基于非奇异快速终端滑模的移栽机取送苗机构运动控制

作     者：张玉泉 任玲 杨苗 崔建谱 张聪华 

作者机构：石河子大学机械电气工程学院 农业农村部西北农业装备重点实验室 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52165036) 石河子大学高层次人才项目(RCZK2021B17) 石河子大学自主资助校级科研项目(ZZZC202105) 

主　　题：农业机械 移栽机 取送苗机构 非奇异快速终端滑模控制 干扰观测器 运动控制 番茄穴盘苗 

摘      要：针对番茄移栽机取送苗机构高速往复运动中产生的定位误差增大和稳定性下降的问题，该研究采用基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制策略，实现取送苗机构的定位控制。分析取送苗机构受约束情况，建立取送苗机构动力学模型；设计非奇异快速终端滑模控制器，并采用改进型分数阶自适应律（fractional-order adaptive law,fal）函数趋近律，保证取送苗机构位置控制的快速性和准确性。为防止控制器中非线性函数和摩擦振动导致的抖振，引入非线性干扰观测器，实现抖振有效抑制和系统跟踪的稳定性。在Matlab/Simulink软件中进行干扰下移栽机取送苗机构轨迹跟踪仿真试验，结果表明：非奇异快速终端滑模控制器保证系统跟踪误差在有效时间内收敛；引入干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制，改善系统控制抖振导致的收敛振荡，提高系统稳定性。最后搭建试验平台，通过高速摄影对取送苗运动轨迹和误差累积情况进行验证，结果表明：取送苗速率试验中位姿最大误差是2.63°，累计试验位姿误差在3°内，满足取送苗实际工作要求。该研究可为移栽机取送苗自动化提供参考。