基于Zigbee通信的节能型混合式机械增氧系统

构建了一套增氧系统,采用耕水机和微孔曝气增氧机混合增氧的模式,白天通过定时控制以耕水机工作为主,晚上或阴雨天缺氧时以微孔曝气增氧为主。在环境参数不断变化的情况下,为了保持溶解氧的稳定,控制方法采用误差反传的模糊神经网络控制。试验表明,在相同条件下采用混合式增氧控制较传统的叶轮式增氧可节约电能40.6%,提高产量31.9%,最终利润提高136.1%。水质参数测量采用Zigbee通信,通信协议采用优化的低能量自适应分层协议,并根据水体溶解氧测量的实际要求,设置参数测量的软、硬阈值以减少节点数据发送的次数,达到节能和供电电池剩余能量均衡的目的,试验表明优化后的无线传感网络寿命延长了58%。     

果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制

为了尽可能减小采摘机器人末端执行器在采摘过程中对果蔬的损伤,提出了一种基于广义比例积分(GPI,generalized proportional integral)的抓取力矩控制方法。首先,对由电机驱动的末端执行器建立模型,推导出电机输入电压与负载力矩之间的数学关系;然后,利用积分重构器设计GPI力矩反馈控制器,将力偏差转化为电机的输入电压控制。该方法不需要对力矩跟踪误差进行求导计算,避免了求导所带来的系统延时和噪声问题。仿真和实物抓取试验结果表明,采用GPI的末端执行器力矩控制对跟定信号的跟踪误差达到10-3量级,具有良好的力矩跟踪能力,与传统PI(proportional integral)控制方法相比,其控制力矩和电机控制电压输出平稳,降低了末端执行器抓取时对果蔬的损伤,无损采摘效率达到90%,比PI控制的采摘完好率高出8个百分点,适合于对果蔬的柔顺抓取控制。该研究可为果蔬采摘机器人无损采摘提供参考。     

水草全自动清理船控制系统

为了满足河蟹养殖对水草定期修剪清理的要求以及提高水草收割的效率,设计了一种基于ARM的中小型智能化GPS自主导航的水草清理船,阐述了其割收一体化的机械结构与工作原理,以及无舵明轮推进器、回旋式切割装置、割深自动调节器的结构特点。采用智能移动机器人PI与PD控制和高精度GPS导航控制等技术,设计了其GPS自主导航控制系统。实验结果表明,该船的直线航迹误差控制在±30cm范围内。在满足收割要求的基础上,能够有效避免偏航导致的重复切割或漏割。     

基于CLAHE的苹果树树枝迭代阈值分割方法研究

针对农业采摘机器人自主导航和采摘过程中的障碍物树枝识别问题,为解决迭代阈值分割算法在目标与背景图像灰度差别不明显情况下的分割缺陷,提出了基于对比度受限自适应直方图均衡化基础上的果树树枝迭代阈值分割方法。首先,通过颜色空间变换,将RGB颜色空间的果树树枝图像转换到XYZ和I1I2I3颜色空间,并提取出X-Y色差因子和I2颜色因子,对其进行灰度差别分析;然后,对灰度差别不明显的图像进行对比度受限直方图均衡化处理后,再进行迭代阈值分割,从而剥离出树枝区域。实验结果显示,采用本文方法,树枝图像分割成功率为92%。     

Winsock在工厂化水产养殖监控网络系统中的应用

介绍了一种利用Winsock控件在TCP和UDP协议基础上建立的网络化水产养殖监控系统。该系统采用服务器/客户机模式,以实时数据库为核心,利用Winsock实现众多功能模块之间的数据通信,从而构成了一个功能丰富、操作灵活方便的系统,实现了具有优秀扩展能力的监控系统。     

故障树分析在水产养殖监控系统可靠性设计中的应用

简单介绍了水产工厂化养殖计算机监控系统的组成及工作原理，该系统是一个由工业控制计算机作为上位计算机、单片机控制系统作为下位计算机的典型计算机集散控制系统。为保证系统工作的安全可靠性，增强系统的实用性，以鱼类因水体溶解含氧量严重超限而死亡作为顶事件为例，进行了故障树分析，得到了提高系统可靠性的基本思路：即利用单片机和上位机的软硬件冗余资源来构成容错系统，通过改变故障树的拓扑结构来减少低阶最小割集数，以降低顶事件发生的概率。通过对故障树的评价，提出了提高系统可靠性的基本方法，主要有：减少人为操作失误；单片机系统硬件进行可靠性设计；单片机和上位机的控制系统软件中增加和完善纠错程序和故障诊断程序。理论分析和试验结果表明，采用文中所述方法能有效消除系统中由于部分硬件故障、软件缺陷、人为失误、以及受外界电磁干扰等不良因素所带来的不利影响，保证水产养殖的正常进行。     

基于无线传感器网络的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统

为了便于对规模化水产养殖池塘溶解氧的监控,该文研制了一种基于无线传感网的水产养殖池塘溶解氧智能监控系统,实现对池塘溶解氧的分布测量、智能控制和集中管理。针对常规模糊PID控制器自适应能力低,提出了一种可变论域模糊PID控制器,根据溶解氧误差和误差变化的大小动态调整模糊控制单元的输入输出变量论域,能较好地解决了模糊控制规则数量与溶解氧控制精度之间的矛盾,实现了PID控制器参数的自整定。根据池塘溶解氧变化的非线性、大时滞和大惯性等特点,设计基于变论域模糊PID控制器与增氧机转速PID调节器构成的池塘溶解氧串级控制系统,溶解氧控制器的输出为增氧机转速调节器的输入,增氧机转速调节器输出改变增氧机转速使溶解氧浓度快速跟踪目标值。根据溶解氧测量数值序列的变化趋势,基于灰色理论和权重构建组合灰色溶解氧预测模型,以预测值作为变论域模糊PID控制器的反馈值,实现对溶解氧的预测控制,起到超前调节的目的。在试验池塘和对照池塘分别采用变论域模糊PID控制器和模糊PID控制器对池塘溶解氧进行调控,对照池塘溶解氧的响应时间比试验池塘延长15 min左右,超调量扩大2.96倍,对照池塘溶解氧的标准差、均方差、最大误差和最小误差指标比试验池塘扩大3~4倍。试验结果表明可变论域模糊PID控制器能够改善池塘溶解氧控制系统的动态性能,提高控制系统的稳态精度,有效地抑制影响池塘溶解氧稳定的诸多不确定因素的干扰,满足水产养殖对池塘溶解氧的要求,为解决非线性和大时滞复杂对象的控制问题提供一个新的控制思路。     

河蟹养殖全覆盖自动均匀投饲的轨迹规划与试验

河蟹养殖投饵喂料需要全塘均匀覆盖,目前主要靠人工驾驶或遥控船载投饲机在池塘中进行投喂,准确度和效率较低,难以保证投饲效果。针对以上情况,基于GPS（global positioning system）船载移动式自动投饲系统,研究了一种全覆盖轨迹规划方法,满足河蟹养殖池塘自动均匀投饲要求。该文利用轨迹规划系统建立池塘区域平面坐标系;以实际饵料累积密度与期望分布密度间的均方差最小作为衡量投饲均匀度的目标函数,求解出系统最优运行参数,生成往复遍历式自动投饲轨迹。仿真结果表明,在面积为2298.08 m2的不规则四边形池塘区域中,取饵料分布密度期望值为9 g/m2时,最优计算投饲系统运行参数对应的轨迹规划效果要优于传统经验估算参数。试验结果表明,当分别用两组参数进行自动投饲作业时,投饲船的实际航行轨迹与理论投饲轨迹都只有很小的偏移,与仿真结果具有一致性;同时,最优计算运行参数对应实际路径总长度、投饲路径长度、作业总时间、投饲时长、饵料分布密度均值、覆盖率等各项指标与仿真结果相比,相对误差分别为6.85%、2.71%、10.07%、10.41%、3.06%和1.87%,验证了全覆盖轨迹规划方法的可行性。该文可为河蟹养殖自动均匀投饲和其他水产养殖中需要沿池或全池自动均匀投饲轨迹规划研究提供重要参考。     

汽车电动助力转向与悬架集成系统的研究

转向与悬架系统是汽车底盘系统中影响车身姿态和行驶安全性的两大关键系统。由于汽车的运行工况是经常变化的,因此对转向或悬架的单独控制难以保证汽车操纵稳定性和行驶平顺性同时得到提高。因此,如果对转向与悬架系统进行组合并良好匹配,可以很好地改善汽车的操纵稳定性,又改善了汽车在各种行驶条件下的乘坐舒适性。因此本文对EPS与自适应悬架系统集成控制及控制器的设计进行了初步研究。     

复杂曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化与试验

对复杂曲面进行分片后,以实际涂层厚度与理想涂层厚度方差为目标函数,采用黄金分割法求解涂层重叠区域宽度的最优值。为提高喷涂效率,利用无方向的连接图表示曲面上的喷枪轨迹优化组合问题,采用改进的蚁群算法进行求解。仿真结果表明,蚁群算法的全局性和收敛速度都能达到满意的效果。喷涂试验中,采用三角网格划分法对复杂曲面工件进行造型,优化后的喷涂轨迹不仅能够满足涂层均匀性要求,而且喷涂时间节约了20%。