單軸對(duì)稱水果定向輸送過程中的控制力矩分析.pdf

1、水果深加工不僅有利于提高農(nóng)民的收入，而且有益于節(jié)約資源，利用資源。鑒于水果的易腐壞性，機(jī)械化水果深加工成為必然，其中較有代表性的是單軸對(duì)稱水果切分去核。單軸對(duì)稱水果機(jī)械化切分去核步驟一般分為：選料-分級(jí)-清洗-定向-切分和去核，整個(gè)過程中重點(diǎn)難點(diǎn)在于定向，定向的效果直接決定切分去核工作成敗。水果在定向輸送過程中的機(jī)械原理：水果由隨機(jī)狀態(tài)漸漸轉(zhuǎn)化成定向狀態(tài)主要依靠底部輸送帶摩擦力和兩邊側(cè)向夾持帶的摩擦力及壓力共同作用，進(jìn)入裝置的水果主要由

2、底部輸送帶的摩擦力帶動(dòng)向前，同時(shí)漸漸變窄的兩邊側(cè)向夾持帶因與底部輸送帶有速度差，從而迫使水果繞自身中心軸快速旋轉(zhuǎn)，在此過程中，水果同時(shí)有直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，最終水果將實(shí)現(xiàn)定向。
　　目前，對(duì)于定向問題的深入研究主要涉及航空航天等高科技領(lǐng)域，其中理論知識(shí)包括運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、高等動(dòng)力學(xué)、航天器控制動(dòng)力學(xué)和多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等眾多領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)外有關(guān)于這方面的農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究和水果深加工的科研成果甚少。鑒于此種情況，水果定向的研究在農(nóng)業(yè)工程自動(dòng)化過

3、程中和水果深加工領(lǐng)域的運(yùn)用大有裨益，而且有利于提高生產(chǎn)效率。但因水果種類不同，水果切分往往需要不斷地試驗(yàn)才能得到適合的力矩和穩(wěn)定的效果，正因?yàn)槿绱耍托枰獙?duì)水果定向問題進(jìn)行兩個(gè)方面的研究，即穩(wěn)定性探討和控制力矩研究。
　　本文以杏果為例，結(jié)合杏果在定向輸送通道中運(yùn)動(dòng)情況，合理簡(jiǎn)化和分析其在此過程中的受力狀態(tài)，借助高等動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)理論建立系統(tǒng)的非線性歐拉動(dòng)力學(xué)微分方程，且利用四元數(shù)轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系間角速度，并將歐拉動(dòng)力學(xué)微分學(xué)方程轉(zhuǎn)換成

4、姿態(tài)差動(dòng)力學(xué)方程，成功構(gòu)造控制力矩矩陣，利用Lyapunov函數(shù)證明其能確保姿態(tài)差動(dòng)力學(xué)方程達(dá)到穩(wěn)定；將羅德里格參數(shù)應(yīng)用于歐拉動(dòng)力學(xué)微分方程，并推導(dǎo)出控制力矩矩陣。
　　其次，通過建立Simulink仿真對(duì)該非線性系統(tǒng)進(jìn)行模擬，對(duì)所設(shè)的控制力矩矩陣正確性進(jìn)行分析判斷，并得到理論上的控制力矩穩(wěn)定值；通過運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)法，設(shè)定通道入口寬度、輸送帶和夾持帶的速度差及杏果尺寸為對(duì)定向成功率影響因素，利用高速攝像機(jī)收集杏果運(yùn)動(dòng)高清圖像，結(jié)合動(dòng)