拖拉機(jī)自動(dòng)耕深控制系統(tǒng)，即以農(nóng)具力控制、位控制、力位綜合控制、滑轉(zhuǎn)率控制為對(duì)象，運(yùn)用信號(hào)傳感方法、信號(hào)檢測(cè)技術(shù)、CAN總線(xiàn)信號(hào)傳輸方法和信號(hào)處理方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)拖拉機(jī)作業(yè)機(jī)組在田間的智能化控制。

　　（一）、國(guó)際水平：

　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)和成熟，電子控制技術(shù)逐步被應(yīng)用到拖拉機(jī)上，為提高拖拉機(jī)作業(yè)機(jī)組的耕深控制開(kāi)辟了嶄新的方法。

　　1978年德國(guó)奔馳公司率先在其生產(chǎn)的拖拉機(jī)上采用了電子控制的三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)，標(biāo)志著商業(yè)化的電子控制產(chǎn)品開(kāi)始在拖拉機(jī)上得到了成功應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和開(kāi)發(fā)，各國(guó)紛紛推出新式控制系統(tǒng)。

　　德國(guó)BOSCH公司研制的拖拉機(jī)電子控制式懸掛機(jī)構(gòu)采用帶有數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備的HER—D提升調(diào)節(jié)裝置，其核心是一個(gè)由帶有8路模擬量輸入輸出通道的微處理器和存儲(chǔ)器，系統(tǒng)使用的傳感器主要包括安裝在下拉桿的磁致伸縮式測(cè)力銷(xiāo)和安裝在提升臂上的角位移傳感器。電子控制單元通過(guò)對(duì)各傳感器上送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，驅(qū)動(dòng)比例方向電磁閥，實(shí)現(xiàn)耕地作業(yè)的力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)。為了與拖拉機(jī)上的其它電子控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，BOSCH公司還專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了CAN總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，對(duì)懸掛系統(tǒng)的所有控制操作均可以通過(guò)安裝于駕駛室內(nèi)的控制面板來(lái)完成。該懸掛系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)耕深，控制驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率。

　　麥塞·福格森（MasseyFerguson）、菲亞特（Fiat）、萬(wàn)國(guó)（Weibo）等多個(gè)拖拉機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家均在其生產(chǎn)的幾種大功率拖拉機(jī)上裝備了電子控制懸掛裝置，該懸掛裝置對(duì)提高拖拉機(jī)的作業(yè)效率和質(zhì)量、降低燃油消耗起到了很好的作用。

　　德國(guó)布倫瑞克科技大學(xué)（TechnischeUniversitatBraunschweig）研制了一種新式的三點(diǎn)懸掛裝置，該懸掛裝置與傳統(tǒng)的三點(diǎn)懸掛裝置相比具有更加簡(jiǎn)單、更加靈活的特點(diǎn)。首先，在上拉桿和兩個(gè)提升桿上分別裝有液壓缸，通過(guò)相應(yīng)的控制閥控制液壓缸內(nèi)活塞的運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)提升桿直接控制農(nóng)具的升降，在機(jī)構(gòu)方面省去了提升軸和提升臂，結(jié)構(gòu)尺寸更加緊湊；其次，將位置傳感器與液壓缸集成在一起，通過(guò)將位置傳感器獲得的信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)之中進(jìn)行相應(yīng)的位置和速度控制，省去了傳統(tǒng)的機(jī)械反饋控制機(jī)構(gòu)，控制更加靈活。目前，該懸掛系統(tǒng)主要存在著以下兩方面的問(wèn)題：

　　①左右提升桿的動(dòng)力性能尚需提高。

　　②低價(jià)位的比例閥和液壓缸的優(yōu)化匹配問(wèn)題還沒(méi)有徹底解決。由于技術(shù)原因，該懸掛裝置目前仍處于試驗(yàn)研究階段，沒(méi)有實(shí)用化。

　　日本京都大學(xué)（KyotoUniversity）研制了一種耕深控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由測(cè)量單元、控制單元、液壓?jiǎn)卧?、懸掛系統(tǒng)連接單元、耕深設(shè)定值和死區(qū)控制單元組成。其中，測(cè)量單元主要由超聲波傳感器、光傳感器、傾斜角度傳感器和提升臂位置傳感器（分壓計(jì)）構(gòu)成，用于測(cè)量提升臂的位移、拖拉機(jī)的俯仰角度和傳感器離地面的高度；控制單元由數(shù)模轉(zhuǎn)換板、接口板、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路板和單片機(jī)組成，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中心；液壓?jiǎn)卧K由液壓缸、電磁閥和液壓油路組成，主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)。該懸掛系統(tǒng)整個(gè)控制過(guò)程是：由傳感器得到信號(hào)與設(shè)定值比較得到誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)和死區(qū)設(shè)定值進(jìn)行比較，如果小于死區(qū)設(shè)定值，控制系統(tǒng)沒(méi)有輸出；當(dāng)大于死區(qū)設(shè)定值時(shí)，通過(guò)計(jì)算一個(gè)控制電磁閥的負(fù)荷比參數(shù)，經(jīng)過(guò)該參數(shù)的計(jì)算得到一個(gè)輸出控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路，放大后控制電磁閥的輸出。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，該懸掛控制系統(tǒng)存在隨著負(fù)載的增加，拖拉機(jī)的行使速度變慢的問(wèn)題。

　　南非Witwatersrand大學(xué)的研究人員提出了一種利用拖拉機(jī)的滑轉(zhuǎn)率來(lái)控制耕深的方法。該耕深控制系統(tǒng)裝配在160kW的拖拉機(jī)上，主要由傳感器模塊、控制模塊、輸出模塊、液壓模塊等組成。其中，傳感器模塊包括一個(gè)雷達(dá)傳感器、一個(gè)磁感應(yīng)式傳感器和一個(gè)電位計(jì)。雷達(dá)傳感器用來(lái)測(cè)量拖拉機(jī)實(shí)際行走速度，磁感應(yīng)式傳感器測(cè)量拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，通過(guò)計(jì)算兩者之差來(lái)得到滑轉(zhuǎn)率；電位計(jì)安裝在提升軸上，通過(guò)提升軸的轉(zhuǎn)角來(lái)計(jì)算耕深；控制模塊主要采用PIC17C44單片機(jī)，該單片機(jī)具有兩個(gè)頻率捕捉器、兩個(gè)脈寬調(diào)制輸出模塊和強(qiáng)大的指令集以及一個(gè)8位乘法器。該耕深控制系統(tǒng)的控制過(guò)程是：首先由傳感器得到拖拉機(jī)的實(shí)際行駛速度和驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，然后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到控制單元，再經(jīng)控制單元的計(jì)算將控制信號(hào)利用單片機(jī)的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出，最后經(jīng)輸出放大電路放大后控制電磁比例閥，從而通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)控制農(nóng)具的耕深。這樣就完成了一個(gè)有滑轉(zhuǎn)率來(lái)控制耕深的過(guò)程。該耕深控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：能夠?qū)⑼寥辣砻娴母鞣N阻力情況納入控制策略之中；能夠使拖拉機(jī)以的滑轉(zhuǎn)率行駛，從而得到的牽引效率；可以節(jié)省燃油消耗和拖拉機(jī)的作業(yè)時(shí)間。同樣，該耕深控制系統(tǒng)也存在反應(yīng)靈敏度問(wèn)題，因?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)引起的滯后問(wèn)題造成了控制系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏度不高。其主要原因是：

　　①因?yàn)槔走_(dá)模塊內(nèi)部含有各種濾波電路，從而造成了大約200ms的滯后。

　　②控制器內(nèi)部的軟件濾波算法引起的大約50ms的滯后。

　　③系統(tǒng)慣性引起的滯后。

　?、墚?dāng)農(nóng)具升高或降低時(shí)，拖拉機(jī)的后輪要先進(jìn)行壓縮，由于該壓縮引起的滯后。

　　上述原因引起的滯后問(wèn)題造成了該耕深控制系統(tǒng)的靈敏度難以提高。

　　此外，其它知名的拖拉機(jī)廠(chǎng)商，如約翰迪爾（JohnDeere）、紐荷蘭（NewHolland）等也都各自開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的數(shù)字化耕深控制系統(tǒng)。

　　綜上所述，目前在國(guó)外拖拉機(jī)上，電子控制耕深技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，許多公司近期推向市場(chǎng)的大功率拖拉機(jī)裝備了電子液壓懸掛系統(tǒng)，使電子液壓懸掛產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入主流市場(chǎng)，還有一些拖拉機(jī)上還采用了基于CAN總線(xiàn)的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得電子液壓控制系統(tǒng)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用達(dá)到很高的水平。但同時(shí)，也還存在著許多有待于進(jìn)一步研究探討的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的靈敏度、可靠性和實(shí)用化方面。