прилагают максимум усилий, чтобы средства и приборы соответствовали самым высоким требованиям:
Автоматическая беспилотная система на базе GPS
Одно из самых современных и рентабельных решений в сфере автоматического управления мобильными с/х агрегатами — это управление траекторное, которое базируется на системе спутниковой навигации (GPS). Активно выпускаются и с успехом используются на практике такие ретрансляторы, которые гарантируют хороший уровень позиционирования, вплоть до нескольких см. Можно найти и переносные станции не общего, а индивидуального пользования. Здесь стоит вспомнить о таких лидерах рынка, как:
На такой базе реализуют 2 вида управления:
Благодаря современному рулевому управлению тракторов на колесах, производимых на основе гидрообъемного привода в сочетании с поворотным механизмом гусеничных тракторов (имеется в виду двухпоточный тип с гидравлическим контуром и 2-мя дифференциалами), введение исполнительного устройства довольно простое.
Электронная автоматика стала применяться довольно широко, что спровоцировало, в свою очередь, появление новых качеств и возможностей в системах и агрегатах тракторов. В качестве примера можно привести следующие трансформации:
Мы наблюдаем будущее, так как все современные машинно-тракторные агрегаты зарубежного производства оснащаются инновационными электронными системами и борт-компьютерами, чтобы оптимизировать управление процессами. К такой технике стоит отнести также:
Основные проблемы в области автоматизации и их решения
Как и в любой другой отрасли, здесь существует ряд самых распространенных сложностей при автоматизации мобильной с/х техники, с которой борются руководители:
Из этого следует логический вывод, что все современные средства автоматики обязаны учитывать эти моменты, поэтому должны:
Роботизация — новая эра автоматизации
Автоматизация эволюционирует, поэтому ее следующее направление — роботизация сельхозтехники. В итоге можно на 100% автоматизировать все процессы, трудоемкие, экологически небезопасные и рутинные. Автоматика сегодня развита на достаточно высоком уровне, как и информационные технологии, чтобы появлялись транспортно-технологические средства, способные управляться без водителя, используясь для решения самых разных задач:
Яркий тому пример — система параллельного вождения Trimble GFX-750, где предусмотрено, в том числе, наличие на крыше специальной системы крепления, подключение по каналам Bluetooth и Wi-Fi, а также абсолютная совместимость с ISOBUS.
Особенности систем автоматического и параллельного вождения
Если рассматривать предмет исследования более подробно, то самое широкое применение в сочетании с высокой эффективностью показали такие классы приборов с использованием GPS-приемников:
Их использование возможно после того, как на транспортное средство будет установлен особый приемник, который стабильно получает сигналы о том, каково местоположение навигационных спутников, а также, каково расстояние до них. С учетом необходимое точности управление будет осуществляться таким специалистом, как механизатор. Это делается либо вручную на базе показаний меток на дисплее, либо в совокупности с применением специального подруливающего устройства (как вариант, устройство автопилотирования).
Практика показывает, что именно система параллельного вождения — самая наглядная и оперативно окупаемая в сфере точного земледелия. Она оправдывает свое применение при интеграции с широкозахватными транспортными средствами. Что она собой представляет? Механизатор активно управляет машиной, основываясь на отклонениях от заданного маршрута по текущим координатам. Чтобы удержать ТС на маршруте, вращается рулевое колесо.
Здесь надо отметить, что у любого человека недостаточно хорошая психомоторная реакция, чтобы он мог параллельно водить с погрешностями меньше, чем ±30 см, а это аналог GPS-приемника на базе 24 спутников. Как правило, наиболее простые системы такого типа состоят из:
Такие системы хороши своей простой и оперативностью установки на комбайны и трактора. Все, что остается сделать — произвести подключение к питанию и установить внешний блок. Что касаемо обучения механизаторов, то оно также непродолжительное по времени — несколько минут/часов/суток — не более.
Приборы параллельного вождения максимально эффективны при внесении удобрений с учетом погрешности в ±30 см. Если речь идет о более сложных манипуляциях, среди которых посев, обработка почвы, обеспечение защиты культурам и так далее, то нужно гарантировать более высокие параметры точности, поэтому для таких систем состав оборудования будет следующим:
У автопилотирования есть существенные различия от параллельного вождения, так как все выявляемые приемником и контроллером отклонения от траектории сразу же вводятся в систему управления ходовой (через управляющий клапан). Так обеспечивается полное исключение подобных явлений:
Также на машинно-тракторный агрегат устанавливают специальный датчик, контролирующий угол поворота колес для максимальной точности с отклонением всего в ±2 см, при этом, механизатор не вмешивается в движение по установленному маршруту.
Оборудование для параллельного вождения и автопилотирования
Обзор ТОП-5 производителей такого оснащения
Для полноценного функционирования автоматической беспилотной системы управления машинно-тракторным агрегатом предстоит сделать еще достаточно много, множество различных проблем еще не полностью решено, ведь они в первую очередь должны быть безопасными для окружающих, но при всем при этом их внедрение позволяет в разы увеличивать скорость обработки полей и их плодородность. Гильдии производителей трудятся над созданием совершенных продуктов, которые обеспечивали бы полностью автономное управление фермерским хозяйством без людей. Среди огромного количества производителей, на сегодняшний день передовиками считаются американские производители, но у них достаточно таки высокие цены на системы, что в тяжелых экономических условиях является первоочередным фактором принятия решения при приобретении. Перед л нами стоит задача разработки собственных автоматических беспилотных систем управления машинно-тракторным агрегатом с более низкой себестоимостью, но с полноценным функционалом, не уступающий зарубежным аналогам.