玉米播种机播深和压实度综合控制系统设计与试验

提高玉米播深合格率和一致性,并保持适宜的压实度,可以确保种子和土壤的良好接触,从而促进玉米苗期生长,有利于提高产量。本文对播深和压实度控制过程进行了分析,通过实时调节施加在四连杆仿形机构上的液压力调节下压力,实现播深的间接控制,通过实时调节镇压机构处的弹簧伸长量调节镇压力,从而间接控制压实度。从播深和压实度综合控制角度出发,设计了播深和压实度电液控制系统,主要包括测控系统、液压系统和机械部分等。控制系统的阶跃响应测试结果表明:下压力控制系统的调节时间均值为2.69 s,稳态误差均值为91.5 N,超调量均值为22.95%;镇压力控制系统的调节时间均值为1.44 s,稳态误差均值为30 N,超调量均值为1.83%。田间试验表明,当设定播深为50 mm、目标下压力为3 000 N、目标镇压力传感器测量值为400 N、播种机作业速度为6～10 km/h时,电液主动调节方式下的播深合格率均值为91.33%,播深变异系数均值为8.98%,机械调节方式下的播深合格率均值为82.67%,播深变异系数均值为16.73%。基于电液主动调节方式的播种机的试验指标优于基于机械调节方式的指标。     

主动仿形技术研究现状与展望

播深一致性是促进作物增收增产的关键因素。主动仿形技术可以根据播种机作业地形调节播种单体播种深度从而提高播深一致性,因此该技术成为当前播种技术研究的重点。目前,我国播种技术水平较低,特别是主动仿形技术一直远远落后于发达国家的研究水平,制约着我国播种精准化的发展。为此,本文介绍了仿形机构的分类及其优缺点,总结了国内外主动仿形技术发展现状,并针对目前主动仿形技术存在的问题,提出了一种可调节的高精度液压仿形系统,采用滑动调节机构固定液压缸、先导式电磁溢流阀配合高精度角度传感器的解决方案,为后期播种单体主动仿形技术的研究提供参考。     

播种机气动式下压力控制系统设计与试验

为保证播种机适宜的压实力和稳定的播种深度,提高种子出苗品质,促进后期生长发育,针对现有下压力测量方式灵敏度低、且缺少快速有效精准控制模型的问题,提出一种基于气囊压力和仿形四连杆倾角的播种下压力控制方法。采用一阶低通滤波的轴销传感器下压力监测方式,设计了气动式下压力监控系统,包括气压驱动装置、倾角传感器、数据采集控制卡及上位机控制软件等,轴销传感器和倾角传感器分别实时测量限深轮对地下压力和仿形四连杆倾角,并反馈给上位机,经过模型计算后控制数据采集控制卡发送信号调节气压驱动装置,保证限深轮对地下压力在设定范围内。室内建模和响应测试结果表明,在不同气囊压力和四连杆倾角设置下,建立的播种下压力控制模型校正决定系数为0. 974 3,均方根误差为49. 41 N,试验验证模型预测均方根误差为39. 51 N,对播种下压力具有较好的控制准确性;在0. 1～0. 6 MPa压力设定下,气囊充气阶跃响应平均超调量3. 83%,平均稳态误差0. 005 2 MPa,平均调节时间0. 42 s,满足作业需求。田间播种深度控制性能试验结果表明,在6～10 km/h作业速度范围内,气动式下压力控制系统对播种深度具有稳定可靠的控制性能,系统播种深度合格率不小于98. 91%,特别是在10 km/h高速作业时,播种深度标准差为3. 46 mm,变异系数为6. 97%,显著优于被动弹簧式下压力调节方式。     

免耕播种机液压式加载仿形深度控制系统设计

由于免耕播种地表有残茬、秸秆和杂草覆盖,土壤坚硬,免耕播种机的仿形量较大,普通的仿形机构已不能满足仿形的平稳性要求。为此,采用液压式加载仿形深度控制系统,实现玉米垄作免耕播种机下压力和仿形量的调节,保证了玉米垄作免耕播种的播种深度和机器稳定性,克服了目前免耕播种作业的缺点,满足了免耕播种作业质量要求。     

基于压电薄膜的免耕播种机播种深度控制系统

为使免耕播种机在秸秆覆盖地作业时自动保证播种深度的一致性和稳定性,设计了一种主动作用式播种深度自动控制系统。采用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidence fluoride,PVDF)压电薄膜传感器将免耕播种机限深轮的胎面形变量转换为电压信号,信号处理电路对传感器产生的信号放大滤波,提取信号峰值,系统根据峰值信号实时监测播种单体对地表的压力,控制信号形成电路在压力不足时发出控制信号,控制安装在播种机机架与播种单体四连杆间的空气弹簧产生推力,使播种单体能够产生对地表的压力,从而保证播种深度的一致性。试验结果表明,所设计的主动作用式播种深度自动控制系统能够精确控制开沟深度,仿形性能可靠,作业速度为5~8 km/h时,播深合格率达到90%,作业速度大于8 km/h时,播深合格率明显高于被动作用式播种深度控制装置。     

玉米播种深度智能调控系统研究

针对目前玉米播种机播深控制装置多采用限深轮配合仿形机构,存在仿形精度差,播深一致性和稳定性难以保证等问题,从覆土、镇压确定种子上层土壤厚度(播种深度)的测控角度出发,设计了覆土-镇压联动监控装置,进而设计了该联动监控装置的智能控制系统,实现了播种深度的自动调控,保证了玉米播种深度一致性。该系统以MSP430单片机为控制中心,以试验所得镇压强度形成的专家系统为标准,以镇压系统上的压力传感器检测结果为手段,实现传感器检测结果与专家系统检测结果实时对比,不断调整作业过程覆土装置的覆土量,确保播种深度和镇压强度的稳定性和一致性。对该装置进行了响应时间检测试验,结果表明该控制系统的响应时间为0.58s,且实际工作时响应时间要小于试验值。继而进行田间试验,结果表明,当播种作业速度为3～8km/h时,播深合格率高于90%,且在高速作业时播种合格率明显优于机械仿形装置,有效提高了播种深度的一致性。     

基于玉米播深控制的农田地形模拟系统设计与试验

开展了玉米播种单体试验台用仿形机构研究，设计了一种可适用于地形上下起伏和地形倾斜的农田地形模拟系统。系统由地形模拟机构、液压系统、电控系统等组成。重点对地形模拟机构进行数学建模，得出了被仿形地形倾斜角与液压缸伸缩的几何关系，并计算确定了地形模拟机构机械尺寸参数。对液压缸进行受力分析，在此基础上对仿形机构的液压系统参数进行了理论计算，确定了液压系统参数，集成电控系统形成了农田地形模拟系统。对农田模拟系统进行了地形模拟试验，在2.0m/s作业速度下高程模拟误差平均值为1.61mm，坡度模拟误差平均值为0.56°。试验结果表明，农田地形模拟系统对地形高程和坡度模拟的快速性和准确性能满足农田地形模拟的要求，为播种播深控制系统试验提供了试验平台。     

2BQM-6型免耕播种机设计及播种深度控制研究

根据北方地区免耕作业的农艺要求,设计了2BQM-6型气吸式免耕播种机,实现了破茬、开沟施肥、播种及覆土镇压等联合作业。在此基础上,针对免耕条件下作业地面平整度较差等因素所造成的播种深度变动大的问题,研究了播种深度调节机构和相应的参数。通过ADAMS软件对播种单体进行建模分析,研究其仿形机构不同参数对仿形效果的影响,寻求最佳仿形时的最优参数范围,以满足不同农作物种植深度不同的要求。该调节装置具有调节范围广、灵活及易于操作等特点。     

精密播种单体的动力学分析

本文提出了具有平行四连杆仿形机构的精密播种单体的数学模型,并使用该数学模型对精密播种单体作了动力学分析。通过室内土槽实验验证了数学模型和理论分析结果。还使用该数学模型预测了精密播种单体的田间作业性能,通过田间试验证明,预测结果是正确的。在建立数学模型时,应用了土壤力学的流变学理论;在预测田间作业性能时,应用了谱分析技术。通过试验测定了土壤的流变学参数和地面谱。     

精密播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统研究

为实现精密播种作业中播种下压力和播深的实时监控和质量评价,设计了一种多行播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统。系统采用基于角度和轴销传感器的播深和下压力测量装置,优化设计了液压驱动和分区控制的气压驱动装置,开发了基于Co De Sys(Controlled development system)编程环境的智能终端交互界面和ECU(Electronic control unit)控制程序,实现了基于CAN总线通信的作业参数监测控制和质量评价。通过搭建的室内试验台完成了播深和下压力静态建模试验,建立了适应不同设定播深的下压力测量模型。分区控制系统响应测试试验表明,在调节范围(0. 2～0. 6 MPa)内,系统超调量低于5. 97%;响应时间与控制行数和设定气压正相关;在设定气压(0. 1～0. 6 MPa)范围内,6行播种机调节时间不超过2. 35 s。为测试系统工作性能,在25、50、75 mm 3种设定播深下,对左区控制(600 N)、右区控制(300 N)、机械调节和自重调节4种控制方式进行了田间性能试验。土壤压实和播种下压力控制效果试验表明,主动分区控制方式可实现更为稳定的土壤紧实度,且在浅旋地块环境下,右区控制方式可达到最优的下压力稳定性,其控制合格率不小于95. 78%;播深控制效果试验表明,随着设定播深的增大,播深质量显著降低,在设定播深25～75 mm范围内,左区控制、右区控制、机械调节和自重调节对应的最小播深合格率分别为91. 92%、92. 53%、70. 44%和58. 72%,对应的最大标准差分别为2. 22、3. 11、3. 69、7. 70 mm,对应的最大变异系数分别为3. 52%、4. 40%、4. 96%和14. 01%。相比机械调节和自重调节,分区控制系统提高了单体下压力和播深稳定性。     

水轮机调节系统控制技术研究

介绍了水轮机调节系统控制技术目前的应用情况和存在的问题,着重阐述了现代控制技术和智能控制技术的主要研究方法和研究成果及其应用情况;并提出将多种控制技术相结合形成综合控制技术,将是水轮机调节系统控制技术的发展方向.     

智能车辆横向混合切换控制器设计

考虑到智能车辆在不同工况下表现出不同的系统特性,设计了由线性二次型最优控制律和利用模糊逻辑推理得到的模糊控制律组成的混合切换控制器。当偏差和偏差变化率较小时(小角度转弯),假设系统特性固定不变,切换到最优控制律;而在偏差和偏差变化率较大时(大角度转弯),车辆具有强非线性、时变、耦合和参数不确定性等特性,切换到模糊控制律。采用ADAMS和Matlab/Simulink联合控制仿真的方法对该智能车辆的横向控制算法进行仿真,并通过试验验证。仿真和试验结果表明:该横向控制器可保证智能车辆在路径跟踪过程中的准确性和平稳性。     

波浪补偿控制算法综述

为了实现对船舶在波浪中的运动响应进行补偿,提高海上作业的效率,需要对波浪补偿设备采用更为先进的运动控制技术.采用前馈控制和反馈控制的分类方式,简述了适合用于波浪补偿设备的控制算法研究现状,以便于更好地了解波浪补偿控制技术的发展.其中属于前馈控制类算法的主要有卡尔曼滤波法、神经网络和时间序列分析法;属于反馈控制类的主要算法有PID控制算法和模型预测控制算法.分析这些算法在波浪补偿控制中的理论原理和研究进展,并且通过对相关学者的研究文献进行了对比分析,指出了卡尔曼滤波法、神经网络和时间序列分析法以及PID控制算法和模型预测控制算法的关键特征.在结论中根据不同控制算法的原理和特征给出了这些算法在波浪补偿控制中可能的研究方向,可以为波浪补偿控制系统的研究和发展提供指导意见.     

智能车辆横向混合切换控制器设计

考虑到智能车辆在不同工况下表现出不同的系统特性,设计了由线性二次型最优控制律和利用模糊逻辑推理得到的模糊控制律组成的混合切换控制器。当偏差和偏差变化率较小时(小角度转弯),假设系统特性固定不变,切换到最优控制律;而在偏差和偏差变化率较大时(大角度转弯),车辆具有强非线性、时变、耦合和参数不确定性等特性, 切换到模糊控制律。 采用ADAMS和Matlab/Simulink联合控制仿真的方法对该智能车辆的横向控制算法进行仿真,并通过试验验证。仿真和试验结果表明：该横向控制器可保证智能车辆在路径跟踪过程中的准确性和平稳性。     

农机导航自校正模型控制方法研究

针对运动学模型中的近似条件对模型控制方法曲线路径跟踪精度的影响,提出了一种农机导航自校正模型控制方法。该方法采用模型控制方法设计控制律,并采用模糊控制方法自适应地在线调节模型控制律的控制量。农业机械的路径跟踪实验结果表明,该方法既保留了模型控制方法在直线路径跟踪方面的优点,又弥补了模型控制方法在曲线路径跟踪方面的缺陷。当速度为1.0 m/s时,直线路径跟踪最大横向偏差小于0.064 9 m,曲线路径跟踪的最大横向偏差小于0.185 7 m。     

Drainage control in water management of polders in the Netherlands

One of the impacts drainage has on the downstream part of a water system is a higher risk of peak flows caused by heavy precipitation. In the polders of the Netherlands this is a well-known problem. The heavy precipitation flows easily from paved areas and with some delay from unpaved areas into many small canals and through these canals towards the downstream pump station. Here, high water levels can result in an unacceptable high groundwater table. This problem has grown over the past years as more area has been paved and storm events have become more extreme. Until recently in the Netherlands, the solution for this problem was to increase the pump capacity, but nowadays the Dutch Government's opinion and that of the local Water Boards about solving this problem is changing. Rather than shifting the problem to more downstream lying parts of the water system, the philosophy has become “first retain, then store, only then discharge” (Nationaal Bestuursakkoord Water, 2003. Dutch National Policy on Water Management for the 21st Century). A way to retain water in upstream parts of the waters system is to use real-time control structures in the upstream canals. In this paper a control method is presented that can effectively retain water in the upstream parts, until the downstream part can accommodate this amount of water. The method is based on upstream Proportional Integral-control with adaptation of the set point. The control is referred to as Cascade PI-Control. Basically, the goal of the control method is to fill the available storage equally in the whole area. Tests have been performed with a calibrated model of an existing polder in the Netherlands. Results show that application of the control method is sufficient to avoid such drainage problems.     

基于模糊控制的播种机精密单体播深控制仿真研究

为了提高播种机单体播深控制的精度和速度及研究播种机作业过程中土壤的变化规律,设计了一种新的播种机单体控制系统,在播种自动化控制环节中引入了模糊算法和PID闭环控制,建立了播深模糊控制的数学模型,并通过多软件联合仿真的方式对控制系统进行了仿真实验,验证了算法的有效性和可靠性。利用MatLab线性回归算法得到播深和施加力的线性回归方程,通过播深的反馈调节对施加力进行模糊控制,使用Mat Lab模糊控制工具箱设置了控制参数,最终实现播种机精密PID闭环控制。应用Pro/E软件设计了精密播种机三维参数化模型,将模型导入到ADAMS软件中进行了运动仿真,将结果和Mat Lab计算得到的结果进行对比发现:其误差小于10%,说明仿真结果是可靠的。     

气动位置控制技术的发展

简要叙述了气动位置控制技术的发展，分析了气动位置控制的基本方法、控制策略以及现有的研究成果，并时气动位置控制发展趋势作了展望。     

现代汽车电控巡航系统控制原理浅谈

介绍了巡航电控技术的作用、特点、类型、控制原理,其中着重介绍巡航电控系统两种执行器的控制原理.     

PLC与模糊控制在名优茶杀青加工中的应用

目前,大多数名优茶的加工都是用传统手工杀青和锅式的半机械半人工操作杀青,不能保证名优茶的品质,而且操作不当容易出现大量劣质茶叶和废茶叶,不能形成标准化。为此,运用现代控制技术,通过引入PLC和模糊控制相接合的智能控制设计思想,使整个操控过程实现自动控制。通过这种思想的引入,可以在全部制茶业中实现无人化和标准化生产。