基于光谱FOD与优化指数的银川平原土壤有机质含量反演

土壤有机质（SOM）是土壤肥力的重要组成部分,是作物生长的主要养分来源。为探究分数阶微分（FOD）联合优化光谱指数对低肥力地区SOM的反演效果,以银川平原为研究对象,对野外土壤高光谱反射率原始数据进行0~2阶FOD处理（间隔0.2阶）,构建优化光谱指数DI/RDI、DI/NDI、NDI/RDI、RDI/NDI、DI/GDI和RI/GDI,分析各指数与土壤有机质含量间的二维相关性,筛选出最佳优化光谱指数,并建立基于支持向量机（SVM）的SOM含量反演模型。结果表明：银川平原SOM含量整体偏低,其中93.05%处于四级到六级水平。土壤野外原始光谱反射率吸收特征差异明显,在1400、1900nm处有明显吸收峰。随着分数阶的不断增加,光谱反射率不断趋近于0。土壤DI/NDI、DI/GDI、RI/GDI、NDI/RDI和RDI/NDI在0~2阶最大相关系数绝对值（MACC）均小于0.80,DI/RDI在0.2~2.0阶范围内的MACC为0.9965~0.9986,其敏感波段主要集中在1450~1750nm和2100~2400nm之间。基于0.2阶微分处理的DI/RDI-SVM模型对SOM的反演精度最佳,建模决定系数R2c和验证决定系数R2p分别为0.98和0.99,相对分析误差（RPD）为4.31。研究结果可为低肥力地区的SOM含量快速、准确反演及制图提供科学依据。     

基于LightGBM和处方数据的番茄病害诊断方法

为高效地挖掘植物病害处方数据并辅助精准诊断,以番茄病毒病、番茄晚疫病、番茄灰霉病3种病害为研究对象,构建基于贝叶斯优化LightGBM的番茄病害智能诊断模型,探索作物病害处方数据挖掘及其精准诊断。重点对处方原数据（文本数据标签和One-hot编码等）进行预处理,以基于Wrapper的递归特征消除法进一步提取作物病害处方数据的特征;利用基于LightGBM算法构建番茄病害诊断模型,并与K近邻（KNN）、决策树（DT）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、梯度提升决策树（GDBT）、AdaBoost和XGBoost常见机器学习模型运行结果进行比较分析并进行优化;设计基于LightGBM模型的Android手机端植物医生病害诊断APP。实验结果表明,基于贝叶斯优化的LightGBM模型综合诊断准确率可达到89.11%,比其他7种机器学习模型的诊断准确率平均高3.65个百分点;同时特征选择后的LightGBM模型在保证模型准确率的基础上降低了前期数据收集难度,模型综合准确率提高至89.34%,其中番茄病毒病的诊断精确度和F1值均达到96%以上,运行时间减少了47.73%;最后通过番茄叶霉病和番茄早疫病两种病害对本文模型进行了泛化能力测试,实验结果表明该模型具有较强的泛化能力和实用性。基于LightGBM模型设计的APP可以实现用户人群友好的交互式可视化且满足实际诊断需求。     

轻简水肥一体机的设计及其在日光温室黄瓜种植中的应用效果试验

为解决农户传统水肥一体化灌溉方式中存在的施用营养液浓度均匀性差、劳动强度大、过量施肥等问题,研究设计了一种与膜下微喷灌高灌溉流量特性相匹配的大吸肥量、低成本的轻简水肥一体机.通过自主设计的性能测试平台对其吸肥性能进行了测试,从而确定了吸肥泵的安装位置.为验证该水肥一体机应用效果,首先检测了应用水肥一体机和传统方式下灌溉...     

无耦合空间移动并联机构型综合

为解决利用一般型综合方法得到的并联机构具有强运动学耦合性的问题,基于驱动力螺旋理论提出了一种无耦合空间移动并联机构型综合的系统方法。首先建立了无耦合移动并联机构运动输入输出关系的数学模型;然后根据机构速度雅可比矩阵为对角阵的条件推导出分支运动链驱动力螺旋和主动运动螺旋的形式;再根据互易积原理建立了分支运动链非主动运动螺旋的确定方法,给出了分支运动链型综合准则和步骤;最后将所综合的3条分支运动链按照指定的配置方式将动平台和静平台连接起来即可得到具有预期运动特性的机构。本文共综合出60种具有对称结构的无耦合空间移动并联机构,其中非过约束机构有47种,含有惰性副的有29种。所得到的部分机构的雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1。这些机构具有较好的运动和力学传递性能,进一步丰富和完善了并联机构的型综合理论。     

长期保护性耕作对冬小麦氮素积累和转运的影响

基于长期定位耕作试验(2006—2016年),探讨长期传统翻耕、免耕和深松耕作对冬小麦关键生育期0~100 cm土层土壤含水率的影响,分析长期免耕和深松耕作下冬小麦植株氮素积累和转运的特性。试验结果表明:长期免耕和深松耕作较传统翻耕均不同程度提高了0~100 cm土层土壤含水率,但在较干旱年份,不同生育期免耕蓄水保墒效果优于深松耕作。从冬小麦扬花期到成熟期,无论何种耕作方式氮素在茎和叶中的分配比例逐渐减小,在穗中的分配比例逐渐增大。扬花期,与传统翻耕相比,连续2 a免耕分别提高茎、叶和穗的平均氮素积累量44.3%、80.5%和70.9%,而连续2 a深松耕作未呈现显著变化;成熟期,连续2 a免耕和深松耕作较传统翻耕均显著降低了茎的平均氮素积累量,增加了籽粒的平均氮素积累量(P0.05),且免耕优于深松耕作。此外,与传统耕作相比,免耕显著提高冬小麦植株营养器官氮素转运量、转移率和营养器官对籽粒的贡献率(P0.05),而深松耕作仅在较干旱年份未明显提高冬小麦植株营养器官转运量和对籽粒的贡献率。综上,长期深松耕作并不能持续促进冬小麦植株氮素积累与转运,对于干旱少雨年份免耕优于深松耕作。     

考虑非线性摩擦模型的机器人动力学参数辨识

针对机器人动力学参数辨识的问题,提出了一种基于人工蜂群算法的辨识方法。考虑到关节摩擦特性,引入非线性摩擦模型,推导了机器人动力学模型的非线性形式。设计满足速度、加速度边界条件的五阶傅里叶级数作为激励轨迹来采集实验数据;利用人工蜂群算法,以蜂群为搜索单位,通过群体间的信息交流方式与优胜劣汰机制,对模型中的未知参数进行了辨识。最后,对得到的辨识模型进行了分析与验证,结果表明通过辨识得到关节预测力矩与测量力矩有较高的匹配度,所建立的非线性模型能够更好地描述机器人的动力学特性。     

小型无人直升机航向线性自抗扰控制

针对小型无人直升机航向系统存在内部不确定性和外部扰动大的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)算法来实现航向通道高性能控制方法。首先,分析和推导了Trex-600型无人直升机的航向模型,并引入阵风模型模拟实际飞行环境。然后,根据LADRC的控制原理设计了基于二阶LADRC的航向控制系统,并利用人工蜂群算法对控制器参数进行了整定。最后,对所设计的控制策略进行了仿真分析与实验验证,实现了无人直升机航向通道的轨迹跟踪控制,并与常见的PID控制进行了比较。结果表明:设计的LADRC控制器鲁棒性好、响应时间快、控制精度高,能够使Trex-600型无人直升机的航向角快速、精确地跟踪参考轨迹。     

混合悬架半主动控制器设计与试验

为改善传统被动悬架的动力学性能,回收悬架振动能量,设计了一种半主动混合悬架系统。建立1/4车动力学方程,分别研究馈能回路处于Boost模式和Buck模式时馈能回路内电流的变化情况,并分析MOS管占空比对直线电动机电磁阻尼力的影响。在此基础上,引入基于天棚和地棚混合控制的半主动控制策略。提出半主动控制参考力的概念,并运用粒子群算法确定其最优控制参数。通过对不同工作模式下电路电流的追踪,达到对电动机电磁阻尼力实时控制的目的。接着运用Simulink仿真搭建混合悬架系统模型,分别进行动力学性能、馈能性能以及电流跟踪控制效果对比。仿真结果表明,半主动混合悬架能够在改善车辆动力学性能的同时回收部分振动能量,所设计的半主动控制器对电流有较好的控制效果。最后,进行台架试验,通过对比试验结果验证了仿真结果的正确性。     

直流高压电场中枸杞的干燥特性与数学模型研究

以枸杞为对象,研究其在相同温度和湿度、不同强度直流高压电场下的干燥特性;检测干燥后枸杞的收缩率、复水率;测量高压电场和干燥箱干燥后枸杞内部多糖和维生素C含量;计算了舍伍德数、传质增强因子以及水分有效扩散系数;采用10种常用的薄层物料干燥数学模型和3个统计参数对干燥数据进行了模拟和比较。结果表明:在直流高压电场下枸杞的干燥速率明显比对照组的干燥速率大,在同一电压下枸杞的干燥速率随着干燥时间的延长逐渐减小,枸杞的干燥速率随着电压的提高而增加,单位能耗也随着电压的增加而增加。在直流高压电场下枸杞的复水率比对照组的复水率高,单因素方差分析表明,在直流高压电场下枸杞的复水率与对照组的复水率之间存在显著性差异,但收缩率之间不存在显著性差异。高压电场干燥比干燥箱干燥更好地保存了枸杞内部的营养成分。传质增强因子随着电压的增加呈线性增长关系,枸杞内部水分有效扩散系数随着电压的增加而增加。通过统计参数分析,发现所选的10个数学模型都可以用来描述枸杞在直流高压电场下的干燥过程,其中Midill and Kucuk模型最适合用来描述直流高压电场中枸杞干燥曲线的变化规律。高压电场影响枸杞表面的微观结构。这为优化直流高压电场干燥枸杞工艺,提高干燥效率和发展枸杞干燥技术提供了线索和实践指导。     

双断根嫁接机自动搬运与回栽装置设计与试验

为提高嫁接流程的自动化程度,设计了一种适用于双断根嫁接机的自动搬运及回栽装置,以解决嫁接后嫁接苗依靠人工搬运、回栽作业的问题。阐述了搬运及回栽装置工作原理,并对关键机构进行了仿真和运动学分析。通过嫁接苗贴接夹紧区域统计和嫁接苗搬运试验,确定搬运机构对嫁接苗的最佳夹持位置;当机构夹持嫁接苗夹子下端搬运,搬运成功率可达94%,平均耗时为2.5 s/株。通过镇压三因素三水平正交试验,确定嫁接苗镇压效果最优条件;当打孔孔径10 mm、打孔深度15 mm、镇压块形状为对分锥面镇压时,嫁接苗回栽试验成功率可达92%,平均耗时为4 s/株,满足目前全自动嫁接机的嫁接速度要求。试验表明,设计的嫁接苗自动搬运及回栽装置与嫁接机配套使用,可提高嫁接流程的自动化程度。