玉米联合收获机自动对行控制系统的研究

以自走式玉米联合收获机为载体,研制一种玉米联合收获机自动对行控制系统。系统采用TMS320F2407、XC3S500E作为核心控制芯片,通过触摸屏设置控制参数,采用PID控制方式进行对行调节。试验结果表明,该系统在PID调节速度环为800、轮向轮偏转角度值为800、收获机在一档高速作业时自动对行的效果最佳。玉米联合收获机自动对行控制系统实现了收获机割道与基准玉米行的自动对行功能,提高了收获机的自动化程度。     

玉米收获机自动对行系统设计与试验

为提高玉米收获机的对行质量,减轻驾驶员的劳动强度,设计了一套玉米收获机自动对行系统,包括自动对行感知系统和路径跟踪控制系统。感知系统由激光雷达、机械式对行传感器、陀螺转角仪等组成,激光雷达检测进入地块前的横向偏差,机械式对行传感器检测收获作业时的横向偏差,陀螺转角仪检测航向偏角。以纯追踪模型作为路径跟踪的控制方法,利用模糊控制原理动态调整纯追踪模型中的前视距离,结合收获机的运动学模型,确定收获机转向轮的期望转角,并通过Matlab/Simulink软件对模型进行仿真分析。将自动对行系统搭载于4YL-6型玉米收获机上进行田间试验,结果表明,激光雷达静态检测试验的偏差均值为0. 077 5 m,标准差均值为0. 130 9 m,偏差在±15 cm和±30 cm内的比例均值分别为80. 5%和95%;激光雷达地头自动对行试验的平均调整距离为7. 89m,平均偏差为0. 146 m;基于机械式对行传感器的收获作业自动对行试验的偏差均值为0. 087 6 m,标准差均值为0. 097 6 m,偏差在±15 cm和±30 cm内的比例均值分别为83. 1%和100%。试验结果满足玉米收获机的对行作业要求,可为玉米收获机的自动对行提供理论支持。     

机械接触式导航控制系统的研究与试验

研制了一种机械接触式导航控制系统,该系统利用Lab VIEW编程,采用PID控制方式进行对行调节,根据自动对行作业的具体需要,设计了机械接触式导向机构,并通过匹配性试验确定了转向轮偏转角度α与转向轮转动速度ω的取值。该系统以WP-500Y型高地隙喷药机为载体进行田间试验,结果表明:转向轮偏转角度为0.115rad、转向轮转动速度为0.357rad/s、作业速度为4km/h时,自动对行作业稳定性最好。     

电动叶菜收获机自动对行控制系统研究

为提高叶菜收获机智能化控制性能、降低劳动强度,设计了一套电动叶菜收获机自动对行控制系统。通过建立电动叶菜收获机转向机构数学模型和设计对行探测机构,采用PID和模糊控制技术建立了自动对行系统控制策略,并进行了仿真试验和田间试验。试验结果表明:在叶菜行发生偏移时,系统能及时调整行走轨迹,实现自动对行功能,提高了电动叶菜收获机的自动化水平。     

根茎类作物收获机自动对行系统设计与试验

针对国内根茎类作物收获机械自动化水平低、劳动强度大、对行功能缺失、明薯率低、伤薯率高和漏挖率高等问题,以4UGS2型双行薯类收获机为载体,以垄行截面走向为研究对象,综合运用机械、液压和电子控制等领域关键技术,设计了一种自动对行系统。该系统包括地垄仿形机构、牵引机构、液压系统和控制系统,采用基于PID的速度控制模式实现收获机作业路线实时调整,从而实现收获机行进过程中的自动对行功能,进一步提高了薯类作物收获机械自动化水平。田间收获试验表明：薯类收获机安装自动对行系统后,其平均明薯率为 97.25%,平均伤薯率为1.44%,平均漏挖率为1.57%。通过与人工对行收获试验对比可知,平均明薯率提升了2.16个百分点,平均伤薯率降低了1.40个百分点,平均漏挖率降低了1.81个百分点。     

基于双闭环PID控制的拨禾链转速控制系统研究

为了解决玉米收获机割台拨禾链转速缺乏自动控制系统,引起玉米茎秆推倒的问题,以收获机车速为参考值,使用拨禾链转速与扭矩为反馈值,设计了一种基于双闭环PID控制的拨禾链转速控制系统。经过对关键参数的计算,使用AMESim软件进行了系统建模,并进行了仿真。仿真结果表明,双闭环PID控制系统对转速信号的阶跃响应时间最大为0.87s,最大超调量为2.63%。控制系统受到拨禾链阻力矩阶跃信号影响时,转速最大下降率为6.34%。拨禾链系统的消耗功率相对于纯机械传动降低了5.3%。该控制方法为玉米收获机拨禾链系统的设计提供了新的思路。     

基于PSO算法的木薯收获机拔起速度控制系统参数优化

新型挖拔式木薯收获机拔起速度控制系统控制的重点在于使用PID算法进行闭环控制液压马达的输出。为此,针对传统的PID参数调整优化方法费时费力的问题,以广西大学研制的新型木薯收获机控制系统为对象,采用PSO算法,以液压系统的传递函数为目标,对PID算法进行参数优化,且进行了田间试验验证。结果表明:采用PSO算法,对控制系统参数进行优化可行,且便捷;当木薯收获机控制系统的参数Kp、Ki、Kd分别为0.644 1、2. 726 9、0. 036 2时,控制效果良好,性能稳定。     

履带式再生稻联合收获机自动对行系统研制与试验

为适应我国再生稻头季稻收获要求,针对国内再生稻头季收获对行功能缺失、碾压率高等问题,以沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻收获机为载体,综合运用机械、液压、电子控制等领域关键技术,设计了一种履带式再生稻联合收获机自动对行系统。系统应用在宽窄行种植模式下,可保证收获机履带行走在宽行中央,避免碾压到再生稻留茬,影响再生稻第二季产量,主要由对行检测单元及对行控制单元组成。田间试验表明:再生稻联合收获机安装自动对行控制系统后,对行收获过程中的前进速度、三位四通阀通电时间、节流阀开度分别设置为0.556m/s、1.5s、“中位”时,其对行效果最佳,碾压率降低至5.6%～5.8%。     

自动玉米收获机调高装置PID参数控制试验

为进一步提高玉米收获机的自动控制性能,极大限度降低玉米收获的损失率和漏收率,针对玉米收获机的调高装置进行了PID参数控制试验研究,通过智能核心控制算法模块主导,加入输入信号检测、智能转换及信号输出等单元,在精细参数调节与传递、调高装置快速响应条件下开展收割作业试验。结果表明:PID各项参数指标在控制系统识别、感应及做出反馈等环节发挥了实时调控作用,运行良好,超调量灵敏度提高50%以上,稳定误差率缩短至0.12%。此PID智能调节算法应用于玉米收获机自动调高装置,在最优迭代函数的理论模型下可获取理想的迭代收敛效果,可为玉米收获机向智能化发展提供参考。     

马铃薯联合收获机车身调平系统设计与试验

针对马铃薯联合收获机作业时车身不能随地形起伏变化自适应平衡，导致作业安全性低、收获损伤大、收获品质差的问题，设计了一种马铃薯联合收获机车身调平系统，该系统采用融合一阶惯性滤波的倾角传感器监测车身横向倾斜角度，干扰和抖动被有效抑制；通过车身调平机构动力学分析，建立了系统的数学模型；采用基于一阶惯性滤波的模糊PID算法控制比例阀驱动升降液压缸运动，从而实现马铃薯联合收获机车身自动调平。对车身调平系统进行仿真分析，结果表明：与传统PID算法相比，模糊PID具有更好的控制性能，系统调节时间缩短51.77%，上升时间缩短53.57%，最大超调量减小6.25%；对整机控制系统进行静态和动态试验测试，结果表明：在坡度-10°~10°范围内，系统自动调平时间小于4s，最大调平误差小于1°；车身在倾斜角10°工况下，使用模糊PID控制算法自动调平时间缩短约50%，静态试验结果与仿真分析结果相符；在起伏变化较大的路面以速度3.6km/h行驶时，车身倾斜角误差控制在±3°以内，较好地实现了马铃薯联合收获机车身自动调平控制，满足实际作业需求。     

玉米采摘智能控制系统的设计与试验

玉米收获机是玉米收获的重要机械,其工作参数及工作性能直接影响玉米收获机的工作效率。为此,针对目前玉米收获装置智能控制水平低、通用性差等问题,提出了一种玉米采摘智能控制系统,采用PID模糊控制对智能控制系统进行设计,并对牵引辊转速、作业速度和采摘高度进行了优化。同时,基于试验数据的预测模型对玉米采摘损失率进行预测,以降低玉米采摘损失率。田间试验结果表明:各工作部件响应迅速,超调量和稳态误差相对较小,所建立的控制策略可在不考虑工况负荷的情况下,对玉米收获机各工作参数进行优化;玉米采摘损失率为1.67%,籽粒破损率为3.38%,含杂率为1.09%,收获损失满足玉米生产标准,且系统运行正常、智能化程度高、操作方便,满足预期设计要求。研究结果可为玉米收获机自动化控制的研究提供技术参考。     

玉米收获机摘辊转速自动控制系统应用研究

为更好地提高玉米收获机的工作效率及减少收获过程中玉米籽粒的破损率等问题,根据玉米收获机的基本工作原理与主要组成结构,从分析摘辊转速、玉米收获机行进速度及摘辊部件倾斜角度等多个影响因素角度出发,针对硬件电路、变频控制装置及防干扰等装置进行选型,软件系统控制融入模糊控制算法与摘辊转速系统电机自动控制调节理论进行优化,对玉米收获机的核心作业装置摘辊部件进行自动控制系统设计及试验。结果表明:拟设计及优化的玉米收获机摘辊转速与整机行进速度存在一定内在联系,两者协调可实现玉米收获机收获效率高及玉米籽粒破损率小的目标。该摘辊转速自动控制系统设计应用具有一定的可行性,可为玉米收获机的整机优化研究及相关远程监控设计提供改进思路和参考方向。     

花生收获机自动驾驶作业系统设计与试验

为提高花生收获机的智能化水平,设计了花生收获机自动驾驶作业系统。以东泰机械4HBL-2型自走式花生联合收获机为平台,针对花生收获机操作台、变速机构和作业机构设计了具有CAN总线接口的手自一体化电控系统,采用PD控制算法和Bang-Bang控制算法实现了行走和作业系统的控制。针对花生收获作业农艺要求,设计了花生收获机联合作业策略、自动导航路径规划和路径跟踪控制方法。以行驶速度0.25m/s在水泥路面和沙质土壤花生地进行了自动驾驶收获作业试验。水泥路面试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为4.34cm,最大偏差为9.30cm;沙质土壤田间试验结果表明,花生收获机直线跟踪平均绝对偏差为5.12cm,最大偏差为12.20cm,满足花生联合收获作业要求。     

小4行玉米收获机技术发展

分析了我国小4行玉米收获机的发展现状,介绍了4款主流机型的结构特点,指出未来小4行玉米收获机的发展方向。      

农业自动导航系统移动试验平台的研制

为评价农业自动导航系统的稳定性和导航精度,大量的田间试验必不可少。若采用拖拉机、联合收获机等大型农业机械进行导航试验测试,在机械日常维护、控制系统开发及试验材料准备等方面的成本较高。为此,以易于操作的四轮电动车为车辆原型研制了用于农业自动导航系统测试的移动试验平台,其自动转向系统以直流电机为动力源,采用精密电位计测量前轮转向角。自动巡航系统由速度控制器监测实际车速,利用数字PID算法控制驱动电机的输出,保证试验平台以设定车速行驶。为便于接收导航系统的控制指令,基于CAN总线通信网络对各子系统进行模块化设计,预留CAN总线通信控制接口。试验测试表明:转向控制的角度分辨率小于0.4°、控制误差小于1.0°,自动巡航的速度控制误差小于0. 3m/s,控制精度和稳定性满足农业自动导航系统测试的基本要求。     

我国玉米收获机械发展现状

针对国外玉米收获机不适合我国高含水率玉米收获的情况,详细介绍我国玉米联合收获机械的类型及研制现状,分析单行、背负式、牵引式、多行自走式、穗茎兼收型和不对行玉米收获机的特点,总结目前市场上常见的4YW-Q型、4YZ-4型、4YB-4型、4YW-2型和4YW-2(3)型玉米收获机的技术参数及性能,旨在为玉米收获机的选购及研制提供参考.     

无人收获机协同作业行驶控制研究

针对无人收获机需要自主收获农作物并与无人拖拉机协同转运粮食的功能，考虑无人收获机配备的各节点控制单元对行驶控制的不同作用，对各节点控制单元的控制功能进行定义并且确定控制执行的优先级。在Simulink中根据不同工况制定行驶控制策略，选择合理的行驶速度及方向。根据无人收获机的传动结构，将最终请求的行驶速度通过预测算法及PID控制，实现无人收获机行驶速度控制，试验结果表明该方法满足无人收获机协同作业中行驶控制的需求。     

水稻插秧机自动作业系统设计与试验

为适应现代农机自动作业发展需求,实现插植作业和速度的自动控制,设计了水稻插秧机自动作业系统。以井关PZ-60型水稻插秧机为试验平台,研究了具有CAN(Controller area network)通信接口和手动优先的手自一体插秧机速度与插植机构控制方案,设计了插秧机专家PID速度控制算法和PID插值机构控制算法以及插秧机自动作业联合控制策略。联合导航控制系统分别在水泥路面、泥底层平坦和不平坦的水田进行了速度控制试验,结果表明,速度平均误差分别为3. 25%、5. 40%和8. 01%,速度平均误差不超过10%的概率分别为98. 6%、90. 1%和68. 0%;泥底层平坦水田联合控制试验结果表明,插秧机联合控制与人工操作相当,效果良好。插秧机自动作业系统满足插秧机在无人驾驶时自动作业的需求。     

新产品新技术

天津富康农机开发公司研制。这种收获机无须对行全幅收获,突破了玉米收获机必须对行收获的传统模式,收获机可从任何方向进度,只要在收获机收获幅宽范围以内,无论是2行、3行、还是4行,甚至更多行,无论播种行距多大,均可完成收割作业。     

玉米收获机割台高度自动调控系统设计与试验

针对目前国内玉米收获机割台操控仍依靠机械调控、调整不便等问题，设计了一种割台高度自动调控系统。该系统包括浮动压紧式仿形机构、STM32控制单元、显示模块、按键模块、电磁阀驱动模块等。浮动压紧式仿形机构由角度传感器、仿形板、扭簧、固定轴等组成，利用ADAMS软件得到了仿形板垂直高度变化情况并设计了扭簧，能够较好贴附地面行走。建立了割台高度自动调控参数模型，采用PID控制算法实现割台高度的自动调控。控制系统通过仿形机构检测割台的离地高度，经STM32控制单元处理后，通过割台油缸自动调整割台的离地高度。测试结果表明，割台在按键模式下调控时平均响应速度为0.42m/s，在自动调控模式下割台实际高度与设定高度的误差在20mm以内，均满足玉米收获机割台调控的需要。研究结果可为玉米收获机智能化设计提供参考。