基于模糊PID控制的玉米精量播种机单体驱动器设计与试验

为提升新疆地区玉米精量播种机作业效率、稳定高速工况下播种质量，该研究以气吸圆盘式玉米排种器为研究对象，设计了一种基于模糊PID控制的玉米精量播种机单体驱动器。基于电机驱动排种控制系统硬件构成及工作原理，搭建了以STM32F103C8T6单片机为核心的功能电路。该单体驱动器工作时，由霍尔传感器采集播种机的作业速度，通过高精度光电旋转编码器实时反馈电机转速，利用增益调整型模糊PID算法使调速系统根据转速偏差和偏差变化率实时修正PID控制参数，使电机转速快速精准地跟随作业速度的变化。通过转速控制特性试验可知：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）频率为60 kHz时，电机具有良好的启动特性；电机转速在307～10 441 r/min范围内，电机实际转速变异系数均小于6.29%，具有较好的稳定性和线性度。电机调速试验结果表明：在设定电机目标转速为1 500 r/min时，模糊PID调速系统相比传统PID调速系统超调量降低0.4%，上升时间和调节时间分别缩短0.12和0.49 s，稳态误差减小0.3%；在种床带速度反馈周期T=1.0 s时，模糊PID动态调速精度较高、鲁棒性好。电机驱动排种台架试验结果表明：作业速度为8、10 km/h时，两种控制方式的播种性能指标差异较小；作业速度为12 km/h时，模糊PID控制的播种合格指数大于93.04%，重播指数小于5.13%，漏播指数小于1.83%；与传统PID控制方式相比合格指数均值提高2.50个百分点，重播指数均值降低0.85个百分点，漏播指数均值降低0.88个百分点，各播种性能指标均优于传统PID控制方式，适于高速播种作业。研究结果可为玉米高速精量播种机的研发设计提供参考。     

喷杆喷雾机旋翼悬浮式喷杆自动收放控制系统研究

旋翼悬浮式喷杆分别融合了地面机械和空中无人机的优点，可简化复杂的桁架结构并通过旋翼下压风场能减小雾滴飘移造成的二次污染，具有较好的应用前景。传统的收放方式难以收放旋翼悬浮式喷杆，为此提出了一种以正四边形滚筒为主体的喷杆自动收放装置，建立了喷杆收放过程的D-H坐标系和正运动学模型，通过牛顿-欧拉法构建了动力学模型，并采用三次均匀B样条曲线轨迹规划获取了喷杆收放最优轨迹。以喷杆收放的运动时间、关节冲击和能量消耗为多目标函数，通过NSGA-Ⅱ算法求解Pareto解集，选取解集中喷杆展开时间为56、61、66、71、76、81 s,喷杆收卷时间为54、59、64、69、74、79 s轨迹进行喷杆收放试验。试验结果表明：喷杆运动时间与喷杆角度标准差存在显著性关系，运动时间越短，喷杆稳定性越差、关节冲击越大、能量消耗越多。取喷杆收放时间59、61 s对应轨迹为喷杆收放最优轨迹时，滚筒转速与规划转速的平均跟踪误差不超过0.201(°)/s,关节3、4、5实际运动角度与规划角度的平均跟踪误差不超过6.201°,喷杆能较好地跟踪最优轨迹完成收放。该研究验证了喷杆自动收放装置的有效性和喷杆收放最优轨迹的准...     

基于PLC伺服控制的甘油雾化喷涂系统设计

根据香烟滤棒的丝束甘油雾化喷涂原理，设计的甘油雾化喷涂系统采用PLC和触摸屏作为主控制器，由甘油桶、温度控制子系统、甘油雾化子系统、喷涂活门和伺服系统组成.研究了活门精确定位的伺服控制，该技术实时跟随丝束的运行速度，由PLC给出活门开度对应的、伺服电机转动所需的、高速脉冲数作为系统的位置给定量，通过位置环、速度环和电流环的三闭环PID控制精确定位活门开度，实现甘油的均匀喷涂，保证甘油喷涂量.给出PLC控制程序流程图，对系统进行了实际运行测试.结果表明：系统运行可靠，滤棒的硬度控制达到国家标准.     

高压共轨柴油机定转速柔性控制策略研究

为实现高压共轨柴油机定转速运行,从控制技术上对高压共轨柴油机进行了研究,采用了先进的区间调速技术,并对经典PID控制算法进行合理改进,使得定转速控制策略具有柔性特点,进而开发出高压共轨柴油机定转速柔性控制策略。经多组发动机台架调试试验证明,该控制策略能够实现定转速控制。     

水稻液体肥变量施用调节系统设计与试验

目的 设计一种机电式流量调节阀，与已研制的气力引射式施肥器集成构建液体肥变量施用调节系统，实现水稻近根部微小流量液体肥精准施用。方法 通过试验标定了系统质量流率理论模型，建立控制系统传递函数模型，设计了基于模糊推理的PID控制器结构、规则和初始参数；通过仿真试验，分析了PID和模糊PID控制的调控响应能力。结果 仿真试验结果表明，模糊PID控制阶跃信号响应超调量、调节时间和稳态误差分别为0.12%、2.51 s和0.007， 与PID控制的对应值42.90%、4.44 s和0.010相比均较低，表明模糊PID控制动态调节和稳定性更好；在幅值为0.5、持续时间为0.1 s的脉冲信号干扰下，模糊PID控制的调节时间为0.61 s，比PID控制(1.67 s)更短，具有更强的抗干扰能力。性能试验结果表明，10种目标质量流率条件下，模糊PID控制的质量流率绝对误差均低于PID控制，控制精度为93.93%～96.88%，高于PID控制(90.00%～95.21%)；在施肥量变化时，模糊PID控制的超调量为12.2%，上升时间、调节时间和峰值时间分别为1.5、10.7和1.7 s，均低于PID控制的17.4%、2.1 s、13.3 s和2.3 s。结论 基于模糊PID控制的水稻液体肥变量施用调节系统具有较高的质量流率控制精度和跟踪性能，为研制水稻田液体肥变量施肥装备奠定了基础。     

取苗机械手运动控制联合仿真研究及试验

为减少取苗机械手研制过程中投入大量的成本和时间，解决机械手在作业过程中控制精度低、适应性差等问题，采用SolidWorks建立机械手的模型，并导入ADAMS中；采用模糊PID控制算法对机械手夹持角度进行实时动态联合仿真分析，设计模糊PID控制器及模糊规则。利用MATLAB/Simulink和ADAMS建立联合仿真模型，以阶跃信号为激励，模糊PID控制和PID控制仿真结果表明：PID控制的响应时间为1.1 s，模糊PID的响应时间为0.33 s且响应速度更快，说明模糊PID优于经典PID控制，设计的取苗机械手具有良好的动态响应和轨迹跟踪特性，理论上能够满足实际作业要求。取苗试验结果表明：在取苗频率为50、60和70株/min时，采用PID算法和模糊PID算法取苗成功率分别为9609%、93.75%、92.96%和98.43%、95.31%、93.75%，采用模糊PID算法的取苗成功率更高，能够满足实际作业要求。     

自走式表型平台及在线自整定PID速度控制研究

为了适应现代化育种、植保及栽培管理的需求,高通量作物表型信息获取成为了当前的研究热点。为了提高作物表型信息获取平台的可扩展性、泛用性和使用灵活性,设计了一种自走式作物表型信息获取平台。平台车体采用框架结构,利用4台直流电机实现4轮独立驱动,并采用1个主控芯片和4个分控芯片的模式构建了控制系统;基于继电反馈法设计了在线自整定PID调控方法,实现了PID参数在线自整定和平台的运行速度控制,并进行了空载和地面负载对比试验。结果表明:在系统空载和地面负载条件下,针对设定的不同速度,系统均可在0.169~0.468s达到稳定状态,具有较高的调节速度与精度;地面负载条件下,直接利用空载时整定得到的参数与负载后重新整定得到的参数进行速度的调节,不同速度要求条件下两者之间的误差均小于0.08s,证明空载时一次整定后的参数可直接应用于表型平台的实际速度控制。     

基于单片机和模糊PID的拖拉机空调电机控制系统

为了实现对拖拉机空调电机转速的精确控制,设计了一种基于单片机和模糊PID的转速单闭环无刷直流电机控制系统,可以对电机转速进行控制调节,从而驱动制冷压缩机工作,降低拖拉机车内温度。实验结果表明:基于单片机和模糊PID的拖拉机空调电机控制系统稳态误差较小,控制精度较高,与理论基础相符合,证明了该方法的可行性和正确性。     

变量喷雾流量阀的变论域自适应模糊PID控制

为解决变量喷雾过程中实时混药时农药微小流量的控制问题，采用小型针阀、直流电动机及减速器设计了机电流量控制阀。构建了机电流量控制阀传递函数的数学模型，并为之设计了变论域自适应模糊PID控制算法。对该流量控制阀进行了变论域自适应模糊PID控制和PID控制的MATLAB仿真，比较结果表明：PID控制的响应时间为3.5 s，最大超调量约为39.0%，变论域自适应模糊PID的响应时间为0.93 s，超调量最大不超过2.9%。系统稳定性，准确性和快速性等指标完全满足农业技术要求。     

基于KPLS和BA的直线进给系统伺服参数优化

直线电机驱动的直线进给系统在数控机床领域应用广泛,然而其驱动性能由于自身的强耦合性和非线性等因素受到影响。为满足机床加工高速度和高精度的性能要求,提出一种基于核偏最小二乘(KPLS)和蝙蝠算法(BA)的伺服系统PID参数优化方法,保证系统输入输出模型准确度的前提下避免了使用仿真模拟的离线和低效等缺点。基于KPLS建立速度超调量和上升时间与PID参数之间的关系模型,采用蝙蝠算法优化伺服参数组合。实验结果表明,该方法能够有效优化伺服系统PID参数,在一定的速度超调量约束条件下可明显缩短上升时间,提高直线进给系统驱动性能。