Modellbasierte Steuerung zur Beladung landwirtschaftlicher Anhänger
Final Report Abstract
Der Ansatz, die Beladung von Anhängern modellbasiert zu betreiben, bietet ein hohes Potential zur Automatisierung des gesamten Überladeverfahrens Im Parallelbetrieb. Das Projekt hatte zum Ziel, das in vorangegangenen Vorhaben entwickelte Assistenzsystem zur Überladung landwirtschaftlicher Güter (ASÜL) um die modellbasierte Beladung landwirtschaftlicher Anhänger zu erweitern und diese zu bewerten. Dabei wurde durchgehend ein starker Praxisbezug angestrebt. Das Projektvorhaben „modellbasierte Beladung landwirtschaftlicher Anhänger" bestand aus folgenden Aufgabenpaketen: - Stationäre Versuche landwirtschaftlicher Güter sowie Feldversuche Im Versuchsbetrieb zur Erstellung eines Softwaremodells für die Beschreibung der Ausbildung von Schüttkegeln landwirtschaftlicher Güter, - Erstellen des räumlichen Modells der zu beladenen Anhänger, - Aufbau einer automatischen modellbasierten Beladungssteuerung. Die Funktionalität der automatischen modellbasierten Beladung wurde in mehreren Feldversuchen nachgewiesen. Systembedingt bestimmt sich die Funktionssicherheit auch durch die dem ASÜL zugrunde liegende Ausfallsicherheit und Positionsgenauigkeit des eingesetzten GPS-Systems. Dieses zeigt eine starke Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen (Abschattung an Waldkanten o.a.), so dass eine Funktionalität des Gesamtsystems nicht kontinuierlich gewährleistet werden konnte. Soweit die Positionsbestimmung sowie die Durchsatzermittlung gewährt werden, treten Im System zur automatischen modellbasierten Beladung keine Ausfälle auf. Damit stellt das Verfahren grundsätzlich eine Alternative sowohl zur manuellen Beladung als auch zu marktreifen Systemen zur automatischen Beladung dar. Die stationäre Analyse landwirtschaftlicher Schüttgüter ergab nur eine geringe Nutzbarkeit für den praktischen Einsatz, da die Verteilung z.B. bezogen auf den Böschungswinkel stark abweicht.Den Böschungswinkeln In stationären Versuchen von über 50° stehen die in Feldversuchen ermittelten Böschungswinkel von maximal 40° gegenüber. Neben den Böschungswinkeln wurden in Feldversuchen das Aufbauverhalten und die resultierenden Kegelverschiebungen analysiert. Die Ergebnisse der Analysen wurden in die modellhafte Beschreibung der Schüttkegel und des Schüttkegelaufbaus eingebettet und implementiert. In weiteren Feldversuchsreihen wurde daraufhin die Übereinstimmung zwischen realer Verteilung und Modellhafter Beschreibung untersucht. Dazu wurden die reale und die modellhaft beschriebene Höhe der Beladung In Bezug auf die Beladungsfläche des Anhängers verglichen. Die Standardabweichung der Höhendifferenzen beträgt im Durchschnitt ca. 20 cm, welches bezogen auf die maximalen Beladungshöhen einer Standardhöhenabweichung von ca. 15 % gleichsteht. Bezogen auf das Beladungsmodell ergibt sich dennoch ein weiterer Optimierungsbedarf, da neben der viel versprechenden Standardhöhenabweichung auch hohe Maximalabweichungen von z.T. über einem Meter auftreten, welches bezogen auf die maximale Beladungshöhe einer Abweichung von 75 % entspricht. Die modellbasierte Beladungssteuerung ermöglicht eine teil- wie auch eine vollautomatische Beladung der Anhänger. Dabei wird die Beladungsrichtung (ausgehend von der hinteren oder der vorderen Beladungskante des Anhängers) sowie die angestrebte Relativposition der Maschinen bzw. die Ausrichtung des Krümmerfusses vorgegeben. Optional kann ein mittlerer Böschungswinkel für die Modell-Schüttkegel angegeben werden. Bei der teilautomatischen Beladung wird ein vorgegebener erster Beladungspunkt solange befüllt, bis über einen Tastknopf dem System vorgegeben wird, dass dieser Beladungspunkt maximal beladen ist. Das System ermittelt ausgehend von dem bis zu diesem Zeitpunkt überladenen Volumen sowie dem ersten Beladungspunkt die Teilvolumina, die auf vorgegebenen weiterführenden Beladungspunkten verteilt werden können. Zur Untersuchung der automatischen modellbasierten Beladungssteuerung wurde ein sehr stark verallgemeinertes Schüttkegelmodell genutzt. Dennoch konnten schon mit diesem einfachen Modell gute Übereinstimmungen zwischen realer Verteilung und modellhafter Beschreibung aufgezeigt werden. Der Modellansatz überzeugt zudem durch eine einfache und überschaubare Handhabung, geringe notwendige Rechenleistung sowie einfacher geometrischer Variation bzgl. der Schüttkegelgeometrien.
Publications
- Einsatz zur Fuzzy-Logik für die Schüttkegelmodellierung, Seminarvortrag TU Braunschweig am Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik
Brauckmann, J.
- Messkonzepte zum Wiegen eines landwirtschaftlichen Anhängers, Seminarvortrag TU Braunschweig am Institut für Landmaschinen und Fluidtechnik
Bambach, S.
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- Entwicklung modellbasierter Beladungsstrategien für landwirtschaftliche Überladeprozesse, Proceedings of 66th Conference Agricultural Engineering LAND.TECHNIK AgEng 2008 Landtechnik regional und international, 25.-26. September, Seite 298-294
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- Modellbasierte Steuerung beim Überladen landwirtschaftlicher Güter, Landtechnik, Nr. 4 2008, Seite 216-217
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- Loading of Agricultural Trailers Using a Model-Based Method, Agricultural Engineering International: The CIGR EJournal. Manuscript 1187. Vol XI. October, 2009
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- Model Based Loading of Agricultural Trailers, Proceedings ofthe Joint International Agricultural Conference 2009, July 6-8, Wagenigen , NL
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- Parallel Overioading Operations Using a Model Based Strategy, Proceedings of 67th Conference Agricultural Engineering LAND.TECHNIK AgEng 2009 Innovations to Meet Future Challenges, November 6-7, Hannover
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- Schüttkegel- und Beladungsmodelle für das automatische Überladen, Landtechnik Nr. 4 2009, Seite 264-267
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- Parallel operated loading using a spatial descriptive model. Proceedings of the 2nd International Conference on Machine Control and Guidance ICMCG 2010, March 9-11, Bonn
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