基于PID算法的水稻直播机播量控制系统的设计与试验

【目的】为了解决现有的机械式水稻直播机镇压轮传动播种导致的漏播以及播量无法同步均匀调节的问题,实现水稻直播机播量自动精准调节。【方法】对现有苏南地区传统机械式水稻直播机进行自动化改造,设计了基于PID调速算法的水稻直播机播量控制系统。该系统在田间播种作业时,由设计的测速轮采集机具作业速度,结合设定的目标播种量和机具作业速度,依据播量控制策略得到排种轴理论转速;利用PID调速算法和编码器测到的排种轴反馈转速对直流电机进行闭环控制,可在线无极调节播量,从而实现精准播种。【结果】该系统排种电机空载时转速调整时间小于0.63 s,最大超调量8.21%,施加12.5 N·m负载时,排种电机最长回调时间为0.32 s。目标设计播量对应转速范围内,转速控制误差最大值小于7.21%,转速误差小于5.21%,田间播量误差小于4.92%。田间车速阶梯变化时,排种转速跟随响应及时,具有较高的排种同步性,与传统机械式水稻直播机相比播量调节性能显著提高。【结论】该系统自动化改造简便,重点改进了播量调节机构,提高了传统播种机播种性能,对传统机械直播机具有较高适配性。     

烟草精密播种机播种量控制系统设计

播种机播种质量的优劣对农作物产量有直接的影响。目前我国的播种机多采用机械结构,造成播种量不易调节、播种不均匀。为了实现播种量可以随意调节的目的,设计了一种以PLC为主控模块的控制系统,通过霍尔传感器监测播种机的行走速度,将传感器的值与步进电机的转速通过PLC进行控制和调节,通过触摸屏将播种机的行走速度、播种量和步进电机的转速显示出来。通过实际试验数据可以看出行距均匀,播种量误差小于2%,能够实现农作物需要的播量。     

高速插秧机无线遥控驾驶系统的设计

针对2ZG630A型插秧机设计了一套基于STC单片机和NRF24L01无线数传模块的遥控驾驶系统。遥控驾驶系统采用带位置传感器的电动推杆来控制速度的大小与方向,通过步进电机带动方向盘达到控制插秧机转向的目的,并设计了控制发动机的点火/熄火电路。系统下位机软件采用模糊控制算法实现了对插秧机转向和速度的精确控制,利用基于VB.NET2008编写的上位机软件,通过2.4G无线模块来与下位机进行通讯,达到遥控插秧机的目的。经试验,在100 m遥控距离内,系统运行可靠,响应速度快,控制平滑灵敏。     

自动变量播种机控制系统设计

设计了以AT89S52单片机为核心的自动变量播种控制系统,将播种决策信息代码通过RS232从PC上位机传输到单片机、以反射式光电传感器检测播种机前进速度,以此通过控制输出给步进电机驱动器的脉冲频率来实现自动变量播种.试验结果表明:单片机可将播种决策信息代码、播种机前进速度进行综合处理控制步进电机转速.在前进速度为3.3～5.8km·h-1.决策信息代码为1～5时,控制步进电机转速误差小于4%.     

基于labview的步进电机控制系统设计

本文以虚拟仪器技术为理论基础,应用lab VIEW软件替代硬件电路的方式,实现了步进电机控制系统的设计。本文详细介绍了利用485串口进行通信,采用labview编程来实现控制步进电机的正、反转的过程。系统具有良好的软件交互界面和良好的实时性,可以根据需要实时对步进电机运行速度和时间进行设置。该系统提高了步进电机控制过程的自动化和智能化水平,为步进电机在控制领域的应用,提供了一种简便易行的方法。     

精密播种机排种自动控制装置

为提高精密播种机的播种均匀性。解决地轮打滑和手动调换链轮或调整排种器排种量的问题．研究了一种用于精密播种机的排种自动控制装置。系统由五轮仪、智能控制单元、人机接口单元和执行单元组成，可以完成数据的输入、处理和排种器转速的控制。作业时系统采用五轮仪测量播种机的作业速度。用步进电机代替地轮作为执行机构带动排种器转动，减小了地轮打滑对播种均匀性的影响。该控制装置可以直接对五轮仪直径、排种器孔数和播种量等参数进行设置，使用方便。试验结果表明，系统运行稳定，可保证排种器与五轮仪转速同步。提高了播种机的播量均匀性，达到了设计目标。     

基于Zigbee的播种质量监控系统的设计

为了满足智能化农业的需求,应用无线传感网络技术和PLC控制器技术,设计了一个基于Zigbee的播种质量无线监控系统。该系统采用光电传感器实现对排种状态的检测,采集的信息通过无线传输模块发送到PLC;利用霍尔传感器检测拖拉机行进速度,步进电机驱动排种轴,以实现播种状况的实时检测、控制及排种速度与拖拉机速度的同步。试验表明：该系统具有高可靠性、高精度的特点,在高速通信的同时有效地实现了播种信息的实时监控。     

水力测功器制动鼓水量的自动控制

本机具有自动跟踪随机取样反馈控制系统。用数字电路控制步进电机,步进电机带动水门开关实现自动控制。步进电机的角位移总量严格等于输入脉冲数,晶体振荡器频率精度和稳定精度均在10~(-6)以上,因此步进精度很高,发动机的转速可控制在±0.2%。     

温室无人自动喷雾系统设计

为减少农药使用量,提高农产品质量并保障工作人员健康,设计了适用于温室的无人自动喷雾系统.该系统由控制器、喷雾执行机构以及轨道三部分组成.为适用于不同的温室环境,该系统通过控制步进电机的工作方式和转速来控制喷雾执行机构的工作方向和行走速度,能够实现温室的无人自动喷雾.     

小型深松施肥机变量施肥机构参数控制研究

[目的]为了提高化肥利用率,保护生态环境,促进农业可持续发展。[方法]选用一台4行深松施肥机,4种肥料,进行4组试验。每种肥料分别在不同的排肥轮长度和不同的转速下进行正交试验,用HMI调节转速,使步进电机按不同转速转动,带动排肥器排肥。[结果]在肥料一定、轮长不变的情况下,步进电机转速与机具前进速度之间存在线性关系。[结论]采用控制排肥轮长度和步进电机转速的方式来控制排肥量是切实可行的。     

电动水稻插秧机功率分配与参数优化

【目的】研究电动水稻插秧机功率分配和参数优化等关键技术,探索并分析分布式电机驱动水稻插秧机存在的主要问题和发展趋势,为电动水稻插秧机的设计提供依据。【方法】以适合电力驱动的手扶式水稻插秧机为研究对象,通过仿形试验、分插机构试验和牵引试验,得到插秧机各主要工作机构实际功率,并确定各驱动电机的参数。通过牵引试验的载荷和速度分析,进一步优化该类型插秧机蓄电池容量和作业速度等参数,并提出最大连续作业面积节能设计方案。【结果】在试验样机机型下,双行进水轮驱动电机为2×500 W,分插机构驱动电机为300W,仿形机构驱动电机为350W;当采用48V铅酸蓄电池组,在理论额定容量为83.3A.h、行进速度为0.5m/s时,可以获得最大连续作业面积;当采用同电压锂离子蓄电池组,在理论额定容量为100A.h、行进速度为0.5m/s时,可以获得单位蓄电池质量最大连续作业面积。【结论】分布式电机驱动的水稻插秧机具有机械传动机构简化、整体质量轻、低噪音振动和无尾气排放等优点。     

基于路径弯曲度动态预瞄搜索算法的车辆路径跟踪控制软件系统设计

为实现农业机械田间作业时的路径跟踪控制,在无人驾驶高速插秧机硬件系统基础上,采用基于规划路径弯曲度的动态搜索预瞄算法设计了路径跟踪控制软件。该算法以作业机械横向偏差和航向偏差作为航向模糊控制器的输入变量,以前轮转角期望值为输出变量,设计航向模糊控制器,实现航向控制;同时结合转向模糊免疫PID控制器对步进电机的PWM频率进行控制,实现水田作业机械的方向改变,从而完成作业机械沿规划路径自动行驶跟踪,并用Matlab/Simulink仿真平台对所采用的路径跟踪控制原理和所设计的模糊控制器进行了有效性验证,结果表明所采用的控制方法是可行的。经试验,插秧机以1 m/s的速度进行直线跟踪时最大的跟踪偏差只有4 cm,且始终围绕零值附近上下波动,计算平均跟踪偏差为0.84 cm,能够满足水田作业机械路径跟踪控制的要求。     

智能控制变量施肥机械的试验设计

为提高肥料利用率,尽可能地消除化肥对农业环境造成的污染,设计研制了一种用于变量施肥的机械。该机械主要由信息采集系统、单片机控制电路、步进电机驱动装置、排肥设备组成。传感器采集的信息和机具前进速度输入给单片机控制中心,经运算,求出所需的脉冲数,输送给步进电机驱动器从而控制步进电机变速转动,进而驱动排肥轴输出所需施肥量。试验结果表明,该设备对尿素和碳铵的排肥误差率低于10%,施肥精度较高,可基本实现变量施肥,为下一步的改进和精度提高奠定了基础。     

丘陵山地农机具的自动调平系统设计

设计了一种基于PID速度调节的自动调平系统,该系统以51单片机为主控制器,通过与传感检测模块的串口通信来实时获取车身姿态,以步进电机作为执行机构构成的四点式机电调平系统。通过步进电机的位移进行轴方向调平,以履带式模型车具作为搭载底盘,并应用于丘陵地区作业的农机具上。     

农用柔性底盘偏置转向机构工作参数试验及优化

【目的】分析农用柔性底盘偏置转向机构工作参数对其运动与动力性能的影响,为柔性底盘转向控制提供依据。【方法】基于转向理论,以电动轮转速与载荷为因素,利用模糊综合评价法,用柔性底盘偏置转向时纵、横向驱动力及偏置臂转角相对误差构建综合指标,通过柔性底盘试验台测试二者对综合指标的影响,分析电磁摩擦锁锁紧电压与转向电桥步进电机转速对各个转向性能指标的单因素作用,并以转向内、外侧锁紧电压和步进电机转速为因素,通过L_(16)(4~5)正交试验,探讨两侧偏置转向机构参数的分配特性。【结果】电动轮转速、载荷及交互作用对综合转向性能均有显著影响(P0.05),电动轮转速为120 r/min左右时综合转向指标最小;随着锁紧电压及步进电机转速的增大,纵、横向驱动力均随之增大,而转角相对误差随锁紧电压上升先增大后减小,随步进电机转速增大而增大,锁紧电压与步进电机转速的适宜范围分别为18～24 V和150～180 r/min;转向内、外侧锁紧电压与步进电机转速对综合转向指标均有显著影响(P0.05),空载时最优内、外侧锁紧电压分别为22和20 V,最优步进电机转速分别为180和170 r/min,额定载荷时最优内、外侧锁紧电压分别为24和22 V,最优步进电机转速仍分别为180和170 r/min;最优参数分配方案的验证试验表明,最优转向参数分配下柔性底盘偏置转向的纵、横向驱动力均有所提升且转向误差减小。【结论】优化试验所得转向内、外侧锁紧电压与步进电机转速组合可提升柔性底盘的综合转向性能。     

单片机和THB6128构成的步进电机控制器设计

以宏晶公司生产的单片机STC89C52和东芝公司生产的步进电机专用电机控制芯片THB6128为核心实现了一种结构简单的高性能、多细分、微型化两相混合式步进电动机控制器。该系统采用恒流斩波控制方式,可调的电流衰减模式可以进一步改善步进电机绕组的电流波形。驱动器最高细分数为128,提供正反向控制、使能控制、自动半流锁定功能以及过流、过热等电动机驱动器的保护功能。这种控制器成本低、容易实现、性能稳定,是步进电机控制器的一种较好选择。     

基于单片机的步进电机加减速的控制方法

根据步进电机驱动负载对加减速响应的高速要求,本文提出了一种基于单片机的步进电机加减速离散控制方法。经实验验证该方法可以解决步进电机快速加减速控制中常见的失步、堵转、噪声等问题。     

基于传感技术的自动排种驱动系统研究

为了有效解决播种机地轮打滑的问题,从根本上改变通过停机手动调节链轮繁琐且有级地传统方式,研究了一种基于拖拉机前轮转速的排种器驱动装置,利用拖拉机的行走速度控制排种速度,从而使排种更加均匀.利用步进电动机不仅可以使排种器轴转动达到均匀排种的目的,还可以通过调节步进电机的细分数对种子的间距进行调整,达到最适合种子生长的间距...     

振动攻丝的实验系统设计

介绍了振动攻丝的原理和特点,探讨由 Ｐ Ｃ 系统微机构成的步进电机控制及数据采集分析系统,以及实验系统的软件结构、硬件接口和步进电机的高频正反转的控制方法．最后还介绍了振动攻丝的实验方法和数据处理方法．     

拖拉机自动驾驶转向控制系统的设计

介绍了一种用于拖拉机自动驾驶的电控液压动力转向系统。该系统由转向电子控制单元(ECU)、全 液压转向器、步进电机、步进电机驱动器、角位移传感器等组成。它能够根据上位机(自动驾驶控制计算机)下达 的转向指令控制转向执行机构实现准确的转向功能。电控液压转向系统具有转向力矩大,控制精度高,响应速 度快,节省能量等优点,可以作为自动／辅助驾驶车辆的转向执行机构。