激光控制平地系统设计与试验分析

开发了用于农田平地的激光接收与控制装置、液压调节装置、平地铲等。利用该系统与Trimble公司的激光控制平地系统进行了平地对比试验。试验结果表明，该系统工作性能稳定，与国产中等功率拖拉机液压动力输出匹配较好。     

油菜精量联合直播机随速播种控制系统设计与试验

针对传统油菜精量直播机多采用被动式地轮驱动排种器,高速时地轮易打滑,导致漏播、断条等现象,影响高速作业精量播种效果,且手动变速箱调整播量难以实现播种粒距、播量的精准调节等问题,设计了一种以STM32为主控器,通过蓝牙模块与手机端微信小程序进行实时数据交互的油菜随速播种控制系统。该系统采用地轮编码器和北斗接收器两种模式分别获取拖拉机低速和中高速作业时的前进速度,主控器分析各传感器数据并生成电机控制指令驱动闭环步进电机带动排种轴转动,实现排种轴转速与拖拉机前进速度匹配及无级播量调节;同时利用微信小程序设置目标粒距、传动比、地轮直径等参数以适用于不同类型播种机,并显示总播量、播种面积等关键参数;分析得出吸附种子临界负压为1477Pa,切换测速方式临界速度为3.7km/h,测速范围为1.44~12.77km/h,电机调速频率为5Hz。台架试验结果表明：随速播种控制系统播种性能优于恒定转速播种,播种速度2.6~7.8km/h时粒距合格指数大于87%。田间试验结果表明：本系统搭载一器双行正负气压组合式油菜精量排种器在作业速度为1.44~7.99km/h时播量误差小于3.9%、粒距合格率不低于84%,满足随速播种要求。     

冷冻干燥物料水分在线测量系统设计与试验

根据JDG-0.2型真空冻干试验机的工况特点,设计了基于可重组虚拟仪器的冻干物料含水率在线测量系统,可实时采集、分析计算、存储和显示物料的质量、含水率和失水率等相关参数.并绘制含水率和失水率的变化曲线,为冻干工艺过程的判别与调控提供了准确的数据.系统运行结果表明.物料质量的相对测量误差小于0.5%,含水率的绝对测量误差小于0.5%.满足冷冻干燥生产工艺过程监控的要求.     

流变态土壤切削试验用室内土槽与测试系统设计

根据农业机械在水田作业的实际情况,设计了模拟田间实际作业的水田试验土槽。阐述了设计方案及设计过程,提出了解决湿基制备、土壤含水率控制等问题的方法。根据室内试验土糟的功能和特点,开发了与之配套的试验数据实时采集系统。     

联合收获机视觉导航控制系统设计与试验

设计了联合收获机机器视觉导航控制硬件系统,提出了基于直方图的导航路径融合算法,在简化的二轮车运动学模型的基础上,设计了模糊PD控制器.麦田试验结果表明:旋转投影算法配合直方图融合算法能够有效地检测收获与未收获边界线,提高了控制系统的准确性与抗干扰性;在正常小麦收获速度挡位下,割幅变化范围在0.18m以内,在有外界扰动下(人为方向盘扰动),能在2～5s内回到正常的跟踪误差范围内.     

微波真空冷冻干燥装置设计与试验

阐述了微波真空冷冻干燥装置的总体结构、工作原理以及微波冻干仓的设计要点,详细分析了微波谐振腔、微波真空屏蔽结构和玻璃真空罩的设计,确定了主要工作部件的具体结构和相关参数。冬枣冻干试验研究表明,整机结构合理,性能稳定,安全可靠;与普通真空冷冻干燥相比,在产品质量相同的条件下,干燥时间节省了40.9%     

基于ISO 11783的拖拉机导航控制系统设计与试验

基于ISO 11783标准构建了拖拉机自动导航控制系统,系统包括5个电子控制单元(ECU),其中转向ECU节点可以根据从总线上接收到的转向指令来控制前轮转向.对自动导航控制系统的网络服务性能进行了分析,并进行了使用该系统的拖拉机直线路径跟踪试验.试验表明,基于ISO 11783的拖拉机自动导航控制系统能满足实时性要求,并能较好地实现路线跟踪,直线跟踪最大横向偏差为11cm.     

基于模糊PID控制的自适应喷雾系统设计与试验

针对现有果园风送式植保喷雾机的定量喷药装置,设计了一种基于模糊PID控制的自适应喷雾系统并进行分析试验。对喷雾机的结构进行设计,完成控制系统布置,使用模糊控制器对PID参数进行优化,并通过与传统PID控制器的仿真分析对比验证了模糊PID的控制效果。研究了自适应喷雾系统在实际作业过程中的喷洒效果,并验证了该系统在保证喷洒效果良好的情况下比连续喷药节约药液30%以上。该系统节省了劳动力,单人即可操作此风送式植保机。     

电动拖拉机综合台架试验系统设计与试验

电动拖拉机试验具有测试对象多和物理系统复杂的特点,单一试验系统不能满足电动拖拉机性能测试要求。根据电动拖拉机作业特点,通过分析其动力传动系统数学模型,确定了以电动机效率、电池组放电特性为测试变量的设计任务。采用模块化方法,设计了能源系统试验模块、动力系统试验模块和电动拖拉机综合试验系统整体方案。通过研究试验系统总体参数设计方法,得到了加载电动机、电池测试系统和直流电池模拟器等部件的参数计算模型。通过试验系统硬件选型匹配,设计了可满足90 k W以下电动拖拉机性能测试的试验系统。在该试验平台进行了电动拖拉机性能台架试验,结果表明:试验测试误差与前期仿真分析误差在10%以内,设计的综合台架试验系统对电动拖拉机部件性能测试的适用性较好,满足整机性能分析和标定的试验需求。     

基于PLC的U型管焊接控制系统的设计与应用

大型管式热交换器U型管的焊机存在操作复杂、不稳定、效率低以及操纵不便等不足,为提高可操作性和稳定性,本文构建了基于可编程控制器(PLC)的控制系统。该系统可实现对步进电机对焊接头正反转的速度及直流电机对进丝速度的控制,完成对U形管焊接,同时可与上位机进行数据交换。应用结果表明,与传统方式相比,该系统有更好的可操作性能,而且性能稳定,大大提高了生产效率。     

基于自抗扰控制的双重转向运动控制系统设计与试验

为进一步提升农业机器人底盘田间转向效率,设计了一种基于自抗扰控制的农业机器人底盘双重转向运动控制系统。根据苹果种植农艺需求和行驶环境,确定了底盘组成和主要技术参数,开展了硬件系统搭建和部件选型。建立了底盘4自由度动力学模型,明确了衡量转向效率的状态空间方程。提出了一种基于自抗扰控制的双重转向控制策略,建立了Simulink动力学仿真模型,并进行了转向仿真模拟。仿真结果表明,自抗扰双重转向运动控制模型横摆角速度为0.241rad/s,转弯半径为1.96m,扰动恢复时间为1.04s,相较于传统PID双重转向控制模型,该模型横摆角速度更大、转弯半径更小、恢复稳定状态更快。田间试验结果表明,底盘平均横向偏移距离为18.5cm,滑移率为4.84%,大半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值相比阿克曼转向控制分别减少0.60、0.57m,平均转向时间减少4.70、3.41s。小半径转弯测试中双重转向控制底盘的转弯半径平均值比阿克曼转向控制分别减少0.52、0.49m,平均转向时间减少10.27、8.22s。     

基于模糊控制的车速跟随变量喷雾系统设计与试验

针对目前大田宽幅机械变量喷雾精准化程度低、农机车速变化对喷雾效果影响考虑不充分的问题,为了提高精准施药、施肥能效,基于3WF-1000型喷杆式喷雾机,设计了一种自适应跟随车速的变量喷雾系统。该系统采用传感器实时采集农机行进速度、出水管流量与压力、药箱液位高度等信息,运用Bisector模糊控制算法优化控制策略,实现了比例阀阀门变化角度的动态控制,达到了对出水管流量精准调控的目标。为验证Bisector模糊控制算法应用于本系统的优越性,利用Matlab构建仿真模型,与PID算法、Centroid算法对比分析,Bisector模糊控制算法在调节时间、超调量、稳态误差方面均表现优越。田间试验过程中,进行了非行走设定车速、恒定车速跟随、动态车速跟随以及单位面积喷雾量试验,结果表明,3种车速运行状态,变量喷雾系统适应扰动达到稳定运行的调节耗时分别为13.4、27.6、17s,单位面积喷雾量的最大绝对误差比率分别为1.20%、2.27%、2.87%,能够满足大田精准施药的精度要求。     

基于模糊控制的车速跟随变量喷雾系统设计与试验

针对目前大田宽幅机械变量喷雾精准化程度低、农机车速变化对喷雾效果影响考虑不充分的问题,为了提高精准施药、施肥能效,基于3WF-1000型喷杆式喷雾机,设计了一种自适应跟随车速的变量喷雾系统。该系统采用传感器实时采集农机行进速度、出水管流量与压力、药箱液位高度等信息,运用Bisector模糊控制算法优化控制策略,实现了比例阀阀门变化角度的动态控制,达到了对出水管流量精准调控的目标。为验证Bisector模糊控制算法应用于本系统的优越性,利用Matlab构建仿真模型,与PID算法、Centroid算法对比分析,Bisector模糊控制算法在调节时间、超调量、稳态误差方面均表现优越。田间试验过程中,进行了非行走设定车速、恒定车速跟随、动态车速跟随以及单位面积喷雾量试验,结果表明,3种车速运行状态,变量喷雾系统适应扰动达到稳定运行的调节耗时分别为13.4、27.6、17 s,单位面积喷雾量的最大绝对误差比率分别为1.20%、2.27%、2.87%,能够满足大田精准施药的精度要求。     

基于CAN总线的拖拉机导航控制系统设计与试验

为提高农业机械导航控制的准确性,在东方红-X804型拖拉机平台上设计了一种基于CAN总线的导航控制系统,该系统包括导航控制器、GPS定位系统、转向系统以及CAN通信模块。上位机节点采用嵌入式ARM处理器AT91SAM9261,以双闭环PID控制算法实现转向控制,并基于收发控制芯片SN65HVD1050D设计了CAN接口电路。功能节点分别实现转向控制、油门开度控制、制动控制、角速度测量以及机具升降控制。根据CAN2.0总线协议制定了主动节点和从动节点的数据传输通信协议。进行了CAN通信试验以及田间作业试验。结果表明,CAN总线系统能保证信号及命令传输,东方红拖拉机能按照规划路径进行行驶、转向、变速等操作。其中,转向系统的方波信号角度跟踪稳态时平均误差0.41°,跟踪时间为1.32s;拖拉机田间试验过程中,直线行驶的横向跟踪误差平均值为0.021m,地头转向的横向跟踪误差平均值为0.016m。     

基于LiDAR的对靶喷雾实时控制系统设计与试验

针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统,该系统以二维激光雷达（Laser detection and ranging,LiDAR）作为探测器,利用地速传感器（True ground speed sensor,TGSS）获取喷雾车实时速度,建立了自适应延时喷雾模型,模型可不断调整喷雾延时时间。自适应延时喷雾模型包括延时存储器和延时计数器。延时存储器利用FIFO缓存区暂存喷雾指令;延时计数器指向延时存储器地址,其利用当前车速计算延时指数,取出对应延时存储器地址的喷雾指令并发送给电磁阀控制器,实现对靶喷雾。试验部分首先对系统响应时间进行分析,包括识别靶标时间、计算喷雾指令时间、通信时间、电磁阀响应时间,试验结果表明,系统响应时间为160ms,延时存储器共42个延时单元;其次通过Proteus仿真比较了单片机在采用M法、T法计算TGSS发出信号频率的准确性,结果表明M法更适合于本文所述测速系统的频率计算;在TGSS安装角确定后,喷雾车速度与方波信号的频率成正比关系,通过拟合确定了比例系数0.0099,拟合优度为0.9998;最后通过试验验证了系统的整体有效性,并测量了实时控制对靶喷雾系统的可识别最小间距,试验结果表明,可识别的最小间距在80~180mm之间,系统可识别靶标间距的能力随着喷雾车速度的提升而降低,当靶标间距大于180mm时,系统均可有效识别靶标。     

基于神经网络整定的PID控制变量施药系统设计与试验

针对常规的大田喷雾装备的定量施药方式,在机具行进方向上农药雾滴分布不均导致农药有效利用率低的问题,设计了一种基于神经网络整定的PID控制变量施药系统。该系统采用多传感器实时监测车速、流量、压力等信息,并以此作为控制依据,运用神经网络自学习能力修正PID参数,精准调控药液回流量,解决了现有变量施药控制算法存在的超调量较大、稳态误差较大、响应时间较长等问题,实现了大田单位面积内施药量恒定的目标。为验证本系统算法对精准变量施药的优越性,在Simulink平台下对常规PID、模糊PID和神经网络PID控制方式进行建模仿真,结果表明,神经网络PID控制在上升时间、超调量和稳态误差方面均优于其他两种控制方式。田间试验表明,在不同车速下,液滴沉积数量标准差均小于1.4个/cm2;在不同施药量、车速随意变化的情况下,机具纵向均匀度变异系数均小于6%;车速在4～11km/h范围内随机变化时,系统平均调节时间为0.72s,平均超调量为2.1%,实际施药量与理论值相差1.3%。     

基于变量马达控制的喷雾机驱动防滑系统设计与试验

高地隙自走式喷雾机因其作业环境复杂易产生车轮滑转,影响静液压驱动系统流量及压力稳定性,严重时导致整机失去通过性能,故须进行防滑控制,保证其具备驱动稳定性和脱困能力。本文提出一种高地隙自走式喷雾机静液压驱动系统防滑控制方法,采用双线性模型定义滑转率与附着系数之间的关系,设计了滑模控制器,并通过田间非道路试验验证了驱动防滑系统的控制性能。试验结果表明,该系统可将喷雾机滑转率控制在0.15以内。在起步加速与匀速工况下,喷雾机滑转率均值为0.020和0.019;在越沟工况下,可2s内实现整机快速脱困。以上结果验证了所设计的喷雾机滑模驱动防滑系统具有良好的防滑性能,能够保证喷雾机在典型工况下平稳行驶,有效减少了地面不利条件对整机行驶稳定性的影响。     

基于光谱信息的玉米变量追肥控制系统优化设计与试验

基于近地光谱信息的玉米变量追肥技术是实现氮肥科学合理施用的有效途径。为提高追肥控制系统的光谱信息获取精度及控制精度,对光谱传感器布置方式及系统控制方法进行了优化设计,并进行了田间追肥试验。对行式及分布式布置方式对比试验表明：光谱传感器分布式布置方式采集NDVI优于对行式布置方式,获取NDVI均值平均提高6.4%,方差平均降低0.038。NDVI采集数据采用滑动窗口均值滤波算法进行滤波,滑动窗口边长为15,均方差为0.0079。系统响应特性试验表明,系统的平均响应时间为1.5s,平均稳态误差绝对值为0.775r/min,平均超调量为10.6%,系统在排肥轮工作转速范围内具有较高的控制精度。田间施肥量控制效果评价试验表明,排肥理论转速与监测转速的平均相对误差为3.35%,可以实现精准施肥的目标。     

柴油机废气再循环冷却控制系统设计与试验

设计了EGR冷却控制系统,由单片机根据具体工况控制伺服电动水泵调节EGR冷却水的循环量．对再循环废气温度进行调节。分析了498型柴油机EGR废气温度对排放影响的实测结果,EGR在发动机较大负荷时需要冷却而小负荷不宜冷却。