基于参数优化的植保无人机飞控系统性能分析

为进一步提升植保无人机田间作业效率,从参数优化角度出发,对机体的飞控系统进行性能分析。通过全面理解植保机飞控系统原理,明确其控制流程,具体分析无人机作业变异系数、喷施压力、飞行高度与角度等参数间的内在关联,建立以影响飞控系统性能的各项参数为条件的二次性能指标控制模型。进行飞控系统的硬件与软件设计,并进行植保机飞控系统性能稳定性及参数优化可行性试验。结果表明:在频率7Hz、飞行速度为1.5m/s的条件下,系统理论轨迹偏差与试验轨迹偏差间的误差较小,可控制在±0.2%,且在20%～60%占空比范围内,占空比与轨迹误差存在负相关趋势。试验过程中,整机运行稳定,可为植保无人机及其他自动化田间作业设备的深度优化提供一定的参考思路。     

数学建模下的植保机定量施药系统设计分析

为进一步优化我国植保机的喷施性能，提升整机作业水平，基于数学建模理论针对其施药系统展开设计分析。以植保机飞行控制、路径规划、施药系统等模块组成与工作原理为基点，着重考虑施药系统的药液均匀度、喷施准确度参数，建立系统的核心数学模型，并依据系统完整性进行相应地软件控制设计与硬件配置选型，展开此数学建模下的植保机喷施作业试验。试验结果表明：经数学建模设计后的植保机施药系统具有良好的实用性，施药精度与施药均匀度分别相对提升了9.74%和9.07%,且系统的稳定性与响应速度满足植保机设计要求。     

大数据运作平台下的植保机作业布局研究

为进一步提升无人植保机应用的合理性与高效性,以大数据运作平台技术为支撑,针对其作业布局展开研究。通过系统分析植保机作业过程与主要控制组件,根据田间飞行作业特点,确定系列核心控制参数,并依据大数据布局内部算法分配规则建立大数据运作模型。同时,考虑各系统模块的数据耦合性,生成大数据运作平台下的植保机作业布局并进行试验,结果表明:在各自占空比一定条件下,喷洒流量在0.3~0.6L/min波动时,所获取的流量误差控制在6.33%~15%;选取关键对比控制参数,较一般作业布局状态而言,基于大数据平台作业布局下的植保机续航能力可提升7.79%,试验效果良好。该布局优化充分提高了植保机的作业效率,可为类似农机系统布局提供改善思路。     

一种轮式拖拉机的行走装置VR跟踪系统研究

为了提高轮式拖拉机行走装置的跟踪控制精度与设计优化效率,采用VR处理技术与跟踪控制理论,对其行走装置的VR跟踪系统进行了设计。通过图像准确采集与特征信号提取,在目标跟踪与智能避障核心算法下引入合适的比例因子进行VR跟踪系统模型建立与软硬件设计与仿真试验。试验结果表明:在确保VR场景渲染下拖拉机与作业场景的高度融合基础上,跟踪系统的避障成功率平均为80%以上,纠偏响应速度保持在41.2~43.8s之间,VR跟踪精度保持在89.1%以上,最高可达91.3%;拖拉机整机行走跟踪稳定性能符合实际作业要求,设计可行。该可视化设计研究可为相关学者对农机设备的开发优化提供思路,对于提高拖拉机行走装置及类似机具设计效率有很好的借鉴价值。     

基于智能逆变技术的玉米精播机性能优化

为进一步提升我国玉米精播机的综合作业效率,以性能优化提升作为研究目标,基于智能逆变技术的深度应用展开分析。以电控逆变处理与调速机制相融合为出发点,建立正确的电控模块逆变应用数学模型,通过控制分析与硬件优化,进行整机作业试验。结果表明：基于智能逆变技术应用的玉米精播机性能优化效果明显,排种精准率与播深合格率分别可提升至94.46%与94.05%,满足精量播种机的设计要求;同时,种子的重播率与漏播率可降低至3.83%与3.06%,整机作业运行稳定,各零部件指令执行协同性好,综合效率相对提升了5.88%,充分体现了智能逆变应用的准确性与适应性,可为类似农机播种装备优化提供参考。     

多频与无线传感融合下的植保无人机通信系统研究

为进一步提高植保无人机的通信质量与整机作业效率,以多频与无线传感融合通信机理为出发点,针对其通信系统进行设计。在深入理解无人机作业特点与通信控制目标的基础上,侧重通信链路质量与数据收发成功率等关键指标,建立无人机多频无线传感通信模型,以通信系统多频与无线传感融合设计框架为依托,进行硬件选型与软件控制模块设计。多频无线传感融合通信试验表明:通信系统经合理调度及多频无线融合,通信误差率平均可保持在2.889%,整机一次作业完成时间效率提高了12.83%;作业过程各通信节点设置准确合理,整机工作效率可由传统无线式的89.90%提高到93.20%。该设计满足多频融合数据传输稳定、高效的作业要求,具有很好的参考价值。     

基于模糊控制算法的采摘机器人执行系统优化

为进一步提高我国采摘机器人的综合采摘效率，减轻人工作业劳动强度，针对当前采摘机器人的执行系统进行优化研究。以采摘机器人作业控制原理为切入点，选取模糊控制算法为优化核心，在合理分配权重的基础上，根据采摘作业特点搭建采摘执行系统的模糊控制算法模型，通过硬件配置与软件设计形成可执行的模糊控制体系，并进行优化试验。结果表明：基于模糊控制算法的采摘机器人执行系统较一般控制算法而言，轨迹跟踪精确度与平均避障准确率均可保持在96%以上，整机采摘成功率与综合效率分别相对提高了9.25%与8.94%;系统运行稳定且性能优越不仅可实现高效率的智能采摘，而且可为类似采摘或收获机械装备优化提供参考。     

基于微积分理论的玉米收获机作业效率优化

为提升玉米收获机的作业效率,提出以微积分控制理论为优化主导,针对其核心结构与作业控制展开应用性研究。以通用型玉米收获机的主要作业流程为依据,结合整机作业过程特点,搭建用于收获机各环节的微积分控制优化模型,针对机体的核心结构及执行部件进行相适应性设计,给出微积分算法下的导向控制执行系统与干扰控制系统设计,并展开针对性的收获作业试验。试验结果表明:基于微积分理论的玉米收获机结构与控制设计,收获含杂率与籽粒破碎率明显降低,系统运行准确、平稳,整机的作业效率相对可提升9.26%,对于我国类似农用收获机械的持续创新有重要的参考价值。     

自平衡精量施药施肥植保机的设计与试验

针对施药施肥植保机喷杆不平衡、施肥幅宽小及施肥量不均等问题,设计了一种自平衡精量施药施肥植保机。通过折叠机构、伸缩机构、平衡机构的设计,提高了植保机施肥幅宽;通过GPS定位,对行作业,实现不重施或漏施药肥;根据采集的机具速度,系统自动计算施药施肥量,通过控制药液的流量阀控制施药量,通过气力输送系统和送料量调节机构中容留槽的容留量来控制施肥量,使其与车速波动相匹配以达到精确施药施肥的目的。对植保机进行场地试验和田间试验,结果显示:施肥幅宽达16m,喷嘴排量一致性变异系数10.47%,施药施肥均匀性变异系数23.9%,均优于农业标准,作业效率4~5hm^2/h。     

采摘机器人的路径规划系统动态性优化研究

为进一步改善采摘机器人的工作性能，提出以动态调控为主导的理念，针对整机的路径规划系统展开优化研究。以当前果园采摘机器人的通用性结构组成为前提，将云平台数据处理与路径规划核心算法有效融合后搭建动态控制模型，分别针对路径规划系统的硬件配置与软件控制进行合理设计，得到可应用于采摘实践且布局完整的路径规划系统。展开动态性优化下的采摘作业试验，结果表明：优化后采摘机器人路径规划系统的整体路径搜索率与路径平滑性得到明显提升，相对提升度分别为10.93%和9.71%,路径偏离率相对降低了50%左右，很好地优化了机器人的避障能力，满足系统稳定性需求，具有较高的实用价值。     

高架草莓移栽机控制系统设计与试验

高架草莓移栽机结构复杂、动作精确度要求高,整机采用9轴独立驱动控制,完成对草莓苗坨的夹取与移栽及高架间的自主行走,并可对高架设施误差实现仿形作业。为此,设计一种全新的基于信捷XDM-64T10-E系列PLC的移栽机控制系统。该系统通过控制器发出的脉冲信号,精确控制移栽系统中的伺服电机或步进电机的速度和位移,进而达到速度与位移的精确控制。移栽机中包含有气缸驱动机构,PLC通过控制电磁阀通断控制气缸的伸缩或旋转,与伺服电机的控制协调同步完成,实现了多机构的并行动作,大大提高了移栽效率。仿真苗的试验结果表明:移栽机可以完成993株/h,移栽成功率超过90%。     

自动采棉机表面几何特性与数控加工技术分析

为进一步提高自动采棉机各部件加工与装配精度,实现采棉机作业效率与作业寿命的提升,以自动采棉机的组成结构及作业原理为基础,针对表面几何特性与数控加工技术进行分析。依据自动采摘机实际作业过程中出现的摘锭磨损等故障,给出自动采棉机零部件的数控加工工序模型,运用UG软件三维建模同时进行层次化的加工工艺流程设计及走刀算法优化。以自动采棉机核心部件数控加工系统结构为基准,给定准确的数控代码与加工控制信息,经余量优化误差补偿完成一次加工设计,在特定的虚拟加工环境下进行数控加工仿真试验,结果表明:融入了多规则加工技术核心算法,该型采棉机核心部件的加工误差整体得到降低,且平均提升效果达81.76%,其中锥面长度的加工误差提升效果最好,可达84.42%。该试验分析可为自动采棉机的整机发展提供一定优化思路,具有很好的推广意义。     

一种智能采摘机器人的电控系统设计研究

为进一步提升我国农业采摘的作业效率及实现采摘装备的深度智能化,针对通用型采摘机器人的电控系统展开研究。以采摘机器人的作业原理及核心部件组成为设计基础,搭建电控系统输入参数与机构组件执行之间的数学模型,进行电控系统的软件功能优化与硬件配置实现。同时,展开基于电控系统设计优化的采摘机器人整机作业试验,结果表明：采摘机器人的系统动作响应迅速,系统响应率与采摘成功率分别可达98.53%及96.40%,结构协调度良好,实现了综合采摘效率相对提升5.69%的设计目标,且各采摘机构及装置运行稳定,具有较强的实践与推广价值。     

一种联合整地机的伺服传动系统优化研究

联合整地机作为一种复合型农业装备,在农业生产中占有重要地位。为了进一步提升整地作业效率,针对联合整地机的伺服传动系统展开优化研究。通过明确其结构组成与作业特点,基于伺服控制机理,搭建合理的传动系统控制模型,进行伺服控制算法优化与核心组件相适应配置后,展开整机作业试验。试验结果表明:经优化后的联合整地机,实现了提高伺服控制与响应精度的目标,整地作业后的土壤均匀性可提升在90%以上,整机工作效率相对提高了9.31%,保持了较好的种子生长环境与有机肥基质,从自动、智能的角度改善农机设备的组成的优化理念,对于智慧农业的发展有很好地推动作用。     

遗传算法在植保无人机控制系统中的应用

以无人机飞行控制系统为研究对象,通过对植保无人机的应用进行分析,提出一种双闭环控制方式的植保无人机飞行控制系统。由于作业需求,植保无人机飞行轨迹应根据作业状态进行不断调整,有效避开飞行航线中的障碍物,因此控制系统中兼容一种基于遗传算法的植保无人机飞行避障算法。仿真实验表明：植保无人机在飞行过程中能够有效进行单障碍及多障碍的规避,避障过程存在较小的误差,不会对植保无人机的作业状态产生影响;不同飞行速度对无人机的避障会产生不同程度的误差影响,速度越高,误差越大。     

面向对象的玉米收获机系统优化可行性分析

为深度提升我国玉米收获机的整机作业效能与运行效率,采用面向对象的软件设计开发方法,对其作业系统展开可行性优化设计.以整机的作业机理为基础,融合ETL技术与面向对象的设计方法,把系统划分为不同的对象进行系统建模,并构建完整的系统运行体系展开可行性验证试验.试验结果表明:经面向对象方法设计优化,收获机系统的数据冗余度可降低...     

基于BDS的果园施药机自动导航控制系统

根据果园施药机自动导航喷药作业需求,设计了一种基于北斗卫星导航系统(BDS)的施药机自动导航控制系统。该系统主要包括RTK-BDS接收机、导航控制器、转向控制器、电控气动转向系统和三轴电子罗盘。其中转向控制器、电控气动转向系统和三轴电子罗盘构成转向角闭环控制回路,该回路可根据导航控制器发送的施药机期望转向角实现转向角的随动控制。将施药机的运动学模型和纯追踪模型相结合,设计了施药机直线跟踪导航控制器,输入为位置坐标和方位角,输出为期望转向角。针对果园地形特点对施药机进行了导航路径规划,并在果园进行现场试验。试验结果表明:所设计的导航控制系统,在施药机行进速度为2 km/h时,直线跟踪最大误差不大于0.13 m,平均跟踪误差不大于0.03 m,能满足果园自动导航作业精度要求。     

基于足球比赛运动的避障系统开发设计

在农业生产中,由于农作物生长环境的复杂性及传统的机械作业,易对农作物造成损伤。针对该未知复杂环境中的采摘机器人自主避障设计,提出了基于足球比赛运动的采摘机器人进行了自主避障系统,实现采摘机器人自主导航。基于足球比赛运动策略的采摘机器人开发设计中,为实现采摘机器人自主进行路径优化以避开障碍物,以模糊逻辑算法作为避障决策控制算法,以多种传感器感知环境信息设计避障系统。试验结果表明:安装本文设计开发的避障系统的采摘机器人可进行路径优化,自主避障,验证了该避障系统的有效性。     

果园株间除草自动避障装置的设计与试验

针对果园经济作物种植模式存在的果园行间和株间中耕除草劳动强度大、株间杂草清除困难、需进行人工二次补耕等问题,设计了一种株间自动避障除草装置。研究了避障装置的耕作要求,结合果园株间除草自动避障装置的工作原理,设计了整机的结构,并对液压控制系统进行了理论分析与设计,最终确定了果园株间除草自动避障装置的设计方案。试验结果表明:果园株间自动避障装置在正常作业速度3.5km/h下,碎土率为93.68%,耕作深度为14.64cm,株间漏耕率4.12%,避障通过率为100%,满足了设计要求,提高了果园机械作业效率。     

基于KNN神经网络的无人机作业操控系统研究

为进一步提升我国农业植保无人机的精准作业效率,针对其操控系统展开优化研究。选定KNN神经网络算法为执行理念,以无人机作业控制原理为基础,搭建正确的过程参数动态计算模型,进行操控系统的算法实现与调控配置,并展开基于KNN神经网络的无人机喷施作业试验。试验结果表明：KNN神经网络算法下的无人机操控系统运行稳定,过程参数的分类准确率相对提高了8.00%,目标喷施流量与试验喷施流量的偏差率相对降低了5.71%,农药喷施均匀度可提升至94.75%,整机作业综合效率明显提升。此设计理念以计算机智能数据处理为出发点,对无人机的高效率全面发挥有一定的推动作用,可用于类似智能农机装备的控制系统改进与开发,具有一定的参考价值。