辽宁东部山区几种主要森林植被类型水量平衡研究

采用固定标准地观测方法 ,在对辽宁东部山区 5种主要森林类型降雨分配、植被层的蒸腾耗水及林地土壤蒸发的实际观测及对某些平衡因子 (如径流量 )通过简化水量平衡方程余项法推求基础上 ,建立森林水量平衡关系。研究表明 ,各林分类型生长季总蒸散量为 4 76 .6～ 6 5 1.3mm,以林冠的蒸发散为主 ,占同期总蒸散量的 73.5 %～ 88.6 % ,林冠下林地蒸发散为 6 9.3～ 12 6 .5 mm,占总蒸发散的 11.4 %～ 2 6 .5 % ;林地不易发生地表径流 ,生长季地下径流深 76 .6～ 2 6 3.9mm ,占同期降雨量的 10 .3%～ 35 .5 %。各林型间水量平衡分量有很大差异 ,针叶林总蒸散量明显高于阔叶林     

基于无量纲性能指标的渠系控制器参数优化

为研究性能指标对渠系控制器参数优化的效果,该文基于无量纲性能指标,利用MATLAB程序"渠系控制仿真系统"整定了PI控制器参数,同时进行了仿真对比分析。在梳理渠系控制指标领域现有研究成果的基础上,文章首先以渠池固有参数对现有渠系性能指标进行无量纲化处理及追加,并进一步衡量各水位、流量、时间指标的相关性和代表性建立了含权重的综合指标。在程序"渠系控制仿真系统"平台上,采用实例验证法结合2个设计流量约为170 m3/s、8 m3/s的不同规模渠系进行了分析验证。结果表明:无量纲性能指标能够比较不同渠系的控制优劣,并可确定其优化目标数量级;以综合指标在E-3数量级为控制器优化目标,可同时满足各单一无量纲性能指标的优化要求,较好地均衡系统逐项动态性能;流量指标和闸门开度指标存在高耦合关系,在2个实例中其相关度分别为0.995、0.993;控制器比例系数—流量指标变化曲线存在敏感与否的分区,时间积分常数对水位指标敏感,作用曲线呈"U"型。研究提出的无量纲性能指标及综合指标可比较不同规模渠系控制系统性能,也适用于渠系的控制器参数优化设计,对中国大量的调水工程渠道运行调度及灌区渠网调控具有一定的参考价值。     

多级灌溉渠系配水优化编组模型与算法研究

合理安排各级渠道的配水时间和流量,实现灌溉渠系大流量短历时输配水,减小整个渠系的渗水损失,是目前灌区管理中亟需解决的技术问题.该文基于大系统分解协调的思想,以陕西省冯家山灌区为例,建立了一种解决多级渠系配水优化编组问题的分解协调模型.针对模型中存在多约束条件和大搜索空间问题,设计了基于自适应遗传算法模型求解方法,并比较分析了用该文方法与传统方法确定的配水编组方案性能,结果表明该文确定的算法能实现多约束条件下模型的稳定快速求解,确定的优化配水方案下级渠道配水过程搭配合理,上级渠道配水流量较为均匀且总输水损失小等优点,能解决多级渠系配水优化编组问题,可满足灌区管理需要.     

沟灌过程中土壤水分入渗参数与糙率的推求和验证

为了推求沟灌条件下土壤水分入渗参数,基于水量平衡法利用室内沟灌平台试验推求验证沟灌运动过程中水分入渗量以及水分入渗函数Kostiakov或修正的Kostiakov的参数,在两种不同糙率和排水边界条件下,运用水流推进阶段以及推进后阶段的实测数据如流入量、水流前峰推进函数、水深以及流出量等,建立了计算函数,并将其计算的入渗参数代入地表水流运动模型SRFR中验证水流推进过程以及不同测点的水深过程线,结果表明模拟值与实测值较为吻合.说明利用水量平衡法建立的土壤水分入渗参数可以准确的表达土壤水分入渗规律.     

Buck变换器扰动补偿控制算法及实现

农业装备中普遍存在多种扰动,这些扰动对Buck变换器的输出电压影响很大,传统的比例积分PI(proportional integral)控制方法较难取得满意的控制效果。针对这一问题,该文基于扰动观测理论,提出了一种抗扰动控制方法。首先,采用变参数PI控制器代替传统PI控制器,作为改进的PI控制器。该变参数PI控制器不仅具有传统PI稳定简便的特点,而且通过实时调整PI参数可使系统在不同阶段都具有较高的性能。然后,设计扰动观测器(disturbance observer,DOB)观测出参数摄动与负载变化所带来的系统扰动,将其作为补偿量补偿到前馈通道,形成复合控制器,提高系统的收敛速度与抗扰动能力。最后,通过仿真和试验,分别验证了该算法的有效性。试验证明,采用这种基于扰动补偿的复合控制器可使Buck变换器在负载突变时,恢复时间缩短了71.4%,输出电压误差减小了20.8%。在输入突变时,恢复时间缩短了58.3%,输出电压误差减小了30.0%,有效地提高了Buck变换器的稳定性和抗扰动性。该研究为提高Buck变换器的控制性能提供了参考。     

液压机械复合传动阶跃输入恒转速输出双前馈模糊PID控制

针对液压机械复合传动系统在阶跃转速输入时输出转速稳定性差、不易控制等问题,该文提出了一种基于液压子系统、机械子系统和液压机械复合传动系统的输入双前馈+模糊PID转速复合控制方法,以系统输出转速恒定为控制目标,将2个子系统转速扰动量折算到变量马达转速变化量,通过排量补偿调节实现对系统输出转速波动控制,最终实现输出转速恒定控制。仿真与试验结果表明:在系统不同初始输入转速基础上,施加特定的阶跃转速扰动,该控制方法具有良好的控制精度和鲁棒性,相比于传统PID控制方法,系统输出转速最大超调量平均降低39.8%,稳定调整时间平均缩短35.53%,系统输出转速平均稳态误差控制在±0.7%之间。该文所提出的双前馈+模糊PID转速复合控制方法,对液压机械复合传动系统阶跃输入扰动引起的输出波动具有抑制作用,控制效果明显,增强系统在非线性输入复杂工况下转速输出的稳定性,可为液压机械复合传动系统在农业机械领域的设计和应用提供参考。     

果园管道喷雾系统药液压力的自整定模糊PID控制

果园管道喷药系统具有非线性、大时滞特性,且管道中药液的压力随喷嘴数目变化而波动。为此,对管道中药液压力采用了带变速积分、微分先行优化算子的自整定模糊PID控制。根据管道中压力的实际值与设定值间的误差及误差变化趋势,在线调整模糊PID的参数,经带有变速积分、微分先行优化算子的增量式PID算法计算,获得控制量以控制管道中药液的压力。试验结果表明：采用这种控制方法,与不使用自整定模糊PID参数的变速积分、微分先行PID控制相比,管道中压力响应的上升时间缩短18.42%,调整时间缩短12.56%,最大超调量减小4.43%,误差减小50%。该控制方法能满足果园管道喷雾系统中对压力控制的要求。     

秦岭火地塘林区森林生态系统水量平衡研究

采用水量平衡的方法研究了火地塘林区混交林对降雨的再分配状况。研究结果表明,7－10月份,试验区内林冠截留量126.58mm。树干茎流量11.69mm,透过雨量588.2mm,分别占同期降雨总量的17.43%,1.61%和80.96%,大部分降水以林内雨的形式进入林下;枯落物截留水量85.01mm,占同期降雨总量的11.75%,在蓄留降水方面有着重要的作用;林地土训蓄水量变幅为53.45mm,对削减洪峰流量、调节河川径流、缩短枯水期有重要意义;在林分水量平衡中,蒸发散量为521.01mm,径流总量为155.24mm,土壤贮水量变化量为＋50.09mm,分别占同期降雨总726.34mm的71.73%,21.37%和6.9％,蒸发散是森林生态系统水分输出中最重要的一项。     

长距离控制渠系结冰期的水力响应分析

为了确保长距离控制输水渠系冬季安全输水,需要对其进行冬季输水模拟及实时运行操作控制研究。该文考虑了控制渠系与天然河道输冰的不同,以平封冰盖形成为前提,初步建立了长距离控制渠系在结冰期的渠系响应模型,包括水位、流量、闸门操作、水温过程和冰盖变化过程的模拟仿真。利用南水北调中线工程京石段资料在较简单工况下,对控制渠系在下游常水位的反馈比例积分（PID）控制器作用下进行模拟并分析模拟效果,指出冰盖糙率、控制器参数和控制策略对渠系水力响应的影响很大。研究表明该模型可用于长距离控制渠系结冰期的运行模拟及分析冬季结冰期运行规律,在此基础上可以研究得到更精确更贴近实际的模型。     

河套灌区典型灌排单元农田耗水机制研究

由于耕荒地交错分布、作物插花种植、地下水埋深浅等特点,河套灌区灌溉水利用情况极为复杂。该研究以灌区典型灌排单元(农渠尺度)为研究对象,基于2 a野外试验观测数据,对整个观测区及其内部的不同作物田块分别建立水平衡方程,推求研究区平均给水度和不同作物田块腾发量,继而对研究区灌溉水利用状况及盐分归趋进行了评价分析。结果表明,研究区给水度为0.062,而仅考虑地下水位变动带的给水度为0.037;该研究提出的经验方法"上升下降法"可以较好地估算不同作物田块的腾发量;2 a中农毛渠系统输水损失水量(包括渗漏和蒸发)约占引水量的18%,灌到田间的水量占76%,直接退走的水量占6%;通过不同土地类型间地下水的横向交换,农田不但全部利用了田间灌溉水量,还通过地下水侧向流入的方式利用了约12%的渠道渗漏量,荒地利用了约65%的渠道渗漏量,排沟排走了23%;最终研究区农田腾发消耗了总引水量的78%,积累了总引入盐分的39%,荒地腾发消耗了总引水量的11%,承纳了总引入盐分的40%。研究结果可为灌区水盐管理提供依据。     

基于实测水位和流量数据的渠道控制模型参数辨识与验证

针对传统渠道控制模型推导求解复杂,难以在实际工程中应用的问题,该研究以渠道积分延迟模型（Integrator Delay model,ID）和积分延迟零模型（Integrator Delay Zero model,IDZ）为研究对象,利用递推最小二乘法对2种渠道控制模型进行了参数辨识和分析。结果表明：参数辨识方法可以简单、有效地获取渠道系统的控制模型;在模型试验中,辨识误差基本分布在（-1,1）cm之间,在南水北调原型工程中,辨识误差基本分布在（-2,2）cm之间;2种辨识模型的均方误差达到了10-5级别,且针对水流变化复杂的大型渠道工程,IDZ模型的辨识精度和稳定性整体高于ID模型。文章的主要结论对于渠道控制建模理论及控制器设计方法具有一定的参考价值,可应用于灌区或调水工程的输配水渠道系统建模。     

南水北调中线工程封冻期闸门群开度控制器改进设计

大型串联渠系封冻期容易产生较大的水力波动,增大了冰塞形成风险,如何通过闸门群联合调度减小水力波动,能够在一定程度上抑制封冻期冰塞发生。该研究通过设计PI(Proportional Integral)控制器和OF(Optimization Feedback)控制器2个控制环节,以最小水位偏差为目标函数,考虑渠池间流量约束、闸门开度约束和闸门调整速率约束,结合遗传算法,建立封冻期渠系闸门群优化调度模拟模型,并以南水北调中线古运河节制闸至北拒马河节制闸之间的渠系为背景,进行模型效果分析与参数敏感性分析。模拟结果表明,在模拟工况下,控制器中加入OF控制器较仅用PI控制器显著降低最大水位偏差,其中下游最大水位偏差减小约36%,且系统恢复稳定时刻提前近2.9 h,所建模型对抑制封冻期水力响应过大有一定的效果;减小了各闸门的最大开度,其中渠池11闸门最大开度减小近20%,但对于部分渠池增大了单次闸门开度调整幅度;遗传算法求解过程对扰动流量取值范围设定不宜过大。     

基于非恒定水流模拟的灌区明渠水力响应特征分析

为了服务于石头河灌区信息化建设,该文以石头河灌区东干渠渠首约10 km渠道为研究对象,采用渠道非恒定流模拟方法以及闸门自动控制理论模拟分析不同边界条件下灌区渠道断面的水流和闸门开度变化特点,通过模拟分析获得研究渠段在不同水流控制情况下断面上水力响应变化特征规律:相同渠首流量变化条件下,距渠首距离越远断面水力响应持续时间越长;渠首流量变化率越大,相同断面上水力响应持续时间越短;当取水口取相同流量时,渠首稳定流量大小与取水口取水对干渠上游渠道断面水流的影响距离呈线性关系;渠首流量稳定在相同流量时,取水口取水流量大小与对干渠上游渠道断面水流的影响距离呈指数关系;在进行渠道流量控制时,取水初期取水口闸门调节比较频繁。由于渠道水流之间的相互影响,多个取水口同时进行取水,渠道任意取水口闸门开度变化,都可能引起其他闸门开度的调整。同时通过与实测资料进行对比验证,所获得的渠道断面水流响应特征规律与实际基本相符,模拟渠道水深值与实测水深值误差在±10 cm之间。该研究可为石头河灌区渠道信息化建设及水资源的优化配置提供科学依据。     

电动方向盘插秧机转向控制系统设计

电动方向盘作为农机导航系统的转向执行机构在中小型旱地拖拉机上已有应用,但在水田农业机械等转向阻力大的农机上的适应性尚有待研究。该文以井关PZ-60型水稻插秧机为平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,对插秧机自动转向控制进行了研究。构建了插秧机转向机构的系统模型,采用系统辨识试验获得了系统模型参数。设计了基于PID的嵌套转向控制算法,采用Simulink仿真模型验证了算法的可行性。分别进行了幅值10°的正弦波、水田小角度转向(直线行驶跟踪)和水田大角度转向(调头)控制性能试验,试验结果表明:插秧机正弦波转向跟踪平均绝对误差为0.301 5°,平均延时0.3 s;在泥底层平坦和不平坦的水田中直线行驶时的转向角跟踪平均绝对误差分别为0.354°和0.663°,平均延迟时间均为0.6 s,角度跟踪偏差最大分别为1.4°和3.6°,深泥脚转向阻力大时有1.4 s的控制滞后;插秧机以28°转向角调头时调节时间为2.5 s,稳态误差为0.6%。研究表明,电动方向盘转向系统具有较好的动态响应和控制稳定性,适用于插秧机作业的自动转向控制,满足插秧机自动导航作业要求。     

基于状态变换法的车辆悬架系统时滞反馈控制

为了提高车辆行驶平顺性和稳定性,研究悬架系统中时滞补偿控制效果,本文以赛欧轿车悬架系统为基础,建立2自由度车辆半主动悬架系统模型,设计了时滞反馈控制器,采用理论与试验相结合的方法对系统时滞反馈控制特性进行研究。首先建立含时滞的悬架系统动力学方程,采用常微分理论和多项式判别方法分析系统稳定性,并通过时域与频域仿真对结果进行验证。研究表明:采用传统二次型最优控制律对含时滞的悬架系统进行控制,当系统控制时滞较大时,系统定性特性可能会发生改变,甚至会失稳发散。为保证系统的稳定性,采用状态变换方法设计时滞反馈最优控制律,仿真表明采用该控制律不仅可以保证系统稳定性,系统的减振特性亦有改善。最后搭建了悬架时滞反馈控制平台,基于时域辨识方法测得系统固有时滞为0.065 s,通过对相同工况下仿真结果与试验结果进行对比,发现两者具有较好的一致性,误差在15%以内,满足业内使用要求,表明研究可信,结果可为主动/半主动车辆悬架控制器实际设计应用提供参考。     

农业机器人开放式结构控制系统的研究

在农业机器人控制系统的设计上采用开放式结构的思想。分析了开放式结构控制系统对硬件和软件的要求，采用PMAC(Programmable Multi-Axes Controller)运动控制卡以PC+DSP(Personal Computer & Digital Signal Processing)模式构建硬件平台；以RTLinux(Real Time Linux)为实时操作系统建立相应的软件体系结构，编写了PMAC基于RTLinux的驱动程序，并开发了相应的控制软件，设计出了具有开放式结构的农业机器人控制系统。以二自由度运动平台为控制对象进行了控制性能和实时性测试，当控制参数调整为：比例增益为19000，积分增益为1000，微分增益为1000，速度前馈为4700，加速度前馈为20，具有良好的瞬态特征、位置控制和速度控制性能；在RTLinux和Linux下运行相同任务消耗的时间分别为28.03s和30.28s。结果表明，该系统具有良好的控制性能和实时性。     

自动补苗装置精准定位自适应模糊PID控制

为实现补苗装置精准定位控制,解决自动移栽作业过程中因穴盘缺苗和取苗投苗失败而导致的漏栽问题,采用自适应Fuzzy-PID控制算法来实现钵苗输送的步进定位控制。构建了步进电机角速度控制传递函数的数学模型,设计了自适应Fuzzy-PID控制器及其模糊规则,通过MATLAB的Simulink模块建立了基于模糊PID控制器的步进电机系统角速度控制模型,以阶跃信号作为激励信号,自适应模糊PID控制和PID控制的仿真试验表明:PID控制的响应时间为7 s,出现超调量为0.1的振荡,通过调整PID控制器参数增大比例系数,系统响应时间缩短为2.2 s,系统响应速度明显加快,且未出现振荡环节;自适应模糊PID的响应时间为0.12 s,步进电机系统快速到达阶跃响应的稳态值,步进电机角速度控制稳定,角速度响应快,满足钵苗输送的定位要求。自动补苗试验结果表明:在植苗频率为40、50与60株/min时,补苗成功率分别为100%,100%、95.8%,且只要光纤传感器检测到漏苗信号,基于自适应Fuzzy-PID控制的步进电机系统快速响应,补苗控制系统都能准确及时地进行自动补苗。该研究可为解决自动移栽机田间作业的漏栽问题提供参考。     

基于扰动前馈补偿的HMT换段离合器控制方法

液压机械传动装置（hydro-mechanical transmission, HMT）是一种机-液耦合的强非线性系统,在换段过程中存在外界负载扰动和建模误差等因素影响其换段品质。该研究在分析HMT组成及工作原理的基础上,建立了HMT换段过程动力学模型和线性二次型控制模型,提出一种基于扰动前馈补偿的换段离合器控制方法,借助扰动观测器估计HMT换段过程的总扰动,将扰动补偿增益引入控制器的前馈项,实现扰动前馈补偿,并设计了抑制换段过程扰动的控制器。仿真结果表明,与未采用扰动前馈补偿控制相比,扰动前馈补偿控制的扰动值最大降低了48.9%、冲击度降低了27.8%、滑摩功减少了29.6%、换段时间减少了15.3%。最后通过试验验证了所提方法在快速处理换段过程扰动的同时,可较好地提升HMT的换段品质。研究结果可为液压机械传动装置的工程应用提供参考。