五台山南台山地草甸种群对旅游干扰的生态响应

以五台山南台为例,利用生态位的宽度指数,研究了草甸种群对旅游干扰的生态响应。结果表明:(1)紫羊茅、珠芽蓼和北方嵩草的生态位宽度较大,是群落的建群种。随着距离的增加,旅游干扰减小,不仅物种的数量越来越多,而且其生态优势也趋于增强,说明旅游干扰限制了种群对其周围资源的利用。其中,紫羊茅的相对优势在下降,而北方嵩草的相对优势却不断增强。(2)两种划分方法表明,北方嵩草、雪白委陵菜、零零香、歪头菜、小红菊和兰花棘豆是增长型的种类;扁蓄是衰退型的种类;地榆是波动型的种类。     

Spatial pattern and heterogeneity of soil properties in sand dunes under grazing and restoration in Horqin Sandy Land, Northern China

Applying a combination of classical and geostatistical methods, we identified soil properties and their spatial variation in a 5-year grazed sand dune (GSD5) and a 20-year recovered sand dune (RSD20) in Horqin Sandy Land, northern China. The paper assesses the effect of grazing, topography and vegetation restoration on spatial heterogeneity of soil properties. The results showed that soil organic carbon, total nitrogen, very fine sand (0.1–0.05 mm) content and their coefficients of variation were lower in GSD5 than in RSD20, while soil water contents (0–20 cm and 20–40 cm depths) were higher in GSD5 than in RSD20. Geostatistical analysis revealed that the spatial structured variance accounted for the largest proportion of total sample variance in soil properties at the measured scale under grazing and restoration. The spatial autocorrelation ranges were 66.30 m for soil organic carbon and 50.80 m for total nitrogen in GSD5 less than those in RSD20 (70.00 m and 76.10 m, respectively), while the spatial autocorrelation ranges of soil particle size fractions and soil water contents in RSD20 were less than those in GSD5. Kriging-interpolated maps also showed that the heterogeneity of soil organic carbon and total nitrogen and their degree of patch fragmentation were higher in GSD5 than in RSD20. These results suggested that continuous grazing resulted in an increase in spatial variability of soil nutrient and a decrease in spatial variability of soil particle size fractions and soil water content. Soil organic carbon and total nitrogen of sand dunes are associated closely with soil particle size fractions, relative height of sampling site and vegetation cover. Spatial patterns of soil properties are most strongly related to grazing, topography and plant-induced heterogeneity in sand dune ecosystems prone to wind erosion.     

农业活动对景观格局的影响

景观格局是自然和人类共同作用的结果,并随着经济发展和人口增长,农业活动在景观格局中起着愈来愈大的作用。放牧过程导致土壤退化和生物群落的不稳定,间歇式放牧会提高物种丰富度,促进生态系统的进化;植树造林不但有利于生态恢复和重建,而且对经济建设有巨大作用,更是保护生物多样性的手段;农作物种植包括物理干扰和化学干扰过程,改变了微生物的活性,同时对土壤性质产生影响;土地整理是人为的、强制性、时效性强的一种干扰,能在短期内对生态系统及景观格局产生剧烈影响,通过调整景观结构、改善景观破碎化,改变农业土地利用结构,使得社会效益、生态效益和环境效益均有所增加     

基于离散元法的板结草地破土切根刀优化设计与试验

不同结构形式的破土切根刀作业性能差异较大,为更好的打破草地土壤板结结构,对破土切根刀进行了结构设计与参数优化。应用离散元法构建土壤模型,并通过直剪试验对该模型进行参数标定;以破土切根刀的刃口角、滑切角及切齿角为试验因素,以耕作阻力、土壤扰动失效面积及比阻为目标参数,进行单因素试验和三因素五水平二次正交旋转中心组合设计试验,得到最优结构参数组合并加工优化破土切根刀进行草地试验。参数优化试验结果显示,当刃口角为37.8°、滑切角为33.6°、切齿角为51.8°时,破土切根刀作业效果最佳;草地试验表明,与三角形破土切根刀相比,优化破土切根刀在不同坚实度草地土壤的减阻率分别为11.8%和12.8%,作业后地表平整度更小且未出现明显翻垡,更符合草地作业农艺要求。研究结果可为破土切根刀的标准化设计提供理论依据。     

基于干扰观测器的直播机路径跟踪快速终端滑模控制

针对农田中存在不确定性干扰时,会导致建立的无人水稻直播机运动学模型精确度不高,从而使路径跟踪收敛时间长,跟踪效果较差等问题,提出由直播机运动学模型建立相应的非线性干扰观测器从而实现对不确定性复合干扰的精确观测。将观测到的干扰值补偿到运动学模型中以提高模型的精度,降低滑模控制的抖振。为了控制直播机沿指定路径作业并提高路径跟踪收敛时间,设计了一种快速终端滑模控制算法。基于李雅普诺夫判据检验了算法闭环系统的稳定性。使用Matlab/Simulink建立了农机运动学仿真模型,仿真结果表明,非线性干扰观测器能精确观测出系统的不确定性干扰。与不带干扰观测器的滑模控制算法相比,本文控制算法可有效减少收敛时间,抑制干扰带来的抖振。无人直播机水田作业实验表明,采用本文所提出的算法以1.2m/s的速度高效作业时,横向平均绝对偏差为0.0247m,均方差为0.0311m。并且转弯收敛速度快,无超调,路径跟踪精度满足实际作业要求。     

基于终端滑模和扰动观测的Buck型变换器复合控制技术

目前功率变换器的控制方法以纯状态反馈为主,当干扰较大时一般需要通过较大的增益来抑制干扰的影响,而高增益控制器通常会影响闭环系统的动态或稳态性能。为进一步提高Buck型变换器控制系统的动态和稳态性能,提出了一种基于非奇异终端滑模控制方法和扰动观测技术的复合控制方案。首先,考虑外界干扰、系统不确定以及参数变化的影响,建立Buck型功率变换器的平均状态模型;其次,基于非奇异终端滑模控制方法,设计滑模控制器,实现Buck型变换器的基本电压调节功能;最后,利用扰动观测技术,构造非线性扰动观测器实现对扰动的观测,并将扰动观测值作为前馈与状态反馈结合形成复合控制,进一步改善了系统的性能。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于粒子群算法的混联机构神经网络自适应反演控制

针对含有不匹配干扰的混联机构轨迹跟踪控制问题,提出了一种极限学习机与自适应反演控制相结合的控制策略。在对干扰进行分析的基础上,分别采用两个极限学习机网络对系统中的匹配和不匹配干扰进行逼近和补偿。基于Lyapunov函数稳定性设计了混联机构的控制律与自适应律,实现混联机构的轨迹跟踪控制。由于控制器可调参数较多,采用粒子群算法进行控制器参数的寻优整定。仿真结果表明,所提出的控制方法具有良好的轨迹跟踪精度和鲁棒性。     

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。     

国内外草地改良技术与机具研究进展

我国草地资源丰富,但退化情况严重,对退化草地实施改良是我国畜牧业持续发展的迫切要求。国外对退化草地多采取松土、免耕补播等方式进行改良,注重水肥综合利用。所使用的机具以减少土壤扰动、增加土壤透气、透水性以及大型化为主要特点。我国"十一五"期间研发了几种新型草地改良机械,研发的机具既满足了改良的工艺与农艺要求,也融入了保护性改良的先进理念。为此,通过总结国内外最新草地改良技术与机具的发展状况,指出改良过程中保护土壤和脆弱的草地植被系统,是我国未来草地改良技术及机械的发展趋势。     

异步电动机调速系统自适应辨识的CMAC-ADRC算法

针对异步电动机调速系统快速响应时启动超调量大的问题,提出了一种基于自适应参数辨识的小脑模型神经网络复合自抗扰控制(CMAC-ADRC)的控制算法。将CMAC与ADRC各自的优点相结合,利用CMAC神经网络实现前馈控制,通过在线学习来抑制系统的超调量,增强系统的鲁棒性能,提高系统的快速性能,利用ADRC技术实现反馈控制,进一步增强系统的抗干扰能力。利用参考模型自适应参数辨识技术对转动惯量进行辨识,优化自抗扰补偿系数。以变频器结合异步电动机为控制对象,进行仿真,基于自适应参数辨识的CMAC-ADRC控制算法的干扰响应幅度是一阶优化自抗扰控制下干扰响应幅度的44.57%,是小脑模型神经网络复合比例-微分(CMACPD)控制下干扰响应幅度的17.69%,干扰恢复时间是一阶优化自抗扰控制下干扰恢复时间的50%,是CMAC-PD控制下恢复时间的60%。搭建MCU-CPLD-DSP控制平台进行了实验,基于自适应参数辨识的CMAC-ADRC控制算法的超调量是一阶优化自抗扰控制的45.49%,上升时间是一阶优化自抗扰控制的53.33%,干扰响应幅度是一阶优化自抗扰控制干扰响应幅度的71%,干扰恢复时间是一阶优化自抗扰控制干扰恢复时间的76.47%。