高地隙植保机底盘调平系统的设计与试验

为实现高地隙植保机底盘离地间隙调节和底盘调平控制,以湖南农业大学与宗南重工联合研制的高地隙多功能植保机为平台,设计加装了底盘自动调平系统。系统由STM32主控芯片、倾角传感器、驱动模块、平行四边形升降机构和液压执行机构组成。每个平行四边形升降机构上安装倾角传感器,用于检测底盘的离地间隙;底盘中心位置安装1个水平倾角传感器,用于检测底盘的水平角度。采用Kalman滤波算法处理底盘水平倾角数据,采取基于位置误差控制加角度误差控制的调平控制策略,完成高地隙植保机离地间隙调节和底盘调平的控制。试验证明,滤波算法能有效抑制水平倾角数据的抖动;调平系统能完成植保机离地间隙调节和底盘调平,平均响应时间为0.45 s,静态调平的平均水平误差≤0.25°,最大误差0.45°,均方根误差≤0.27°;动态调平的平均水平误差≤0.64°,最大误差0.81°,均方根误差≤0.34°,满足高地隙植保机作业要求。     

基于单片机的施药机速度模拟系统设计

【目的】设计基于单片机的施药机行驶速度模拟系统,为施药机变量控制系统性能试验提供支持。【方法】模拟系统由上位机和下位机两部分组成,下位机以单片机为核心,上位机软件采用C#语言编写,在基于.NET平台上开发,通过上、下位机之间的通信实现对施药机行驶速度的模拟。【结果】施药机的模拟速度为0.6~1.4m/s时,最大相对误差为4.72%,系统能够实现施药机行驶速度的模拟;系统能够输出的行驶速度函数有一次函数、二次函数和三角函数,其响应曲线与理论曲线的相关系数分别为0.992 2和0.969 6和0.995 0。【结论】所设计的施药机行驶速度模拟系统具有较高的测量精度,且操作方便,可以满足施药机变量控制系统性能试验中车速按特定规律精确变化的要求。     

葡萄园拖拉机自动导航系统设计与试验

【目的】为了实现拖拉机在葡萄园内的自动导航控制.【方法】设计开发了一套导航控制系统,该系统采用变论域模糊法作为导航控制决策,系统通过输入横向偏差和航向偏差的变量,改变模糊控制论域,提升系统的自适应能力,使得系统响应速度更快精度更高,提高拖拉机在葡萄园复杂的环境导航效果.【结果】试验结果表明:当拖拉机以0.25 m/s和0.35m/s的作业速度行驶时,导航的平均横向偏差分别为2.46、2.77 cm,最大偏差分别为5.36、14.68 cm,均方差分别2.92、4.79 cm.【结论】设计的导航控制系统基本满足拖拉机在葡萄园内导航作业需求.     

田间道路无人驾驶搬运车自动循迹行驶控制策略

实现农用搬运车在田间道路上无人驾驶能显著降低劳动强度、提高工作效率,但田间道路曲率变化大、起伏不平等特点使搬运车的自动行驶不易控制。提出一种分段PID控制[比例(proportion)-积分(integral)-微分(derivative)控制器,简称PID控制]并预瞄前方路径的自动循迹行驶控制策略,根据自动循迹行驶状况自适应地调节PID参数,同时预瞄前方路径的曲率修正PID控制系统使搬运车对弯曲的道路提前做出相应的转向动作以提高自动循迹行驶转向的平稳性。Simulink仿真分析结果表明,本控制策略有很好的控制效果,不管是直线道路还是曲线道路,控制系统都可以对偏差作出迅速、平稳的响应,且系统稳定后偏差很小。试验结果表明,搬运车以2 m/s的速度行驶时,直线道路自动循迹行驶最大偏差为5.7 cm,平均偏差为2.3 cm;曲线道路自动循迹行驶最大偏差为25.3 cm,平均偏差为15.1 cm,满足搬运车在田间道路上自动循迹行驶的控制要求。     

油菜直播机组自动对厢作业控制器设计与试验

针对基于视觉的油菜直播机组自动对厢作业控制,本研究提出了结合模糊控制和带死区的PD控制的组合控制器,其中模糊控制器作为对厢作业路径跟踪控制器,带死区的PD控制器作为直播机组转向控制器。根据直播机组运动模型和相机成像模型,分析了图像路径参数跟随直播机组运动的变化规律,并设计模糊控制器的控制规则。同时,在图像中将直播机组与目标厢沟相对位置没有偏差时的图像路径标定出来作为图像目标路径,据此以图像实时检测路径与图像目标路径的角度偏差和截距偏差设计为模糊控制器输入,前轮目标转角为模糊控制器输出。对直播机组前轮转向控制则设计了带死区的PD控制器,通过两者的有机结合实现了直播机组的自动对厢作业。田间试验结果表明:油菜直播机以0.5或0.8m/s的速度行驶时,直线导航跟踪的横向偏差小于6cm,以1.0m/s的速度行驶时,横向偏差小于10cm。     

基于TRIZ理论的精量喷雾植保机控制系统

为了解决植保机作业中施药不精准、不均匀的问题,采用TRIZ理论设计一种应用于植保无人机水泵的精量喷雾自动控制系统,该系统够随着无人机运行速度的变化实时控制水泵的输出流量,实现喷雾流量的自动调节,实现精准施药。     

油茶林抚育机履带底盘设计与试验研究

为了解决果园中作业机具通过性差的问题,设计一款小型抚育机履带底盘,以提高抚育机具在油茶林中的机动性和通过性。结合农用拖拉机稳定性设计的主要参数指标,基于RecurDyn动力学仿真软件建立抚育机履带底盘的多体动力学模型,开展底盘跨沟行驶过程的动力学仿真;结合设计参数及仿真试验结果,研制1台抚育机样机,并进行样机实地性能正交试验。结果表明,履带底盘的仿真试验结果与样机实地试验结果基本吻合,验证了履带底盘动力学模型的正确性;在样机实地性能试验中,抚育机林地直线行驶最高速度为1.5 m/s,当抚育机底盘质心位置横坐标为500mm,行驶速度0.9m/s以上时,过沟稳定性较优。     

田间管理机路径跟踪系统设计及试验

为了解决田间管理机前轮转向时内轮差造成的农作物损失问题,本研究提出了一种基于四轮转向田间管理机的路径跟踪算法。以3WPZ-750田间管理机样机为研究对象,设计了一套路径跟踪控制系统,阐述了该田间管理机转向支腿机械结构设计和自动液压转向系统原理,概述了在原有控制系统基础上路径跟踪上位机控制系统的技术路线;基于四轮转向模型,进行纯追踪算法车轮转向角控制研究;基于微软集成开发环境(visual studio)编写了路径跟踪控制界面;并分别于水泥路面和南方水田环境下进行直线路径跟踪试验与曲线路径跟踪试验。结果表明:在0.5 m/s的车速下,田间管理机在水泥路面上的路径跟踪误差均值为6.92 cm,标准差为4.84 cm;定曲率曲线路径跟踪误差均值为12.49 cm,标准差为9.16 cm。在0.2 m/s车速下,在南方水田环境下的路径跟踪误差均值为2.25 cm,标准差为1.35 cm;定曲率曲线路径跟踪误差均值为8.72 cm,标准差为5.59 cm。说明本研究设计的路径跟踪系统能够满足田间管理机行驶以及田间作业需要,为农业机械自动驾驶提供了一定依据。     

基于CAN-Bus的农业车辆电动转向系统研究

为实现农业车辆精准快速地自动转向,建立了转向系统模型并设计了转向控制算法。试验平台以车载计算机为CAN主节点,采用CAN-Bus 通信网络与各个监测控制从节点相通信袁CAN 从节点包括前轮转角测量节点尧行驶速度测量节点袁转向电机控制节点与车辆行驶速度控制节点。根据输入量与输出量之间的物理关系建立了转向系统的二阶模型,通过稳定性分析,设计了基于ITAE性能指标的最优PD控制器。试验结果表明,对系统施加依20毅的阶跃输入信号,车辆在农田路面与水泥路面下分别以0.3、0.5、0.7 m/s的速度行驶时袁最优PD控制器均能使系统平稳地跟踪期望的前轮转角,调节时间均在0.35 s以内,稳态误差小于0.5。     

图片报道

<正>9月上旬,安徽农垦龙亢农场组织农技人员全力以赴开展水稻病虫害防治、水肥运筹、田间除草等工作。同时农机农艺相结合,充分利用高性能大马力植保机械不失时机地为家庭农场开展植保服务。图为龙宄农场七分场一家庭农场利用高地隙植保机开展植保作业。     

温室悬挂喷施机跨垄作业控制系统设计

为提高温室悬挂喷施机效率,实现单台机器对温室全方位覆盖,设计基于PLC通信的温室悬挂喷施机跨垄作业控制系统。该系统采用SIEMENS PLC 之间的PPI通信及SIEMENS PLC与Delta变频器之间的MODBUS通信方式,结合多传感器位置融合技术,通过主从PLC通信编程,对动作流程进行决策,实现了温室悬挂喷施机全自动换轨。在温室环境下对换轨作业精度与单次换轨时间进行试验结果表明,换轨车行驶速度为0.15 m/s时,作业精度＜1 mm,单次换轨时间为185s。与人工换轨相比作业精度大幅提高,单次换轨时间明显缩短,满足工程应用需要。     

果园喷雾机喷头自适应运动与自动喷雾控制系统研制与试验

为了在丘陵山地果园施药过程中达到自动对靶、精确施药、提高农药的利用率、减少对环境污染的目的,利用多个超声波传感器有效组合,识别果树位置自动调整喷头高度及距离;转动机构能自动调整喷头喷洒方向,使喷头能更好地对准果树,提高农药喷洒效果;系统能根据有无果树实时控制喷头开闭,降低农药损耗.试验结果表明,在车速为0.3m/s的情况下,喷头离树的距离能较好地控制在0.25~0.75 m范围,并能根据果树高矮自动调节喷头高度;转动机构使喷头始终对准果树,使果树侧面农药覆盖率从10%提高到30%以上.该系统实现了喷头自动对靶功能,自动适应果树形态变化;喷头转动机构弥补了系统滞后及超声波传感器分辨率不高的缺点,提高了树冠侧面的喷洒效果.     

温室自走式弥雾机远程控制系统的设计与试验

针对温室内手动施药劳动强度大、容易造成施药人员中毒等问题,利用GSM网络技术平台,设计基于手机信息发送指令的自走式弥雾机远程控制系统。该系统采用GSM模块和手机及单片机之间的双向通信实现手机对弥雾机行走速度和喷雾流量设定,运用Keil C51V9.00软件编程,对动作流程进行决策,控制弥雾机自动喷药。试验结果表明:该系统响应时间约为3s,弥雾机停止工作时,有一定的响应距离,最大为0.59m;当行走速度为4~12cm/s,喷雾流量50~300mL/min时,雾滴分布变异系数为3%~5%,喷雾均匀性较好。该远程控制系统可以满足在温室大棚内的使用要求,与传统施药方法相比,简化了植保机械的操作过程,有利于减轻劳动强度,保障人身安全。     

轮距可调式喷雾机底盘驱动桥静强度分析及试验研究

为保证高地隙喷雾机底盘的可靠性,针对开发的高地隙喷雾机底盘及其轮距可调特性,建立了底盘驱动桥的三维模型,基于ANSYS软件对其静态结构强度进行了有限元分析研究,并对分析结果进行了试验验证。静强度分析结果与试验测量结果基本吻合。同时,结果表明,横管截面尺寸和壁厚对驱动桥的静强度有显著影响,采用截面尺寸为180 mm×130 mm、横管壁厚为15 mm的驱动桥完全能满足高地隙喷雾机底盘结构的强度要求,其产生的最大总变形对底盘性能的影响也可忽略。 采用该驱动桥时,底盘单侧轮距调出量从0 mm增加到400 mm,驱动桥产生的最大等效应力从159.7 MPa增大至285.17 MPa,驱动桥产生的最大总变形从1.04 mm增大至2.52 mm。该结果为保证轮距调节范围内高地隙底盘驱动桥强度的可靠性和满足变形范围要求提供了理论依据和数据支撑。     

喷雾机喷杆拉力测量试验

针对某水旱两用喷杆喷雾机喷杆连接件断裂问题,开展喷雾机喷杆田间拉力测量试验.针对喷杆组件结构和受力特点,开发设计了喷杆拉力测量系统并进行静态标定.在田间设置喷雾机试验跑道,分别进行1.93、1.42、0.90 m/s 3种速度的喷杆拉力数据采集.结果表明,最大拉力随喷雾机速度的增大而增大.基于耿贝尔极值理论,对3种速度下的最大静态拉力进行推理,3种速度条件下最大拉力分别为1 000、700、500 N.对采集数据进行频谱分析,发现喷杆拉力信号主要是0～13 Hz以内的低频信号.     

An RFID-based solution for monitoring sprayer movement in an orchard/vineyard

Pesticide application monitoring and long-term data recording in the field is typically the first step in fruit traceability. In a spray monitoring and guiding system, identification of the sprayer movement is a key part of technology. Although Global Navigation Satellite System (GNSS) is a widely used system to obtain location information, in an orchard/vineyard, especially one in which the trees/plants have tall and large canopies, the continuity and stability of the GNSS signal may decrease dramatically and lead to failure of guidance. A Radio Frequency Identification Devices (RFID) solution for identifying sprayer travel was proposed, and a spray monitoring and guiding system was designed based on this solution. In-lab system simulation test and field test results showed that the system could distinguish the travel direction of the sprayer, identify its location in the field, record flow rate information, calculate sprayed volume, and show all the above information on a computer screen in real-time when the RFID reader had successfully registered each RFID card. For the monitoring and guiding system with one antenna on each side, which required the cards and the antennas to be at the same height, the best relative position was found by placing the card parallel to the antenna. The results of tests in the field showed that an improved system with two antennas on each side, which only required the cards to be put in the band with a width of 0.26 m between the centers of the two antennas, worked better with the best antenna angle of 125° when the speed of the sprayer was less than 1.8 m/s.     

基于AT89C51的喷雾机速度计算系统

开发了基于AT89C51单片机的喷雾速度计算系统,并在实验室进行了性能测试。结果表明,该系统能够在输入确定的喷雾参数后得出速度变量,指导喷雾作业者控制拖拉机前进速度,实现变量施药,减少农药浪费。     

基于倾角传感器的割台高度自适应调节系统

针对现有稻麦联合收获机割台高度自动调节系统存在传感器受环境干扰大、安装复杂和成本高等问题，提出一种基于车身倾角和割台倾角的割台高度间接测量方法，建立了相关的数学模型，并在此基础上研制一种基于倾角传感器的割台高度自适应调节系统。通过数学模型验证试验对比计算割台高度与实测割台高度以验证数学模型的准确性，并采用割台高度控制精度试验、系统响应速度试验和模拟田间过障试验验证基于倾角传感器的割台高度自适应调节系统的控制效果。结果表明:1)计算割台高度与实测割台高度变化曲线相关性系数为0.97，验证了数学模型的准确性；2)割台高度控制最大误差为18 mm；3)割台平均上升速度为0.22 m/s，下降速度0.17 m/s；4)在模拟田间过障试验中，相同过障条件下，开启该系统可将割台高度稳定性变异系数由未开启该系统条件下的10.77%降低为2.79%，鲁棒性好。本系统满足联合收获机的作业需求，适用于有小障碍物且较为平整的作业环境，可实现低成本、实时的自适应调节且安装方便。     

温室弥雾机控制系统的设计

为实现温室环境人机分离自动变量施药,设计基于Wi-Fi与模糊控制的自走式自动变量风送弥雾机。施药系统以STM32单片机为核心,在Eclipse开发环境下采用Socket编程技术实现移动端与弥雾机端双向通信。为满足施药技术要求,采用Mamdani模型制定施药控制规则,将虫害覆盖率和茄子冠层高度参数作为模糊控制模型的输入,根据施药控制规则自动控制电磁阀和继电器以调控喷雾流量和控制施药时间,共同完成弥雾机变量施药。通过流量测定、模糊控制及自动与手动弥雾的沉积试验对施药系统进行验证,结果表明:1)施药控制系统可根据占空比准确调控喷雾流量,且占空比与喷雾流量线性度较好,拟合度为R~2=0.996 4,满足该设计喷雾范围要求。2)采样点与喷头距离为1~3m时对单位面积雾滴有效沉积量影响显著,且随着茄子冠层高度的增大和蓟马覆盖率的提高均会使单位面积雾滴沉积量显著提高。3)自动弥雾与手动弥雾沉积量的相对误差不超过0.8%,可满足变量喷雾的实际需求。     

Automatic wheel slip control system in field operations for 2WD tractors

A microcontroller based automatic wheel slip control system was designed and developed for 2WD tractors. The system continuously measures wheel slip under field conditions and generates commands for depth adjustment if the wheel slip falls outside the desired range. Wheel slip was calculated using the actual and theoretical speeds of the tractor obtained by measuring the rotational speed (rpm) of front and rear wheels, respectively. The developed system was installed on a test tractor and the performance was evaluated with different implements under varying field conditions. The performance data indicated a significant reduction in fuel consumption per hectare (20–30%), increase in field capacity (7–38%), and gain in tractive efficiency (4–10%) with slip control system versus the existing draft control system. The slip control system is also expected to reduce the operator’s effort as it adjusts the depth control lever automatically in response to variation in the soil conditions within the field.