答辩博士：李庆伦
指导老师：鲁植雄教授
论文题目：拖拉机有效液压输出功率特性分析与测量研究
答辩委员会：
主席：
肖茂华教授/博导 南京农业大学
委员：
李骅教授/博导南京农业大学
康敏教授/博导 南京农业大学
周俊教授/博导南京农业大学
姬长英教授/博导 南京农业大学
胡志超研究员农业农村部南京农业机械化研究所
魏民祥教授/博导 南京航空航天大学
答辩秘书：
邓晓亭南京农业大学
答辩时间：2026年08月25日14:00
答辩地点：滨江校区12#B442
论文简介：
拖拉机液压输出功率是衡量其驱动配套农机具作业能力的关键指标，直接决定着播种、施肥、深松等复式作业的效能与质量。随着我国拖拉机向大马力、智能化方向加速发展，多路液压独立输出已成为主流配置，对液压系统性能检测的精度、维度与智能化水平提出了更高要求。然而，当前国内测试手段存在多路同步能力不足、动态工况覆盖有限、宽温域测量精度难以保证、核心元件隐性退化缺乏在线诊断手段等突出问题，导致检测结果无法真实反映田间复杂工况下的系统性能，严重制约了高端农机装备的正向研发效率。为此，本文以自主研发的YYSCT-250-3型多路液压输出功率测试仪为研究对象，围绕“误差解耦—装备研制—精密控制—温度补偿—磨损诊断与功率补偿”的技术主线，系统开展了拖拉机有效液压输出功率特性分析与精密测量技术研究。本文主要完成了如下工作：
1.建立了拖拉机多路液压输出功率测量的全链路误差传递模型与四层级解耦设计准则。针对多路液压功率测量中动态负载耦合干扰、热致参数漂移及结构退化隐性干扰等多源误差相互叠加、难以分离的理论难题，将总测量误差系统分解为动态控制误差、热致参数漂移误差、结构退化隐性误差和系统管路损失四项功率修正项，揭示了电液比例阀非线性节流特性、油液黏温效应、传感器温漂及球阀密封副磨损间隙的误差传递规律，提出了“物理层—控制层—模型层—诊断修复层”的递进式解耦架构，为多源误差的协同抑制提供了统一的分析框架与精度分配依据。
2.设计并研制了YYSCT-250-3型拖拉机多路液压输出功率测试仪。针对传统设备功能单一、多路同步测试能力欠缺的瓶颈，创新性地采用三层并联测量架构，实现了小、中、大流量回路的独立测量与协同控制，从硬件层面抑制了多路耦合干扰；基于LabVIEW与Siemens S7-1200 PLC开发了集成自动化测试流程、多源参数实时解析与报告自生成的全自动测控系统；通过引入流体管路压力损失物理模型，有效消除了传感器空间布置差异引起的非线性压降。经与已取得国家计量校准证书的传统测试仪进行对比试验，不同功率等级拖拉机的测量偏差均控制在2%以内，为后续精密控制与补偿研究提供了可靠的硬件平台。
3.提出了基于AMESim与粒子群优化模糊PID(PSO-Fuzzy-PID)的流量精密控制策略。针对电液比例流量阀在变工况下呈现的强非线性、参数时变及响应迟滞问题，计入全量程内球阀的液压阻力矩与动态摩擦系数，构建了高物理置信度的非线性机理模型；利用粒子群算法在多维解空间中全局寻优模糊量化因子与PID增益参数，实现了控制参数的自动最优整定。联合仿真与台架试验结果表明，PSO-Fuzzy-PID控制器将超调量由传统PID的9%~22%降至趋近于零，全流量范围稳态误差严格控制在±0.5 L/min以内，响应时间不超过1.0秒，有效提升了测试仪的动态响应品质与加载精度。
4.提出了宽温域功率测量误差反演补偿方法（DCPF-TC）。针对变温工况下油液黏度衰减与传感器温漂叠加导致功率测量误差非线性放大的问题，系统揭示了温度对液压功率测量的双重作用机理，建立了压力与流量传感器温漂的二阶多项式统一参数化模型；采用范德蒙德矩阵最小二乘法（VLS）快速辨识温漂系数，直接从测量信号中反解真实压力与流量，规避了传统正向修正的误差累积。经五组连续升温加载试验验证，补偿后全温区最大功率误差由12.3%降至0.9%以内，单次计算耗时仅85us，为宽温域工况下液压功率的高精度测量提供了轻量化、可解释的实时补偿方案。
5.构建了融合小波去噪与多尺度一维卷积神经网络-多传感器信息融合（MSID-CNN-MSIF）的球阀磨损诊断及功率补偿方法。针对比例流量球阀长期高压冲刷下密封副磨损引发内泄漏、导致功率测量失真的隐性故障难题，通过多尺度卷积核并行提取不同时间跨度下的磨损特征，实现了球阀四类磨损状态的端到端高精度识别，强噪声工况下平均诊断准确率达95.6%；创新性地将诊断结果映射至层流缝隙物理模型，实现了内泄漏流量的在线预测与有效功率的动态修正。台架试验结果表明，轻度、中度和重度磨损工况下的功率测量偏差分别收窄至±1.2%、±1.5%和±3.2%以内，系统整体误差满足±5%的行业要求，验证了“诊断—补偿”一体化闭环机制在液压元件退化状态下维持高精度测量的有效性，为测试系统全寿命周期的精度保障提供了可行的技术路径。
本文创新点如下：
（1）建立了拖拉机多路液压输出功率测量的全链路误差传递模型与四层级解耦设计准则，将总测量误差分解为动态控制误差、热致漂移误差、结构退化误差和管路损失四项具有明确物理意义的功率修正项，揭示了各误差源的时间尺度差异与传递路径，为多源误差的协同抑制与分项补偿提供了统一的分析工具与设计框架。
（2）提出了面向拖拉机液压输出功率精密测量的电液比例流量智能控制策略，建立了计入球阀旋转阻力矩与动态摩擦系数的非线性机理模型，并采用粒子群优化模糊PID实现控制参数的自整定，全流量范围稳态误差控制在±0.5 L/min以内，有效解决了负载突变下流量调节强非线性、响应迟滞的控制难题。
（3）提出了宽温域功率测量误差反演补偿方法，通过构建压力与流量传感器双通道二阶多项式温漂模型，直接从测量信号中反解真实压力与流量，规避了传统正向修正的误差累积，补偿后全温区最大功率误差由12.3%降至0.9%以内，单路计算耗时仅85 μs，兼顾了物理可解释性与嵌入式实时性。
（4）提出了融合多尺度一维卷积神经网络与多传感器信息融合的球阀磨损诊断及功率补偿方法，通过多尺度卷积核并行提取磨损特征的多频段信息，在强噪声工况下实现了95.6%的诊断准确率，并将诊断结果映射至层流缝隙物理模型，形成了“诊断—补偿”一体化闭环机制，克服了现有方法“只诊断不补偿”的工程局限，保障了测试仪全寿命周期的测量精度。
