水田激光平地机平地铲姿态测量系统的设计

水田激光平地机水平控制作为农田激光平地技术的重要组成部分,其研究过程中首先要解决平地铲实时倾角测量问题.为提高倾角测量精度,设计了平地铲姿态测量系统,采用MEMS传感器集成模块AD1S16300作为惯性测量单元,通过卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算平地铲倾角.分析了姿态测量系统的构成,阐述了两种传感器融合测量实时倾角的方法,基于ARM7 Cotex- M3微处理器设计了姿态测量系统硬件.采用AHRS500GA对该姿态测量系统性能进行了融合算法验证与ADIS16300测量平地铲倾角验证.测试结果表明,该姿态测量系统能在动态条件下准确地测定平地铲实时倾角,可以进一步应用于激光平地机的水平控制之中.     

超声波传感器评定水田激光平地机水平控制系统性

为了评定水田激光平地机平地铲水平控制系统性能,采用2个SensComp 600超声波传感器测量平地铲两端与参考水平面的距离,然后利用三角关系计算得到平地铲倾斜角度.对超声波测距、传感器与反射面成一定夹角的影响以及运动对测量的影响因素进行了分析,并与姿态航向参考系统AHRS500GA-226提供的参考倾角进行了对比,结果表明2个超声波传感器在静态和动态条件下均能较准确地测量出平地铲倾斜角度,最大静止误差和最大动态误差分别为0.08°和1.00°.在平整的水泥地面上对平地铲水平系统性能进行了测试,实验结果表明,水田激光平地机水平控制系统倾斜角度测量准确,误差不超过1.00°,整个系统能较好地实现平地铲水平控制,满足水田平整作业需要.     

水田激光平地机非线性水平控制系统

为使水田激光平地机的平地铲在受到干扰偏离水平位置时能够迅速回复水平,设计了基于角速度-偏差角度的非线性PID控制器的平地铲调平控制系统,使平地铲零角速度渐近回到水平位置,实现零超调,提高了平地机水平控制精度和稳定性。根据平地机的机械液压系统结构搭建了平地铲调平系统动力学模型,推导了传递函数,基于剩余路径确定允许最小角度的非线性控制,设计了水平调平闭环控制系统方案。采用标准姿态航向参考系统AHRS检测平地铲实时倾角与角速度,TMS320F28035芯片作为控制器,设计制作了水平控制系统电路,依据传感器数据通过非线性PID位置控制算法计算出控制量,并通过PWM驱动电路实现平地铲水平控制。在华南农业大学研制的水田激光平地机上,进行了实验室测试与田间试验验证。测试结果表明,水平控制系统响应迅速,实现了平地铲渐进逼近水平位置的控制效果,超调小,稳态误差趋于零,平地铲基本控制在水平位置±1°以内,平地铲工作稳定。     

农田平地机激光发射平台调平控制系统设计

为使农田平地机双源激光定位系统的激光发射平台检测数据更精确、调平实时性更好,设计了激光发射平台自动调平控制系统。该系统采用三脚支撑的平台支撑方式,利用倾角传感器检测平台的倾斜度,通过步进电机驱动平台3条支腿伸缩从而实现平台调平。通过加入倾角传感器数据处理算法和基于RBF神经网络的智能PID控制算法,激光发射平台检测的数据更精确,能满足双激光源定位系统的要求,使农田平地机平地作业更精确。     

农田平地机导航侧滑估计与自适应控制方法

针对农田平地机在无人驾驶作业时因受地面侧滑影响而导致路径追踪控制精度降低的问题,提出一种基于牵引式农田平地机的导航侧滑估计与自适应控制方法。根据路径追踪时平地铲与拖拉机的位置关系,建立了牵引式农田平地机的运动学模型;基于运动学模型,提出了一种侧滑估计器,用来预测导航控制中车轮因侧滑产生的侧滑角,并计算出拖拉机的前轮转角控制率;采用改进的非线性函数构造方法对PID控制器的参数KP、KI、KD进行实时整定,实现了农田平地机自适应导航控制。田间试验表明,该方法使平地铲路径追踪的平均绝对偏差减小了6.78 cm,标准偏差减小了10.1 cm。与无侧滑估计和参数自适应的导航控制相比,本文方法提高了农田平地机的路径追踪精度,增强了导航控制系统对平地机的适应性和鲁棒性。     

水田激光平地机工作原理的研究与应用

水田田面平整是保证水稻高产、稳产的重要措施,研制水田激光平地机有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要分析了水田激光平地机的工作原理,研究了水田激光平地机系统要求,建立了平地铲作业动力学方程,以用于计算平地铲工作能耗,并提出了平地作业效果综合指标,以更加合理地评价水田激光平地机平地作业效果;在此基础上研制了几款适用于水田带水平整作业的水田激光平地机。本文为水田激光平地机的设计和改进提供了一定的参考依据。     

基于模糊理论的参数自适应PID智能控制系统

针对平地机进行刮平作业时无法实现稳定恒速控制的问题,提出了基于模糊理论的参数自适应PID算法的行走智能控制系统,并完成了将该算法应用在平地机的控制系统中协调解决作业时油门大小、档位和恒速控制问题。同时,为验证参数自适应PID算法对整机运行参数实时监控的有效性和可靠性,系统采用单片机作为控制器,通过Mat Lab软件的Simulink仿真,分别对平地机作业恒速控制设定干扰信号、参数自适应过程性能以及不加PID、加PID、自适应模糊PID3种控制方式进行了恒速控制效果对比分析。测试显示:该系统响应时间短、速度较快,具有良好的工作稳定性和可靠性,能够满足设计要求。     

农业植保多旋翼无人机飞行控制系统设计

【目的】为了确保农业植保无人机能够在合适的位置喷洒农药,提高控制精度、作业效率并降低成本,有必要对多旋翼无人机的飞行控制系统进行优化设计。【方法】本研究团队以STM32F428IGT6芯片为核心,设计了农业植保多旋翼无人机飞行控制系统。首先概述了无人机飞行控制系统的整体架构,该飞控系统由主控系统、惯性测量单元、喷洒系统、空速测量系统等构成。其次,详细分析了无人机飞行控制系统的电源供电系统设计、通信设计、传感器选择、喷洒系统设计等硬件设计。最后,阐述了无人机飞行控制系统的算法设计,主要包括无人机姿态解算和PID控制算法,并介绍了该系统应用优势。【结果】该系统各模块之间执行SPI和CAN总线协议,可以将传感器实时采集的高度、速度、偏航角等参数传输到主控系统中,利用MCU芯片完成参数的分析处理,在此基础上发出新的调控指令,让多旋翼无人机沿着既定航线飞行,在到达特定位置后启动喷洒系统并完成喷药作业。【结论】该系统能让无人机在合适位置喷洒农药,达到远程控制、自动作业的效果,提高了植保作业效率,有利于促进现代农业机械化高质量发展。     

基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法

为解决农田平地机无人驾驶作业时缺乏局部规划，进而实现平地路径在线调整的问题，以平地作业土方合理运卸且路径最短为目的，提出了一种基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法。基于农田三维地势模型，采用改进的蚁群算法规划三维路径：以平地作业土方运载为决策方向，建立新的路径搜索节点，对比平地机作业时平地铲运载土方量和经过栅格计算所需的挖填土方量，根据土方运载任务设置信息素更新规则和启发函数，获取农田平地的最佳三维路径；基于平地机的运动学模型，设置农田平地机转向约束条件，根据约束条件对路径进行平滑优化，并建立三维路径规划的效果评价标准。仿真结果表明：相比于原始蚁群算法，该方法的路径规划效果评价指标提高33.3%以上，可以更好地指导农田平地机实现局部平地任务，而且大大缩短了路径生成时间和路径长度，使路径更为平滑，更适用于辅助农田平地的自动导航作业。     

水田激光平地机平地铲姿态调整机构优化设计

激光平地机在农业生产中的应用越来越广,提高平地铲姿态调整系统的响应速度,是保证激光平地机作业精度的关键因素之一。针对水田平地机的特点,运用ADAMS对平地铲姿态调整机构进行优化设计。以主要构件长度尺寸为设计变量,以平地铲竖直方向运动速度最大为优化目标,借助ADAMS进行参数化建模,并构建约束条件和目标函数。通过仿真优化,获得平地铲速度与设计变量的最优值。试验验证,仿真优化结果可行,经过优化设计平地铲完成上升和下降全程的响应时间分别为0.75 s和0.6 s,上升阶段响应速度提高了400%,下降阶段提高了150%。     

泵站流道断面流场的可视化

讨论了断面流场三维可视化的内容,以及实现网格图形的显示方式和实现的过程;讨论了流道出口断面的等速线表达及色彩表达问题。流道出口断面主要为轴向流速,可简化为二维标量场的问题。二维标量场的可视化实现常用等速线来处理,即用等值线的抽取算法来实现;编制了流道出口断面等速线图的处理程序。在AutoCAD环境下,利用ObjectARX开发平台较好地实现了流道三断面流场分布的三维显示;同时用等速线及OpenGL色彩处理功能展示了流道出口断面流场的特性。     

中国沼气学会2009年工作总结及2010年工作重点

2009年,是国庆60周年,是应对全球经济危机的第一年,对中国沼气学会来说也是工作任务较为繁重的一年。一年来,在农业部有关司局和中心领导的关怀与支持下,在学会各专业委员会和广大会员的积极参与和配合下,在秘书处全体同仁的努力下,紧紧围绕社会主义新农村建设、循环经济、农业和农村节能减排等中心工作和沼气事业发展的重点任务,认真为政府服务、为企业服务、为行业服务、为会员服务,各项工作都取得了积极进展和较好成效。现将学会2009年工作总结如下：     

海水淡化多级泵轴向力试验

针对叶轮轴向力计算方法有多种,且不同经验公式计算的轴向力相差很大的情况,通过对海水淡化多级泵的单级模型泵进行轴向力试验,找出泵腔压力分别与泵流量、扬程以及泵腔径向尺寸的关系,并对传统轴向力理论计算公式进行修正.通过分析可知,轴向力传统理论计算公式的计算结果与轴向力试验数据有一定的差距,这主要是由于传统理论计算是在泵腔内液体以叶轮旋转角速度之半（ω/2）旋转的假设条件下得到的;但两者轴向力的变化趋势相同,均在关死点处达到最大值.用修正的理论公式得到的值与试验值在各流量点、各半径处均能较好的符合.     

农业装备物流体系的数学建模

在分析了农业装备物流体系特点的基础上,指出了目前存在的数学模型不能完全体现和描述农业装备物流体系的特点;建立了基于面向环境时延着色Petri网(EOCTPN)的农业装备物流体系数学模型;研究了不同类型农业装备物流体系对库存总成本和长鞭效应的影响程度;解决了目前存在的无法将正向物流和逆向物流有机结合在一起的问题;有效克服了基础Petri网描述此类问题出现的"节点爆炸"现象.在仿真实验的基础上,提出了应如何构建农业装备物流体系的方法.     

畦灌灌水技术要素组合优化

以杨凌区进行的畦灌大田试验为基础,采用WinSRFR软件对各试验点的灌水质量进行了模拟,并分析了畦长、田面坡度、入畦单宽流量和改口成数对灌水效率Ea、灌水均匀度Ed和储水效率Es的影响;在此基础上,结合均匀试验设计与多元回归分析的方法,构建了包含灌水效率Ea、灌水均匀度Ed和储水效率Es在内的单目标优化模型,以入畦单宽流量和灌水时间为变量,采用遗传算法对模型进行求解,提出了试验点不同计划灌水深度条件下畦灌灌水技术要素的优化组合,结果表明其可获得高的灌水质量,达到常规畦灌节水的目的。     

精密设备隔振系统参数优化

二次隔振装置广泛应用于精密仪器设备中,隔振性能依赖于其结构参数。研究了二次隔振系统参数优化设计,将最大熵方法引入到二次隔振系统参数优化设计中,并结合遗传算法,给出了二次隔振系统参数优化设计的一种混合数值方法。最后用此方法对二次隔振系统进行了参数优化设计,优化后的二次隔振系统隔振性能大幅度提高。     

高职学生顶岗实习管理措施研究

高职教育培养的是技能型人才,而顶岗实习是高职院校培养高技能型人才的重要教学环节。针对目前高职教育顶岗实习工作实施过程中存在的普遍性问题,提出提高高职学生顶岗实习质量和管理水平的有效措施。     

适用于水田的激光平地机具液压系统设计

设计了一种水田激光平地机具液压系统.该液压系统主要由液压油泵、电磁换向阀、液压缸、蓄压器和散热器等元件组成.液压泵由拖拉机的动力输出轴驱动;电磁换向阀采用拖拉机电源直流12V供电,可实现平地机具两端分别独立升降;蓄压器起到缓冲作用可改善系统油压的稳定性;散热器可保证液压油温不超过70℃;背压阀用来调节平地机具的下降速度.实际应用表明,水田激光平地机构液压系统能与控制系统相匹配,工作正常.     

1HS-1.2中耕深松机对土壤含水量影响的试验研究

土壤中的水分是农作物赖以生存的重要基础条件之一。中耕深松属于机械化旱作农业节水技术,在干旱地区或季节,中耕深松可切断表土毛细管,减少水分蒸发,减轻土壤干旱程度,同时可消灭杂草,防止水分和养料的消耗,是保护性耕作技术的基本要点之一。为此,论述了中耕深松技术在农业生产中蓄水保墒的作用,指出了1HS-1.2中耕深松机械的推广前景。     

Methodology for design of water harvesting system for high rainfall areas

Although rainfall in high rainfall regions is sufficient to meet the water demand of crops, its spatial and temporal distribution makes rainfed farming a risky proposition. Water harvesting can reduce the risk substantially by facilitating early planting by taking maximum advantage of the rainfall, thereby insuring the crop against rainfall aberrations. The proper design of a water harvesting system in a high rainfall region should take into account the spatial and temporal behavior of rainfall, water requirement of the crops, in addition to catchment characteristics. A simulation model has been developed to design a system for determining catchment/command area ratio, size of tank, desirable command area of a single tank and the feasibility/economics of lining of tank. The methodology facilitating the design of the system considered the catchment area characteristics, command area, and efficiency of conveyance system. It was found that for a rice-based cropping system in eastern India, a catchment/command ratio of 3.0 and tank size of 1750 m³/ha command area is required, which facilitates desirable moisture regime for rice and two irrigations to succeeding crop. The command area should not be extended beyond a limit to have a conveyance efficiency of 80% or more. Using traditional methodology, i.e. by total irrigation requirement method, the tank capacity requirement will be 4500–6000 m³/ha command area.