基于神经网络PID的丘陵山地拖拉机姿态同步控制系统

针对现有丘陵山地拖拉机姿态调整精度和可靠性难以满足实际使用需求的问题,基于神经网络PID算法设计了丘陵山地拖拉机车身和机具姿态同步控制系统。根据车身和机具不同的姿态调整要求,设计了相应的控制系统,并对其进行动力学建模,进而采用了基于神经网络PID的同步控制算法。以常规的PID控制算法作为对照,进行了仿真分析,仿真结果表明,基于神经网络PID算法的同步控制系统有效,且控制性能优于PID控制算法。在固定坡度路面和随机坡度路面上进行了作业试验,结果表明,其于神经网络PID控制算法的精度和稳定性均优于PID控制算法：在固定坡度路面上,车身横向倾角最大误差为0.8640°,左右摆角绝对值差最大误差为0.9600°,机具横向倾角最大误差为0.6497°;在随机坡度路面上,车身横向倾角最大误差为2.8740°,左右摆角绝对值最大误差为4.2800°,机具横向倾角最大误差为1.7620°。说明本文提出的方法具有较好的控制精度和稳定性,能够满足丘陵山地拖拉机的实际使用需求。     

秧苗嫁接机器人视觉与识别的研究

研制了一套应用于瓜果秧苗嫁接机器人的视觉系统，该系统能判别秧苗品质和秧苗方向，使得瓜类秧苗嫁接机器人在保证质量情况下实现全自动嫁接成为可能。     

基于滚动时域的无人水稻直播机运动状态估计

针对农业机械自动驾驶中非线性车辆模型具有未知干扰输入,以及测量输出不确定等问题,提出一种基于滚动时域的车辆运动状态估计方法（MHE）。将状态估计问题转化为固定时域的优化问题并充分考虑约束条件,从而实现对带约束非线性模型状态的估计。为提高MHE的计算效率并且考虑传感器采样频率不同,以及可能出现测量值缺失或异常,设计出一种多线程运行架构,使MHE更适合实际应用。使用Matlab建立水稻直播机自动驾驶仿真系统,仿真结果表明,MHE算法能有效补偿系统干扰和消除测量噪声,MHE估计出的横纵位置和航向角相比扩展卡尔曼滤波（EKF）估计出的更接近系统真值。使用MHE状态估计算法对水稻直播机无人作业过程中测得的横向偏差与航向角偏差进行估计。结果表明,时域窗口N取3～5时,MHE算法对消除状态的稳态误差和抑制测量值的不平稳性具有良好的效果,同时也能较好地反映状态值的真实变化,证明了MHE算法在补偿系统干扰和消除测量误差方面的优异性。     

小麦播种量电容法检测系统设计与试验

为实现小麦播种机播种量的精准检测,该文基于电容法设计了一套用于小麦播种量检测的系统,由检测分辨率和排种轮转速与采样频率约束关系确定传感器结构尺寸,建立了种子数量与电容变化量之间的线性关系。在采样周期为15 ms、排种轮转数20 r/min条件下,基于时间窗口建立了小麦播种量实时检测最小二乘回归模型。为了使检测系统适用于不同的排种轮转速,提出了一种通过改变采样周期的检测方法,即排种轮速度每增加5 r/min时,采样周期相应减少0.4ms,则上述建立的最小二乘回归模型仍适用,对不同的排种轮转速均具有较高的检测精度,相对误差介于-2.26%~2.17%之间。本文所设计的检测系统为实现小麦播种量的精准检测提供了一种有效途径,具有较好的实用性和经济性。     

中空液压马达系统建模与摩擦动态补偿算法研究

针对阀控中空液压摆动马达系统,建立数学模型;基于LuGre动态摩擦模型,设计摩擦状态观测器;在此基础上,通过提出带状态观测的滑模变结构控制算法进行大摩擦力矩动态补偿控制,并进行了试验研究。结果表明：所设计的摩擦状态观测器可以较好地估计摩擦力矩,基于状态观测的滑模变结构控制算法可以实现大摩擦力矩下的高精度轨迹跟踪,相比无状态观测的滑模控制,轨迹跟踪精度提高1个数量级以上。     

低对比度条件下联合收割机导航线提取方法

针对强光照下成熟小麦已收割区域和未收割区域对比度低、收割边界获取难度大的问题,该文提出了一种基于区域生长算法的联合收割机导航线精确提取方法。对摄像头采集的作物收割图像,利用区域生长算法分割出图像中未收割区域。生长阈值通过对图像灰度直方图高斯多峰拟合进行自适应计算。对分割得到的二值图像进行形态学处理,获取作物已收割和未收割区域分界线,然后采用最小二乘法拟合收割机作业导航线。试验结果表明:在小麦已收割和未收割区域对比度很低的情况下,所提方法能够精确地提取出小麦收获边线,并得到收割机作业导航线,与人工标定导航线夹角平均误差小于1.21°,可以为联合收割机的自动导航研究提供参考;处理一张900×1 200像素的图像时长约0.41 s,基本满足联合收割机导航作业的实时性要求。与传统方法对比发现,该文方法不易受作物生长密度和麦茬的干扰,导航线的提取精度更高,单幅图像的处理时间略有增加,但基本满足实时性作业要求。     

基于GPRS的变量施肥机系统研究

研制了一种基于GPRS的变量施肥机系统。介绍了系统的组成结构和工作原理,探讨了远程通讯控制器的软硬件设计,并在此基础上,研究了远程处方下载的工作过程,引入机群监控的概念,阐述了监控端软件的实现。田间试验结果表明,研制的变量施肥机能够满足精准农业意义上的变量施肥作业要求。     

基于线结构光源和机器视觉的高精度谷物测产系统研制

针对精准农业中谷物产量信息的高精度获取需求,设计了基于计算机视觉的谷物测产系统,由工业相机、线结构光发生器、电感式接近开关和工控机等组成。提出了基于线结构光的谷堆厚度测量方法,根据所建立的谷物几何模型计算出谷堆的体积,并采用电感式接近开关克服了传统光电式谷物测产系统存在的误触发问题。同时,研究了不同转速下结构光测量误差,建立了基于转速的线结构光测量修正模型,使得测量误差从1.1%减小为0.33%。在室内台架上进行了测产试验,试验结果表明,未使用线结构光修正模型的最大测产误差为12.73%,在使用了线结构光测量修正模型之后,相对测产误差在4.27%以内,该研究可为谷物测产研究提供理论依据。     

农用轮式移动机器人视觉导航系统

从整体组成、农田环境中跟踪路径识别、机器人相对于跟踪路径位姿计算、系统实时性和鲁棒性改善、横向控制等几个方面对农用轮式移动机器人视觉导航系统进行了比较全面的研究。基于通用小型四轮拖拉机研制了农用轮式机器人实验原型样机,用人工绿篱模拟农作物行开展了初步实验,结果显示,原型样机在纵向速度为0．27m／s和0．94m／s时都能较好地跟踪绿篱边缘。     

基于ARM和DSP的双变量施肥控制系统设计与试验

设计了一种开度、转速双调节变量施肥机控制系统的嵌入式解决方案,该系统集GPS和GPRS于一体,开发了基于ARM和DSP双CPU架构的嵌入式系统平台。上位机利用ARM9和WinCE系统支持图形化人机界面和触摸操作,能够实现施肥生产过程的信息输入与作业状况的实时反映;下位机利用DSP/BIOS实时操作系统完成排肥口开度和施肥轴转速的电动机伺服控制。详细阐述了系统软硬件结构及总体设计方案。该系统软硬件具有良好的扩展性、实时性、灵活性。实际测试结果表明该系统能够快速准确实现肥料精准投送。