基于有限状态机的农机导航多任务调度研究

为了解决总线式农机导航控制系统中的事件响应及数据延迟问题,将农机导航控制功能划分成不同优先级的多个子任务模块,将有限状态机理论引入作为导航控制系统多任务调度的理论基础。基于有限状态机理论和实际导航控制过程建立导航事件与导航控制任务的关联关系,并对每个任务设有优先级,实现了对导航控制事件的快速分级响应。最后,采用基于本文提出的多任务调度方法的插秧机自动导航控制系统进行了实车路径跟踪实验。实验结果表明:本文所提调度方法可以很好地完成导航控制任务,直线路径平均跟踪误差为3.28cm,曲线路径平均跟踪误差为5.0 4 cm。     

宽幅播种机折叠机架的模态分析

为了得到宽幅播种机折叠机架的振动特性,验证机架的设计是否合理,以自主研发的2BMZ-13型气吸式免耕精量播种机折叠机架为研究对象,进行了模态振动分析。采用三维建模软件Pro/E和有限元仿真分析软件ANSYS Workbench建立机架的有限元模型,通过模态分析模块得出机架前6阶振型的固有频率、振动方向和极值等振动特性,输出各阶的振形图,并将仿真分析结果与外激频率进行对比。研究结果表明:折叠机架结构设计合理,机架固有频率没有发生重叠且避开了外激频率,避免了共振现象的发生。本研究对提高播种机的播种精度、延长播种机的使用寿命具有重要意义。     

两段式花生摘果特性试验研究

为探明两段式收获条件下花生摘果特性,提高花生联合收获机的收获质量,以江苏宿迁地区天府9号为试验对象,应用室内与田间试验相结合的研究方法,研究收获期影响摘果特性的主要因素,揭示花生荚果含水率、晾晒时间、果柄力学特性和摘果作业质量的内在关系。结果表明:基于不同的试验条件与方法,果柄拉断力有所差异,但随晾晒时间(含水率)变化趋势一致,在晾晒2~3天时,果柄拉断力达到峰值,且秧柄节点拉断力大于果柄节点;确定最佳摘果时间为晾晒5~6天,并经捡拾联合收获机摘果试验验证。研究结果为摘果装置的结构参数和运动参数提供了直接依据,并为两段式收获模式下最佳捡拾摘果时间提供了参考,同时为深入研究摘果效率与摘果损失提供了参考。     

家庭式微植物工厂监控系统设计

为了解决家庭阳台种植作物过程中湿气重、难控制的问题,提出了家庭式微植物工厂。它是密闭式的,利用智能化控制技术使作物进行自我调节,采用层结构设计及配套环境监测装置。监测系统是以无线传感技术、控制技术和多传感器融合技术为核心;以STM32为核心控制单元;以上位机为终端实时显示系统内环境参数的家庭种植环境监控设备。系统实现了微型植物工厂内部温湿度、光照等多个环境因子的实时显示和精确控制,具有较高的实用性。      

MATLAB在植物电信号降噪处理中的应用

植物电信号具有复杂性和时变非稳态特性,在获取有用信号前,需要对原始信号进行预处理,并将采集的信号严格地限制在有用的频段内。首先对信号进行低通滤波,以抑制高频噪声;然后采用陷波滤波器消除因测试环境中的有源设备而引起的50 Hz工频干扰。另外,采用小波降噪的方法处理采集的信号,更容易地分离出噪声或其他不需要的信息。通过MATLAB语言进行编程,设计数字滤波器,对信号进行预处理,并且用小波分析方法对信号进行分析,实现了降噪和去除干扰的目的,从而对植物电信号进行有效的分析。      

侧挂式电动移栽机系统开发

现有的大田使用的蔬菜苗移栽机,体积庞大,作业半径较大,动力一般为内燃机,作业时有废气排出,很难直接应用于温室内作业。侧挂式电动移栽机系统采用水平侧挂结构,尺寸小,转弯灵活;以直流电动机作为移栽动力,无废气排出,不会对温室内空气环境造成污染;更适合温室内移栽作业,不仅可以提高种植效率,也有利于降低劳动强度和劳动成本。      

果蔬采摘机械臂结构设计与性能测试

针对作业空间较小的大棚果蔬采摘环境,研制了串联式4自由度关节型果蔬采摘机械臂。采用SolidWorks建立了机械臂的3维模型,在拉格朗日法建立动力学分析模型的基础上,利用ANSYS和ADAMS分析软件,对机械臂进行静态结构分析和运动学、动力学仿真分析。静力学仿真结果表明,机械臂的最大应力为8.181 8 MPa,最大形变为0.000 329 11 m,结构设计合理,强度符合要求;运动学仿真结果表明,机械臂可以精确到达目标位置,运动过程平稳;动力学仿真结果表明,各关节的最大力矩均在安全合理的范围。为进一步验证设计的合理性,对研制的果蔬采摘机械臂进行了性能测试,结果表明机械臂定位精度最大误差±2.5 mm,平均误差±1.1 mm,带载能力3 kg,机械臂运动平稳,可以满足果蔬采摘作业要求。      

不同生育阶段土壤含水率对番茄果实维生素C含量的影响

为实现番茄的优质生产及水资源高效利用,探求不同生育阶段土壤含水率与番茄果实维生素C含量之间的关系。以番茄苗期、始花结果期、果实生长初期、膨大期和品质形成期5个阶段的土壤含水率为试验因素,每个因素设5个水平,采取五元二次通用旋转组合设计,进行盆栽试验。建立维生素C含量与不同阶段土壤含水率的数学模型,分析因子主效应、单因子效应及两因素的耦合效应,并对模型模拟寻优。结果表明,品质形成期土壤含水率对番茄果实维生素C含量的影响最大,苗期次之,始花结果期最小。控制其它阶段土壤水分为(70%~80%)θf时,果实维生素C含量随苗期、始花结果期土壤含水率变化不大(变异系数分别为2.46%、3.08%);随果实生长初期、膨大期和品质形成期土壤含水率呈抛物线变化,且影响程度依次增大(变异系数分别为5.79%、8.09%、17.25%),且这3个阶段土壤含水率分别为(67.79%~77.79%)θf、(65.58%~75.58%)θf、(68.86%~78.86%)θf时,维生素C含量有最大值,分别为24.10、24.21、24.10 mg/(100 g)。耦合效应表明,苗期与始花结果期和果实生长初期、始花结果期与膨大期、膨大期与品质形成期土壤含水率对番茄果实维生素C含量的交互作用均呈正效应;苗期与膨大期和品质形成期、始花结果期与果实生长初期和品质形成期、果实生长初期与膨大期和品质形成期土壤含水率间的交互作用均呈负效应。在5个阶段土壤含水率分别为(50%~60%)θf、(90%~100%)θf、(50%~60%)θf、(80%~90%)θf、(70%~80%)θf时,番茄果实维生素C含量达最高30.10 mg/(100 g),但不利于产量的形成。当5个阶段土壤含水率分别为(90%~99.9%)θf、(90%~99.8%)θf、(90%~99.6%)θf、(74.0%~81.8%)θf、(74.3%~82.5%)θf时,可以同时获得较高的番茄单株产量(996.75~1 037.99 g)和维生素C含量(25.40~26.02 mg/(100 g))。     

动静磨盘式薏苡脱壳试验台设计与试验

薏苡脱壳多采用主粮加工业的一些通用设备,专业加工技术装备缺乏,存在物料品种适应性差、一次脱净率低、破损率高、作业效率低等诸多问题。为找出薏苡脱壳的脱壳方法,针对其物料特性和脱壳要求,分析对比主要的脱壳方法,设计一种动静磨盘式薏苡脱壳机构并进行试验,为薏苡脱壳装置的优化设计提供依据。     

农田平地机激光发射平台调平控制系统设计

为使农田平地机双源激光定位系统的激光发射平台检测数据更精确、调平实时性更好,设计了激光发射平台自动调平控制系统。该系统采用三脚支撑的平台支撑方式,利用倾角传感器检测平台的倾斜度,通过步进电机驱动平台3条支腿伸缩从而实现平台调平。通过加入倾角传感器数据处理算法和基于RBF神经网络的智能PID控制算法,激光发射平台检测的数据更精确,能满足双激光源定位系统的要求,使农田平地机平地作业更精确。