基于堆积试验的玉米包衣种子离散元参数标定

为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。     

高可信度H-ADCP流量自动监测系统关键技术研究与应用

当前H-ADCP在我国得到广泛应用,特别是长江中下游平原河网地区,已成为水文流量测验的重要组成部分。但普遍缺乏对测流原始数据的分析检验,导致测流精度及成果可信度不高,以及比测率定工作繁杂等问题,影响HADCP的进一步推广应用。针对上述问题,根据H-ADCP测流原理,结合平原河网地区及感潮河段水文特性,提出了一种基于国产测控平台的高可信度H-ADCP流量自动监测和分析处理系统设计方案,具有测流原始数据分析处理、测流支架自动升降、比测率定分析等功能。经实践应用,可有效识别和剔除异常测流数据,提高流量监测成果精度,值得推广应用。同时,展望了旋转扫描和多高层联合扫描两种新技术路线。     

Differences in parameter estimates derived from various methods for the ORYZA (v3) Model

Parameter estimation is always a difficult issue for crop model users, and inaccurate parameter values will result in deceptive model predictions. Parameter values may vary with different inversion methods due to equifinality and differences in the estimating processes. Therefore, it is of great importance to evaluate the factors which may influence parameter estimates and to make a comparison of the current widely-used methods. In this study, three popular frequentist methods (SCE-UA, GA and PEST) and two Bayesian-based methods (GLUE and MCMC-AM) were applied to estimate nine cultivar parameters using the ORYZA (v3) Model. The results showed that there were substantial differences between the parameter estimates derived by the different methods, and they had strong effects on model predictions. The parameter estimates given by the frequentist methods were obviously sensitive to initial values, and the extent of the sensitivity varied with algorithms and objective functions. Among the frequentist methods, the SCE-UA was recommended due to the balance between stable convergence and high efficiency. All the parameter estimates remarkably improved the goodness of model-fit, and the parameter estimates derived from the Bayesian-based methods had relatively worse performance compared to the frequentist methods. In particular, the parameter estimates with the highest probability density of posterior distributions derived from the MCMC-AM method (MCMC_P_max) led to results equivalent to those derived from the frequentist methods, and even better in some situations. Additionally, model accuracy was greatly influenced by the values of phenology parameters in validation.     

羌活籽粒和珍珠岩的离散元参数标定及排种验证

为确定羌活种子排种器离散元仿真所需的物性参数，对羌活籽粒和珍珠岩进行物性参数测量及标定。采用斜面法测量静摩擦系数，用自由跌落法测量碰撞恢复系数，用圆筒提升法测量堆积角，通过EDEM仿真对比堆积角大小，确定滚动摩擦系数，通过对比仿真试验与田间试验的结果，确定测定参数的准确性。羌活籽粒的密度为160 kg/m3，珍珠岩密度为150 kg/m3；羌活籽粒的泊松比为0.32，珍珠岩的泊松比为0.2；羌活籽粒的剪切模量为30 MPa，珍珠岩的剪切模量为38.5 MPa；羌活籽粒与ABS塑料板的静摩擦系数为0.62，珍珠岩与ABS塑料板的静摩擦系数为0.78，羌活籽粒间的静摩擦系数为0.51，珍珠岩间的静摩擦系数0.91，羌活籽粒对珍珠岩的静摩擦系数为0.72；羌活籽粒与ABS塑料板的碰撞恢复系数为0.39，珍珠岩与ABS塑料板的碰撞恢复系数为0.28，羌活籽粒间的碰撞恢复系数为0.31，珍珠岩间的碰撞恢复系数为0.14，羌活籽粒对珍珠岩的碰撞恢复系数为0.32，珍珠岩对羌活籽粒的碰撞恢复系数为0.26；羌活籽粒的滚动摩擦系数为0.043，珍珠岩的滚动摩擦系数为0.097，珍珠岩与羌活籽粒之间的滚动摩擦系数为0.037；仿真试验与田间试验的排种结果曲线基本一致，平均相对误差分别为5.6%和3.8%，表明测定的物性参数具有可靠性。本研究为羌活籽粒和珍珠岩的离散元仿真提供理论参考，为羌活播种机的设计优化提供理论参考。     

黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥离散元模型参数标定

在采用离散元法对黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥收集、转运等关键环节进行仿真分析时，存在餐厨垃圾有机肥的本征参数及餐厨垃圾有机肥与装备之间接触参数缺乏的问题。以含水率为37.5%的黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥为研究对象，利用EDEM 2020软件对其离散元仿真模型参数进行标定。通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验及Box-Behnken试验获得各参数的最优组合为：泊松比0.2、剪切模量7 MPa、密度2 000 kg·m^-3、有机肥-有机肥碰撞恢复系数0.46、有机肥-有机肥静摩擦系数0.8、有机肥-有机肥滚动摩擦系数0.15、有机肥-钢碰撞恢复系数0.51、有机肥-钢静摩擦系数0.65、有机肥-钢滚动摩擦系数0.09、JKR表面能为0.1 J·m^-2，在该参数组合下的仿真试验结果与物理试验结果的相对误差为3.63%（P>0.05），证明数据可靠。该研究结果表明，餐厨垃圾有机肥离散元模型和标定后得到的参数具有可靠性，可为黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥在机械收集、输送、分离等方面的离散元研究提供参考。     

半夏块茎物理特性研究及离散元仿真参数标定

为设计研究半夏撒播排种器，测定了半夏的本征物理特性参数，并对半夏离散元仿真参数进行标定。通过烘干试验、浸液试验、匀速压缩试验，确定了半夏种子的含水率为62.23%、密度为1 210 kg·m^-3、泊松比为0.373 1、弹性模量为5.751 MPa；通过实际碰撞试验结合仿真试验建立了回归模型，测定半夏-半夏的碰撞恢复系数为0.472 0、半夏-不锈钢板间碰撞恢复系数为0.635 8；通过实际的斜面滑动试验结合仿真试验，确定了半夏-不锈钢板间的静摩擦系数为0.615 4；利用圆筒提升试验结合最陡爬坡试验和Box-Behnken试验，确定了半夏-不锈钢板间的滚动摩擦系数为0.150、半夏-半夏的静摩擦系数为0.554、半夏-半夏的滚动摩擦系数为0.157。该研究结果可为半夏机械化生产装备设计研究和结构优化提供理论参考及设计依据。     

基于回归拟合的深松耕作阻力测试系统改进设计

了解深松阻力、合理配置深松动力是提高深松作业效率重要环节之一。为此,针对现有普遍使用的深松阻力测量系统因需要通过两台拖拉机串联工作的方式而增加了对测试田块要求和测试系统安装的难度,还会存在应力贴片粘接不牢、数据采集样本不足等问题,提出了通过测定振动系统对深松铲的振动力变化来计算深松阻力的方法。将拉压传感器安装在深松铲受振端,以回归拟合为基本工具,借助传感器的标定获取单位压力和电信号回归拟合关系式,通过负载力与采集力之间拟合函数近似替代深松中的耕作阻力,并将结果与传统测试方法进行验证对比,结果表明:改进后测试系统与传统测试方法相比的误差为0.721%~3.60%,克服了传统测试方法的局限性,提供了更准确、更便捷的深松阻力测定方法。     

双低油菜籽粒离散元仿真参数标定与试验验证

为设计优化双低油菜机械化精量播种设备，以甘肃地区种植的双低油菜，‘青杂5号’和‘陇油19号’籽粒为对象，采用物理试验法测定2种双低油菜籽粒的基本物理学参数以及种子与PLA塑料和光敏树脂间的静摩擦因数和碰撞恢复系数。基于EDEM仿真软件和斜面滚动法，标定种子与PLA塑料和光敏树脂间的滚动摩擦因数，采用仿真逼近预测法标定种子间的滚动摩擦因数，并利用异形槽口窝眼轮排种器台架试验对仿真参数进行验证。结果表明:‘青杂5号’与PLA塑料和光敏树脂间的静摩擦因数分别为0.35和0.34，碰撞恢复系数分别为0.639和0.655，滚动摩擦因数分别为0.064和0.060。‘陇油19号’与PLA塑料和光敏树脂间的静摩擦因数分别为0.32和0.28，碰撞恢复系数分别为0.662和0.666，滚动摩擦因数分别为0.059和0.058。2个品种油菜籽粒间的静摩擦因数分别为0.57和0.59，碰撞恢复系数分别为0.384和0.397，滚动摩擦因数分别为0.054和0.046。将2种品种油菜籽粒的标定参数进行异形槽口窝眼轮排种器仿真试验和台架验证试验，对于‘青杂5号’油菜籽粒，其仿真试验与台架试验合格率的相对误差为0.48%，重播率的相对误差为4.99%，漏播率的相对误差为6.98%。对于‘陇油19号’油菜籽粒，其仿真试验与台架试验合格率的相对误差为0.29%，重播率的相对误差为3.79%，漏播率的相对误差为4.76%。     

收获期菊芋根-块茎离散元柔性模型研究

目前，菊芋机械化收获过程中的清选及输送等环节作业参数设定缺乏适用的理论依据，以收获期菊芋根-块茎为研究对象，基于离散元方法建立了一种能反映根须柔性和块茎脱落力学特性的粘结模型并对其相关参数进行了标定。首先通过物理试验确定了菊芋根-块茎本征参数、基本接触参数及相关力学参数，然后在此基础上利用Hertz-Mindlin with bonding V2接触模型构建了菊芋根-块茎粘结模型，并通过单因素试验和响应曲面试验，分别标定了菊芋根颗粒之间和根与块茎颗粒之间法向粘结刚度、切向粘结刚度、临界法向应力、临界切向应力等粘结模型参数。菊芋根须三点弯曲及根-块茎拉伸试验结果表明，根须弯曲弹性模量仿真结果与实际测量值相对误差为4.29%;菊芋根-块茎抗拉力仿真结果与实际测量值相对误差为7.72%;菊芋块茎脱落试验结果表明，仿真试验与菊芋收获机实际田间作业相比，滚筒筛转速对菊芋块茎脱落率影响趋势一致，筛内物料筛分规律相符。所构建的菊芋根-块茎模型可用于菊芋机械化收获相关环节的分析研究。     

烟草打顶抑芽机无线控制系统设计与试验

为改进现有智能烟草打顶机数据传输和烟草打顶高度精准识别不足等问题,增强检测算法的实用性和鲁棒性,设计了烟草打顶抑芽机无线控制系统。首先利用无线路由系统进行图像采集;然后采用MSRCR算法对图像进行预处理,消除光照对烟草高度识别的影响;再通过同心圆摄像机标定算法对烟花进行定位,确定打顶高度;最后通过单片机控制步进电动机和电磁阀分别进行打顶作业和抑芽剂的喷施。试验结果表明:该高度检测算法在静态试验下烟花识别率达到98.5%,摄像机标定精确度达96%,打顶准确率达95%。打顶准确率高,抑芽剂喷施精准,系统运行稳定可靠,满足烟草打顶的农艺要求。