本發(fā)明涉及電機控制，特別是指一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法。

背景技術(shù)：

1、當前充電式無刷電動打草機的控制技術(shù)在實際應用中存在多方面不足，難以滿足復雜作業(yè)場景的需求。首先，現(xiàn)有調(diào)速方法過度依賴單一傳感器（如轉(zhuǎn)速或電流監(jiān)測），缺乏對振動、扭矩、溫度等多維度參數(shù)的融合分析。在面對植被密度突變、雜草纏繞刀片或地面硬物遮擋時，系統(tǒng)無法精準識別機械負載的動態(tài)變化，導致調(diào)速響應滯后。例如，當?shù)镀蝗豢ㄈ胗参飳е屡ぞ伢E增時，傳統(tǒng)方法因未結(jié)合三軸振動數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，可能誤判為植被硬度變化而繼續(xù)維持高轉(zhuǎn)速運行，導致電機過載甚至燒毀。另一方面，電池能量管理的粗放性限制了設(shè)備效率，現(xiàn)有技術(shù)缺乏對能量轉(zhuǎn)化過程的動態(tài)建模，尤其在電池溫升、內(nèi)阻變化等工況下，未建立能量分配效率的實時評估機制，導致高溫或低電量狀態(tài)下大量電能被無效耗散，電池循環(huán)壽命顯著縮短，且續(xù)航能力隨著使用環(huán)境變化波動嚴重。

2、在控制算法層面，主流的單閉環(huán)pid調(diào)速方案存在原理性缺陷。當負載頻繁波動或作業(yè)強度快速變化時（如從松軟草坪切換至灌木叢），積分項的累積效應會導致輸出飽和，引發(fā)轉(zhuǎn)速劇烈震蕩或超調(diào)，影響切割均勻性。實踐中，當植被密度變化超過30%時，轉(zhuǎn)速恢復至目標值的時間常超過2秒，不僅降低了作業(yè)效率，還易因轉(zhuǎn)速不一致導致植被殘留或刀片空轉(zhuǎn)磨損。此外，傳統(tǒng)pwm占空比調(diào)節(jié)依賴固定規(guī)則庫，未將電池剩余容量（soc）與當前作業(yè)模式動態(tài)關(guān)聯(lián)。例如，在低電量階段，現(xiàn)有技術(shù)多采用階梯式強制降速策略，當soc低于20%時直接將轉(zhuǎn)速限制為基準值的50%，忽視了剩余作業(yè)時間、植被硬度差異對能耗速率的影響，可能造成關(guān)鍵任務(wù)未完成前電量耗盡，或在高硬度植被場景下因功率不足導致作業(yè)中斷，迫使用戶頻繁充電。

3、長期使用場景下的自適應能力缺失進一步暴露了系統(tǒng)短板。現(xiàn)有控制參數(shù)多為出廠固化配置，缺乏對刀片磨損、軸承老化、季節(jié)溫差等動態(tài)因素的適應性調(diào)整。隨著設(shè)備使用時長增加，刀片鋒利度下降會導致相同作業(yè)強度下扭矩需求攀升，而系統(tǒng)未能通過振動頻譜分析動態(tài)修正負載特征參數(shù)，持續(xù)沿用原始控制邏輯將加速電機損耗。同時，不同植被類型（如硬質(zhì)灌木與細軟雜草）的切割阻力差異高達數(shù)倍，傳統(tǒng)方法未建立作業(yè)模式的自學習機制，依賴手動切換預設(shè)擋位，操作繁瑣且易因誤選擋位導致效率低下或設(shè)備超負荷運行。

4、異常工況的處理機制也亟待優(yōu)化。現(xiàn)有技術(shù)對刀片卡滯、電機過熱等問題的檢測主要依賴單參數(shù)閾值觸發(fā)，例如僅通過電流峰值判定卡滯，但忽略了扭矩與振動的關(guān)聯(lián)特征，檢測延遲常超過200毫秒。在此期間，刀片可能已因持續(xù)堵轉(zhuǎn)導致局部高溫，甚至引發(fā)塑料部件變形。更嚴重的是，當振動幅值超過安全范圍時，多數(shù)系統(tǒng)僅觸發(fā)警示音而未能聯(lián)動降速保護，操作人員在緊急情況下可能因反應不及時導致設(shè)備損壞或安全隱患。此外，電池健康狀態(tài)的監(jiān)測手段單一化，僅通過電壓跌落判斷老化程度，未能結(jié)合溫升速率、內(nèi)阻變化等多維度參數(shù)預測電池剩余壽命，導致用戶無法提前預判電池失效風險。

5、上述缺陷的綜合作用使得現(xiàn)有電動打草機在能效利用、工況適應性及長期可靠性方面存在顯著短板，亟需通過多源數(shù)據(jù)融合、動態(tài)效能優(yōu)化及智能決策算法實現(xiàn)系統(tǒng)性升級，從而提升復雜環(huán)境下的作業(yè)品質(zhì)與設(shè)備耐用性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中多維度參數(shù)融合能力不足導致的機械負載識別滯后、能量轉(zhuǎn)化效率動態(tài)評估缺失引發(fā)的續(xù)航穩(wěn)定性差、單閉環(huán)控制算法積分飽和引發(fā)的調(diào)速振蕩、低電量階段固定降速模式與作業(yè)需求失配、長期運行參數(shù)固化導致的自適應能力缺失及異常工況聯(lián)動處置機制不完善的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，包括：

4、s1、通過多維度傳感器陣列實時采集作業(yè)參數(shù)，所述傳感器陣列包括三軸振動傳感器、扭矩傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電池溫度傳感器和電機繞組溫度傳感器；

5、s2、基于傳感器數(shù)據(jù)計算動態(tài)作業(yè)強度指數(shù)doii和能量分配效率系數(shù)edec，其中doii表征當前切割作業(yè)的機械負載波動特征，edec表征電池能量向機械能轉(zhuǎn)化的有效程度；

6、s3、根據(jù)doii和edec生成基礎(chǔ)調(diào)速指令，通過模糊邏輯控制器將調(diào)速指令轉(zhuǎn)換為pwm占空比調(diào)節(jié)信號；

7、s4、采用雙閉環(huán)調(diào)速控制，外環(huán)基于轉(zhuǎn)速偏差調(diào)節(jié)目標電流，內(nèi)環(huán)基于電流偏差調(diào)節(jié)pwm輸出；

8、s5、在調(diào)速過程中實時監(jiān)測電池剩余容量soc，當soc低于預設(shè)閾值時啟動梯度降速保護模式；

9、s6、通過自學習算法建立作業(yè)模式數(shù)據(jù)庫，根據(jù)歷史作業(yè)數(shù)據(jù)優(yōu)化doii和edec的計算權(quán)重；

10、其中所述梯度降速保護模式包括三級降速策略，每級降速幅度與當前轉(zhuǎn)速及剩余作業(yè)時間呈非線性關(guān)系。

11、本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

12、（1）在本發(fā)明中，通過集成多維度傳感器實時采集作業(yè)參數(shù)，并計算動態(tài)作業(yè)強度指數(shù)doii和能量分配效率系數(shù)edec，解決了傳統(tǒng)電動打草機在復雜作業(yè)環(huán)境下無法精準調(diào)控電機轉(zhuǎn)速的問題。這一技術(shù)手段使得打草機能夠根據(jù)實時負載和能量轉(zhuǎn)化效率智能調(diào)整輸出，有效避免了過載和能源浪費，顯著提高了作業(yè)效率和電池續(xù)航能力；

13、（2）在本發(fā)明中，采用雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，結(jié)合改進型pid算法，本發(fā)明實現(xiàn)了對電機轉(zhuǎn)速和電流的精確控制。外環(huán)基于轉(zhuǎn)速偏差調(diào)節(jié)目標電流，內(nèi)環(huán)基于電流偏差調(diào)節(jié)pwm輸出，這種雙重保障有效提升了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度和穩(wěn)定性。通過抑制積分飽和現(xiàn)象，進一步增強了系統(tǒng)的魯棒性，解決了傳統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)在復雜工況下易出現(xiàn)的振蕩和失控問題；

14、（3）在本發(fā)明中，引入了自學習算法和梯度降速保護模式，通過深度q網(wǎng)絡(luò)dqn架構(gòu)不斷優(yōu)化控制策略，并根據(jù)電池剩余容量soc智能調(diào)整轉(zhuǎn)速，有效延長了電池使用壽命和作業(yè)時間。同時，梯度降速保護模式在電池電量不足時自動啟動，通過三級降速策略平滑降低轉(zhuǎn)速，避免了因突然斷電導致的作業(yè)中斷和設(shè)備損壞，顯著提升了電動打草機的可靠性和用戶滿意度。

技術(shù)特征：

1.一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，步驟s4所述雙閉環(huán)調(diào)速控制中包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，步驟s2中包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，步驟s3所述模糊邏輯控制器包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，步驟s5所述梯度降速保護模式包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，步驟s6所述自學習算法包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，所述熱耗散系數(shù)k包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，其特征在于，還包括異常工況處理策略：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于智能調(diào)速控制的充電式無刷電動打草機控制方法，涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過多維度傳感器實時采集作業(yè)參數(shù)，如振動、扭矩、轉(zhuǎn)速及溫度等，進而計算動態(tài)作業(yè)強度指數(shù)DOII和能量分配效率系數(shù)EDEC。基于這兩項指標，利用模糊邏輯控制器生成基礎(chǔ)調(diào)速指令，并通過雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)精準控制，確保電機運行高效且穩(wěn)定。在電池電量不足時，本發(fā)明采用梯度降速保護模式，有效延長作業(yè)時間并保護電池健康。此外，該方法還具備自學習能力，可根據(jù)歷史作業(yè)數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化控制策略。本發(fā)明不僅提升了電動打草機的作業(yè)效率和能源利用率，還顯著增強了其智能化水平和用戶友好性，為園藝工具領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新性的技術(shù)解決方案。

技術(shù)研發(fā)人員：陸勇星,徐明輝
受保護的技術(shù)使用者：金華職業(yè)技術(shù)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28