滴灌灌水器低成本快速开发理论与方法研究

灌水器尺寸微小,形状复杂,导致其开发周期过长(8～12个月),费用过高(5～8万元人民币)。该文引入计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)、计算流体动力学(Computer Fluid Dynamics, CFD)以及快速成形(Rapid Prototyping, RP)等先进技术,提出了一种新型滴灌灌水器的低成本快速开发途径。利用三维参数化CAD技术设计流道的结构模型;基于CFD模型的数值模拟实现了灌水器水力特性的可视化分析功能,大大减少了实物试验的迭代次数;同时,应用RP技术可以在不开钢模的情况下低成本快速地制取试验用灌水器,并直接利用RP原型完成灌水器性能试验,从而进一步降低其开发周期和成本。以自主开发的新型灌水器为例,其开发周期与成本均降低50％以上。     

基于Solidworks平台的脱粒滚筒特征造型与虚拟装配

对小型水稻联合收割机中钉齿式脱粒滚筒的结构和工作原理进行研究,井基于Solidworks软件对其所有零件进行三维特征造型及整个机构的虚拟装配,形象直观地再现脱粒滚筒模型,为脱粒滚筒的设计提供新方法。     

结合图像重建和L系统的虚拟植物原型系统设计

为模拟植物的生长或形态特性,探索提出了一种结合图像重建和L系统的虚拟植物可视化原型系统;植物主干采用L系统生成;植物细节对视觉效果影响较小,采用植物器官表面重建;采用规则建模来提高模型的可控性,基于图像重建得到更好的可视效果。试验表明该文方法能够降低建模复杂度,较好实现虚拟植物的可视化展现。     

基于器官尺度虚拟玉米冠层直射光分布的快速计算模型

为了给精确农业研究中所需的植物冠层光分布快速计算提供解决方法,提出了一个基于虚拟相机的玉米冠层直射辐射分布快速计算模型。该模型主要包括一个能代表田间玉米植株群体空间结构特征的虚拟冠层和一个虚拟相机,采用虚拟相机从太阳入射方向拍摄冠层图像,通过图像判读计算出植株各器官的太阳直射辐射分布。从模拟精度与模拟时间两方面评估了该模型的有效性。结果表明,该模型能很好地模拟器官尺度的植株光分布,并且比现有模型明显地缩短了计算时间。在引入计算虚拟冠层最小复制植株数的算法后,该模型的计算时间还能进一步缩短。另外,还探讨了虚拟冠层的植株器官形态简化描述的可行性,结果表明过度简化会导致模拟误差的明显增加。     

基于HPC开发平台的农业专家系统知识库的构想

研制出基于Windows CE的HPC开发平台，并在该平台的基础上开发出一系列面向农户的HPC农业专家系统。本文介绍了HPC农业专家系统知识库的构建策略，即科学性与实用性的统一，兼顾分类与分层方法，整体连续与分散平行方法并用，增加输入参数系统的宽容性。作者对农业HPC专家系统的应用前景进行了展望。     

基于Agent技术虚拟植物模型的研究与探索

该文简述了Agent技术基本原理及应用概况，并从基于Agent技术来解决农业系统问题的角度出发，针对农业系统复杂，系统内的各要素之间存在着很强的交互性和协作性等特点，以及目前虚拟植物模型构建方法可能带来的非结构化问题，提出了利用Agent技术构建虚拟植物模型的观点，给出了Agent植物体的结构模型，阐述了Agent技术在虚拟植物模型构建中的应用方法及技术路线。     

滴灌管内嵌管状滴头的快速制造方法研究

针对我国干旱半干旱地区节水灌溉的需要，应用快速成型制造技术（RP&M）进行滴灌管内嵌管状滴头的快速制造方法研究的设计及其模具的快速制备，详细介绍了管状滴头CAD设计中所进行的工艺设计，RT工艺模型的生成，样件的制备和金属喷涂快速注塑模具的制造。利用快速成型制造技术，设计制造周期短，模具质量高，从而可以实现对市场的快速响应。     

基于Unity 3D的中国古代农耕虚拟场景智能展示平台

中国传统农耕文化与精耕细作的农业精神是中国古代农业长期居于世界领先地位的关键因素。目前传播方式的限制阻碍了农耕文化与精神的传播和发展,鉴于此,提出一种结合虚拟现实技术开发虚拟农耕场景智能展示平台的方法。该研究提出的模型交互控制观察算法,精确地实现了模型的旋转与缩放查看;针对目前虚拟场景路径漫游中漫游物体角度不能变化的问题,提出一种物体朝向变化的虚拟场景漫游算法,使得路径虚拟漫游更贴合人的浏览角度。该研究基于Unity3D平台,采用3d Max建模工具,以C#为脚本语言设计并开发虚拟农耕场景智能展示平台。试验结果表明:虚拟农耕场景融合了交互与漫游技术,可还原古代农耕场景,宣传介绍典型生产技艺,为文化的展示提供参考。     

基于等高线的黄土高原小流域地形虚拟

黄土高原地形三维虚拟是“数字黄土高原”的基础,可为区域水土保持生态建设提供科技支撑。针对直接在地理信息系统软件中观察三维场景存在的控制交互能力不足问题,提出综合利用地理信息系统软件的地形插值算法,基于MFC框架下的OpenGL程序设计的思路,实现地形的真实感三维虚拟。以黄土丘陵沟壑区康家沟小流域为例,等高线数据在AutoCAD和ArcView软件中处理,生成ASCII格式的规则网格DEM数据,依据它们绘制三角形带,采用加权平均法求得各点的法向量,设置光照与材质模式,添加动态天空背景,实现了该流域地形的真实感三维虚拟,并增加交互能力,完成自由漫游与多角度观察。     

基于规范化软构件技术的农业专家系统开发平台研究

本文详细分析了农业专家系统平台的软构件流程，提出了一种面向对象方法的自适应软件总线机制规范，该规范可为构件的集成和重用提供基础，建立一个公共的构件底层框架，用分层研究，逐层嵌入的方法与应用环境进行交互，能为农业技术人员提供一个人性化，易操作的农业专家系统开发平台。     

联合收割机制动系统虚拟样机仿真及试验

在农业机械产品快速设计系统中,农业车辆的制动性能应满足一定的安全技术标准,该文采用了一种基于虚拟样机技术研究联合收割机制动系统性能的方法,可为农机专业底盘制动系统的设计和性能评价提供参考。该文研究对象是前轮液压钳盘式制动系统,首先依据国产某型联合收割机参数,应用Pro/E建立整车及制动器三维模型,然后在此基础上导入ADAMS/View中建立整车和制动系统虚拟样机,并依据实测数据配置仿真模型属性,选定Ⅱ挡10 km/h、Ⅲ挡20 km/h 2种典型工况对虚拟样机进行制动性能仿真。对比硬路面条件下仿真和实车试验性能分析结果,踏板力实测95.6 N时,车辆III挡速度下,制动盘上接触力为4 272 N,制动距离为7.83 m,与踏板力为100 N时仿真结论(接触力为4 827 N和制动距离为7.398 m)较一致,表明该虚拟样机研究方法可行。     

内燃泵工作过程的不动点迭代法仿真

为了使内燃泵（ICP）工作过程仿真更真实、全面、深入,提出了不动点迭代法,即以实际需要的工况转速为不动点,根据仿真转速和需要转速之差不断调整曲轴端扭矩,使ICP仿真收敛到需要转速并按实际工况运转。基于计算机辅助设计软件Solidworks和计算机辅助工程软件Adams建立了三缸ICP的虚拟样机,阐述了不动点迭代法的原理、流程和应用。标定工况下,ICP经过13个工作循环即可收敛,运转不均匀度为3.62%,满足使用要求;此时曲轴角速度计算精度比传统方法提高了2.13%。     

基于深度神经网络的多级高压提水泵故障辨识

多级高压提水泵属于复杂旋转机械,受设备自身结构影响,其故障特征频率易被强噪声淹没,且叶轮、轴承、齿轮等转子部件的故障振动信号相似度极高,导致现有故障辨识方法无法快速准确辨识其故障模式。针对上述问题,该研究提出一种改进的一维卷积长短期记忆神经网络（One-Dimensional Convolution and Long Short-Term Memory Neural Network,1D-CNN-LSTM）自适应故障辨识模型。首先通过贝叶斯优化算法获得给定模型超参数,再输入经互补集合经验模态分解降噪后的振动数据集,通过1D-CNN层自适应提取样本特征并作为LSTM层输入;利用LSTM层学习具有识别性的深层特征并训练模型,最后由输出层Softmax函数完成故障辨识与分类。多级高压提水泵试验台实测数据集对模型进行验证的结果表明：提出的1D-CNN-LSTM智慧故障辨识模型能够快速辨识关键转子部件的故障模式,且准确率可达97%,具有更好的抗噪能力和鲁棒性能,可为智慧应急供水与净水一体化系统的可靠运维技术研发奠定理论基础。     

微灌用水动活塞式施肥泵研制

灌溉施肥装置是实现农业灌水施肥自动化不可缺少的设备,施肥装置的研制也一直是灌溉施肥领域的一个热点。该文在综述微灌用施肥装置的类型以及国内外的研发现状基础上,重点介绍了研制开发的水动活塞式施肥泵结构、工作原理,并测定了其工作性能。结果表明：新开发的水动活塞式施肥泵具有启动工作压力低、吸肥效率较高等特点,具有较广阔的推广应用前景。     

基于小波神经网络的轴流泵性能预测

针对由轴流泵内部流动复杂性导致的性能曲线难易获取的问题,致力于经济、可靠的获取其基本性能曲线和预测其基本性能,以期产生缩短设计和制造周期、降低技术改造费用等巨大的经济效益和社会效益。采用小波神经网络方法建立了轴流泵性能预测的数学模型,通过2个模型训练考查了其适应性、收敛性和精度,说明了其相对BP神经网络具有网络收敛速度大幅加快(由95缩短到15 s)和精度大幅提高(期望误差由2.0×10-2减小到6.5×10-4)的优点,经泵站工程改造过程中预测数据和实测数据的对比分析(扬程误差率均小于1.2%,效率误差率均小于1.5%),充分证明了小波神经网络预测模型的稳定性和实用性,据此获得的轴流泵基本性能曲线和实现的性能预测是经济的、可靠的。该研究可为轴流泵的设计、制造和技术改造提供参考。     

离心泵快速变工况瞬态过程特性模拟

为研究离心泵在不同工况点快速切换过程中的瞬态特性,该文以一台低比转速离心泵为研究对象,对其工况流量突然减小的瞬态过程,分别采用理论分析和数值计算的方式进行了外特性预测和内流场仿真研究。首先基于叶轮机械广义欧拉方程式,对离心泵模型在流量突然减小瞬态过程中的附加理论扬程进行了定量计算与分析。结果表明,同等条件下,变工况过程结束后的稳定流量越小,附加理论扬程越大,瞬态效应愈发明显;同时该瞬态过程后期的瞬态效应比前期更为明显。动静干涉效应对泵出口流动参数产生显著影响,而对泵进口流动参数的影响并不明显;动静干涉效应对小流量工况时各个流动参数的影响将尤为显著。叶片与隔舌相对位置最近时,计算扬程最小;当隔舌位于叶轮流道中间位置稍后时,计算扬程最大。同一个转动周期(T)内,选取叶片转过隔舌后的0.225 T和0.825 T位置进行单次定常计算可取得较高精度的数值预测结果。动静过流部件和粘性效应使得叶轮和蜗壳内的轴向速度分布规律完全相反。瞬态过程中流体加速效应使得瞬态流场演化整体上滞后于准稳态流场。     

2PRC-PRS并联平台运动学分析与控制系统开发

为拓展少自由度并联机器人在农业工程中的应用,提出一种具有两转一移(2R1T)3自由度的2PRC-PRS并联机构,基于反螺旋理论对机构的自由度及运动特性进行了分析,并推导出了机构的位置反解;设计制造了2PRC-PRS并联平台样机,结合贝加莱公司生产的伺服运动控制器,添加相应外围设备,对并联平台设计了一套基于Powerlink总线的网络化运动控制系统,组装了电控柜,并以Automation Studio 3.0为软件开发平台,基于ST编程语言开发了控制软件;在并联平台和电控柜以及控制软件的基础上,完成了伺服电机三环参数整定、电子齿轮试验、平台综合运动控制试验以及无线网络远程控制试验。为深入研究此类少自由度并联机器人奠定了理论和试验基础,丰富了工业网络实时控制系统的实践经验,也为此类机电一体化设备的研发提供了参考。     

基于异构数据集成技术的农业信息综合管理网络平台开发

针对中国当前农业无线监测中农业信息化标准尚未建立,监测终端各不相同,监测系统数据结构兼容性差的问题,该文围绕异构数据规范化设计和管理,开发了面向差异化农业信息监测终端的一体化网络平台。根据异构网络数据特点,将不同监测终端上传的数据格式标准化;基于XML(extensible markup language)和Visual Basic 6.0开发了标准化网管数据接口,将不同终端数据按照通讯协议的标准格式解析、存储数据;基于PHP、My SQL数据库和服务器及网站网页技术设计并搭建了远程监测平台。利用开沟机监测终端进行田间试验,监测耕深和跟踪机具,试验表明:网管数据接口能实时接收并正确解析终端数据;监测平台可实现远程数据的曲线显示、数据导出和控制终端的远程控制、轨迹绘制的功能;通过导出数据的轨迹和平台显示轨迹对比,轨迹精确。该研究解决了监测系统异构数据及终端硬件差异问题,把单机测控应用扩展至广域网,可应用于农机信息的远程实时监测和远程控制,对现代化农业信息化共享有着重要作用。     

离心泵射流自吸装置的研究

介绍一种新型离心泵射流自吸装置的工作原理及结构，通过在普通离心泵的进口处增设一个带“文氏管”的自循环射流器，使该射流器与压水室第六断面的回流孔贯通形成自循环，当泵运转时，不仅可以完成自吸过程，而且可以将自循环射流器上的阀关闭，射流器同时停止工作，因此：泵的效率提高了3%以上。泵的性能试验分析表明，该泵不仅可以实现自吸，性能曲线稳定、平坦，高效率区范围宽，工况佳，而且泵的各项技术指标均满足设计要求。