基于全质心WLS-HDS-TWR算法的无人驾驶农业机械协同定位算法研究

针对室内全球导航卫星系统（Global navigation satellite system,GNSS）信号受遮挡时,农用车辆协同定位精度低、稳定性差、信号丢包等问题,本文开展面向超宽带（Ultra wideband,UWB）调频技术的室内外农用车辆协同定位算法研究。首先,搭建三基站多边测距定位模型,实现主基站绝对位置标定以及辅助基站绝对位置坐标的变换求解;其次,提出全质心加权最小二乘的高速双边双向（Weighted least squares high double sided two-way ranging,WLS-HDS-TWR）农机协同定位算法,基于泰勒级数展开的WLS估计算法,求解主车位置。同时,提出面向室内环境的多状态基站组合的UWB定位模块布设模式,并验证其可行性;通过飞行时间法（Time of flight,TOF）获取主从车距离信息,融合GNSS标定位置信息、主车坐标信息以及测距信息,实现主从车协同定位。最后,基于Prescan/Simulink搭建联合仿真平台,验证提出算法的可靠性;通过农用履带车辆开展室内及室外协同定位实车试验,试验结果表明：全质心WLS-HDS-TWR协同定位算法可有效解决室内GNSS信号缺失问题,室内环境下,定位精度较HDS-TWR及全质心LS-HDS-TWR算法分别提高26.98%和22.03%,满足智能农机协同定位作业需求。     

三七收获机挖掘铲减阻特性分析与试验

针对丘陵山区三七机械化收获挖掘阻力大和根茎损伤率高的问题,以不同铲型挖掘铲为研究对象,开展三七收获机挖掘铲作业机理与参数优化对比试验。通过理论分析与力学计算,确定各铲型挖掘铲主要结构参数,并通过Solidworks建立挖掘铲三维模型。开展4种铲型挖掘铲的位移流向仿真对比试验,追踪根茎颗粒和土壤颗粒空间运动轨迹,获得三轴位移分部,表明野猪头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲面通过改变土壤颗粒流动方向,从而降低挖掘阻力。利用Design-Expert 13软件,以挖掘铲铲长、铲宽和铲刃倾角为试验因素,以挖掘阻力为试验指标进行组合试验,得到最优作业参数组合为：铲长354mm、铲宽40mm、铲刃倾角70°,在该组合下平均挖掘阻力为439.75N。开展高速摄影试验,获取三七根茎和土壤运动轨迹,结果表明三七根茎和土壤颗粒运动趋势与仿真试验一致,验证离散元模型可靠性。搭建试验台架,以入土角、铲片间距和挖掘速度作为试验因素,以挖掘阻力作为试验指标进行正交试验,得到不同工作参数对挖掘阻力影响的主次顺序为入土角、铲片间距、挖掘速度,最优工作参数组合为入土角15°、铲片间距80mm、挖掘速度0.4m/s。综合评估挖掘铲减黏降阻性能,仿生式挖掘铲作业效果最优。     

L-乳酸熔融缩聚的工艺研究

为降低聚乳酸的成本、扩大其应用范围,以L-乳酸为原料,通过熔融缩聚法合成了聚L-乳酸(PLLA),考查了催化剂种类、催化剂用量、聚合温度和聚合时间等对PLLA分子量、产率和颜色的影响,摸索出最佳反应条件。熔融缩聚反应的最佳工艺条件为:SnCl2作为催化剂,用量为0.4%,聚合温度175℃,聚合时间8 h,合成的PLLA分子量可达6.2万,产率为72.8%。此工艺提高了聚合物分子量和产率,降低了聚乳酸材料的应用成本,拓宽了聚乳酸的应用范围。     

基于量纲分析对花生挤压膨化制油参数的试验研究

[目的]研究花生挤压膨化制油工艺,简化制油工序,降低粕残油率。[方法]通过高含油料单螺杆剖分式挤压机对花生进行浸油的前处理,根据量纲分析理论进行试验设计和函数组成,以物料含水率、套筒温度、主轴转速、模孔直径、模孔长度、喂料速度6因素设计试验,找出花生挤压膨化工艺参数对粕残油率的影响规律。[结果]通过该试验建立的方法得到的关于粕残油率的经验公式可以对粕残油率进行精确预测,经验公式在现有试验条件下可反映花生残油率与挤压膨化试验参数间的关系。[结论]通过试验建立粕残油率和试验参数的经验公式,且经验公式对粕残油率能进行较好地预测。     

履带车辆自适应预瞄跟踪模糊控制算法

针对现有单边制动履带车辆跟踪控制算法同周期内并行控制难、跟踪精度低、转向控制次数较多等问题,该研究以电控化改装后江苏筑水农机 3B55 型履带运输车为试验平台,开展单边制动履带车辆路径跟踪控制算法研究。通过单边制动履带车辆运动学分析,构建车辆预瞄跟踪模型,提出一种预瞄跟踪模糊控制算法,将横向偏差与航向偏差作为多输入输出模糊控制器输入参数,实现车辆同一控制周期内转向与直线行驶的并行控制。为了优化车辆路径跟踪精度与转向控制次数,提出改进麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)的自适应前视距求解算法,考虑车辆的横向偏差和转向路径角度约束,解析较优前视距离,通过仿真和田间试验对算法进行跟踪精度与转向控制次数综合评价。仿真结果表明：基于自适应预瞄跟踪模糊控制算法跟踪多角度规划路径时,车辆转向控制次数为89次,误差面积为1.74 m²。田间作业路况下,由于试验路面起伏不平,并且随速度增加车辆跟踪精度下降,但跟踪精度及转向控制次数随前视距离的变化规律与仿真结果一致,当车辆分别以0.14、0.47和0.83 m/s跟踪路径时,自适应预瞄跟踪模糊控制算法相对于固定前视距离预瞄跟踪模糊控制算法车辆转向控制次数分别减少13.59%、9.87%和11.25%,误差面积分别减少19.93%、48.48%和54.59%,验证了算法的有效性。研究结果可为单边制动履带车辆的农机自动导航技术提供创新思路与技术支撑。     

凸齿镇压器作业过程的运动学与动力学分析

[目的]基于理论推导建立凸齿镇压器作业过程中的运动学和动力学模型。[方法]根据运动学中刚体做平面运动的瞬心定理和牵连运动为平动时质点的加速度合成定理,建立凸齿镇压器在不同工作阶段的运动参数模型;根据动力学中的动量定理、动能定理和冲量定理,建立凸齿镇压器工作状态中所需牵引力、凸齿与地面作用瞬间产生的冲击力和冲击能的参数模型。[结果]凸齿镇压器作业过程中所需的牵引力随着凸齿镇压器的自身质量和滚动阻力系数的增加而增大,而凸齿镇压器转动惯量的增加会降低凸齿镇压器所需牵引力;冲击过程中,凸齿镇压器的牵引速度越大、质量和转动惯量越大、冲击时间越短,则冲击力越大;凸齿镇压器冲击土壤时的冲击能随着凸齿的转动惯量、质量和质心竖直向下移动距离的提高而增加,而随土壤的弹性系数与土壤的塑性变形量的增加而减小。[结论]建立了凸齿镇压器在不同工作状态下运动学及动力学模型,分析并揭示了凸齿镇压器结构参数与运动参数间的相互联系,探索了凸齿镇压器冲击土壤的特征规律,为设计和优化其结构参数和运动参数提供了理论依据。     

直干桉薪炭林萌发试验研究

对玉溪市直干桉薪炭林进行不同伐桩高度，不同砍伐方式，不同季节砍伐的试验研究表明，在玉溪地区经营直干桉薪炭林，砍伐可以提高薪炭林的产薪量，砍伐过的林分产量比对照提高１２．６倍，最高可达１６．９倍；伐桩高度在３０ｃｍ最好，砍伐方式以刀砍为主，伐后的产薪量也比锯的稍好；冬季砍伐比春季砍伐效果明显，平均树高可提高４８％，最大为５６％；采伐季节在林木休眠后，萌动前进行。该研究对指导玉溪地区经营桉类薪炭林具有重要意义。     

温室三七收获机有限元分析

根据三七种植新农艺的要求,设计了一款应用于温室种植模式的三七收获机。为提高其工作性能,利用ANSYS有限元软件进行有限元分析,获取在静载荷作用应力、变形的大小及分布情况。结果表明:应力集中发生在电机安装位置及车架纵梁连接处,最大变形发生在车尾处,机架强度符合要求。对机架进行模态分析,获得其固有频率并进行谐响应分析,分析可知:在频率15Hz时电机安装位置处可能发生共振,此时电机安装位置处应力和位移达到最大,最大应力为4.34MPa,最大位移为2.03mm,机架满足激励载荷下的强度要求。对挖掘铲进行静力学分析,得到挖掘阻力5 000N,挖掘铲最大变形量为1.334 4mm,最大应力为20.894MPa。本文为后续温室三七收获机的减振以及机架、挖掘铲优化提供了理论依据。     

悬挂式三年生三七挖掘收获机的研制及试验

为了提高三七根挖掘收获机械化作业水平,结合云南省内三七种植模式和农艺要求,设计了悬挂式3年生三七挖掘收获机,可同时完成一畦三七的挖掘、输送、去土和条铺等任务。挖掘收获机由四轮拖拉机牵引,主要由机架、悬挂部件、挖掘部件、升运抖土装置、条铺部件及动力系统等工作部件组成。挖掘铲设计成锐角式开沟器状,入土能力强、结构简单、工作阻力小;收获机后部设有收集挡板,保证去土后的三七在地上成条铺状。田间样机收获试验表明:机器收净率达到了98.1%,损伤率为1.9%,生产率达到了0.12hm2/h。该样机为云南省首台专门针对三七根的收获机械,为三七根收获机械的深入研究和发展提供了参考。     

菜籽挤压膨化系统参数对出油率影响的试验研究

该文研究了用于浸油的一种菜籽挤压膨化预处理工艺(油菜籽清理—带壳粉碎—膨化—浸油)的可行性，油菜籽挤压膨化系统参数(模孔孔径、套筒温度、物料含水率、螺杆转速)对各考察指标(粕的残油率、膨化物含油率及榨笼出油率)的影响规律，挤压膨化系统优化参数的范围为模孔孔径8～12 mm、套筒温度105～125℃、物料含水率6.6%、螺杆转速35～55 r/min。研究表明：只要参数选择合适，带壳油菜籽清理、粉碎、挤压膨化、浸出的菜籽浸油预处理工艺是可行的，且残油率较低。该菜籽挤压膨化浸油预处理工艺可供生产参考。