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基于B样条优化的改进纯追踪农机导航曲线跟踪方法

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农业机械学报 2024年

作者：张闻宇胡力文王辉张国城罗锡文张智刚华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广东省农业人工智能重点实验室潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司

针对驾驶农机采样路径平滑性对跟踪效果的影响和曲线路径变曲率特性导致跟踪适应性较低的问题，提出了一种基于B样条路径优化的积分补偿模糊纯追踪控制方法。首先采用B样条插值方法平滑优化采样路径信息；再基于行驶规律分析农机曲率与... 详细信息

针对驾驶农机采样路径平滑性对跟踪效果的影响和曲线路径变曲率特性导致跟踪适应性较低的问题，提出了一种基于B样条路径优化的积分补偿模糊纯追踪控制方法。首先采用B样条插值方法平滑优化采样路径信息；再基于行驶规律分析农机曲率与作业速度对跟踪控制的相互作用关系，设计了模糊调整前视距离的纯追踪控制方法，该方法根据前期试验结果采用拖拉机速度和前视路径平均曲率模糊整定纯追踪前视距离，同时采用跟踪横向偏差设计前轮转角积分补偿，减小稳态误差。设计构建了曲线跟踪Simulink仿真模型并进行了仿真试验。仿真结果表明，改进方法的平均绝对和最大绝对横向偏差均值相较于传统纯追踪控制方法降低4.8%和7.1%。进行了拖拉机田间正弦曲线跟踪试验，插值路径对比试验结果表明，路径插值后跟踪误差较插值前降低75.9％。控制算法对比试验结果表明，拖拉机以速度1.0、1.5、2.5m/s跟踪不同幅值正弦曲线路径时，采用改进纯追踪方法平均绝对横向偏差均值分别降低36.8％、62.5％和61.03％，标准差均值分别降低27.8％、24％和46.3％。最后跟踪田间随机采样路径，当速度为2.5m/s时，横向偏差标准差为0.06m。本文方法有效提高了农机曲线路径跟踪精度，满足需要曲线作业的农业生产需求。

关键词：农机导航曲线 B样条曲线改进纯追踪模糊控制积分补偿

光散射法与空气动力学法粒径谱仪在评价PM切割器中的差异研究

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中国测试 2024年

作者：刘佳琪张国城张景秀吴丹田莹沈上圯丑佳屈晓虎张艳伟北京市计量检测科学研究院/国家生态环境监测治理产品质量监督检验中心北京是卓科技有限公司河北先进环保产业创新中心有限公司

HJ 93-2013采用气溶胶粒径谱仪检测切割器，但是对选用哪种原理的粒径谱仪未明确要求。本文分别利用光散射法和空气动力学法粒径谱仪对同一台旋风式PM2.5切割器进行检测，结果发现使用8个粒径单分散聚苯乙烯微球时，两种仪器都能得到预... 详细信息

HJ 93-2013采用气溶胶粒径谱仪检测切割器，但是对选用哪种原理的粒径谱仪未明确要求。本文分别利用光散射法和空气动力学法粒径谱仪对同一台旋风式PM2.5切割器进行检测，结果发现使用8个粒径单分散聚苯乙烯微球时，两种仪器都能得到预期的捕集效率曲线，相关参数也都合格。光散射粒径谱仪测量结果受颗粒种类影响显著，相比之下，动力学粒径谱仪测量结果基本不受颗粒物种类影响。结果表明，如果采用8个粒径单分散聚苯乙烯微球检测切割器，光散射或动力学法粒径谱仪都可以，结果差异不大，但是如果为了提高检测效率，采用混合多分散粒子，则只有动力学法粒径谱仪能满足要求。

关键词：光散射法空气动力学法粒径谱仪 PM 切割器捕集效率单分散多分散

浅谈环保在线监测设备检定、抽查、运维三者之间的关系

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中国计量 2024年第3期 73-76页

作者：张国城马越冯端惠婷牛爽胡博北京市计量检测科学研究院天津津普利环保科技股份有限公司

随着《实施强制管理的计量器具目录》的发布,很多水质类环境监测仪器从强检目录中被删除,给环保在线监测设备的后续监管留下难题。虽然强检取消,但仍可依据现有检定规程进行一般检定/校准,其作用是判断仪器能否被合格使用;在线监测仪器... 详细信息

随着《实施强制管理的计量器具目录》的发布,很多水质类环境监测仪器从强检目录中被删除,给环保在线监测设备的后续监管留下难题。虽然强检取消,但仍可依据现有检定规程进行一般检定/校准,其作用是判断仪器能否被合格使用;在线监测仪器由于存在漂移等因素影响,需要不定期重新标定,一般在日常运维中进行,而运维结果是否合理,即一台合格的仪器是否被合格使用,或被作弊修改,需通过不定期的环保抽查来监督。检定、抽查和运维是维护或确认环保在线监测设备性能和状态的3种重要方式。

关键词：计量学环保在线监测检定抽查运维

低功耗BDS-SPP/INS融合定位系统的设计与试验

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华南农业大学学报 2024年第3期45卷 437-445页

作者：张天张智刚罗锡文彭铭达张国城黄海翔苑炳轩张闻宇华南农业大学工程学院/南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室/广东省农业人工智能重点实验室广东广州510642 岭南现代农业科学与技术广东省实验室广东广州510642

【目的】融合定位设备大多依赖于BDS-RTK,而BDS-RTK功耗大,在网络信号不佳的区域无法获取差分链路,只能使用标准单点定位(Standard point positioning,SPP),而SPP定位系统存在定位误差大、抗干扰能力弱的问题。本研究致力于解决这些问... 详细信息

【目的】融合定位设备大多依赖于BDS-RTK,而BDS-RTK功耗大,在网络信号不佳的区域无法获取差分链路,只能使用标准单点定位(Standard point positioning,SPP),而SPP定位系统存在定位误差大、抗干扰能力弱的问题。本研究致力于解决这些问题。【方法】提出一种惯性导航系统(Inertial navigation system,INS)和BDSSPP传感器信息融合卡尔曼滤波方法,基于该方法开发了低功耗融合定位系统。采用BDS-RTK作为基准,测试了BDS-SPP的低功耗模块静态和动态的误差、航姿参考系统(Attitude and heading reference system,AHRS)零偏和噪声,同时进行滤波器融合定位试验,检测在单天线BDS受到干扰时AHRS的断点续航情况。【结果】BDS定位的静态误差为0.4726 m,BDS-SPP/INS融合定位系统动态平均标准差小于1.9137 m,相较于融合前减少0.1652 m。断点续航试验结果表明,融合定位系统偏移距离平均标准差为3.6365 m,相较于融合前减少了2.5900 m。BDS-SPP/INS融合定位系统比BDS-RTK定位系统功率降低了33.3 W;融合后的输出频率较单独采用BDS-SPP情况提高了3倍。【结论】本文的融合定位装置提高了BDS-SPP的抗干扰能力,减少了定位误差,可以在缺少RTK链路的情况下为农业机器人提供定位,可以为农业机器人导航研究提供了技术基础。

关键词：农业机器人低功耗 BDS 信息融合 Kalman滤波 INS

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基于改进WOA-BP神经网络的网格化空气质量监测仪数据修正

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仪表技术与传感器 2024年第2期 44-49,55页

作者：闫续张国城冯端田莹沈上圯杨振琪董谋赵红达北京市计量检测科学研究院/国家生态环境监测治理产品质量监督检验中心(北京) 北京师范大学物理学系

空气污染严重威胁人类健康,近年来逐渐兴起的基于传感器技术的微型空气监测仪(简称微型站)具有体积小、造价低的优点,符合当前网格化、精细化的空气质量管理模式。但微型站中使用的电化学传感器存在复杂的气体交叉干扰,影响设备的准确... 详细信息

空气污染严重威胁人类健康,近年来逐渐兴起的基于传感器技术的微型空气监测仪(简称微型站)具有体积小、造价低的优点,符合当前网格化、精细化的空气质量管理模式。但微型站中使用的电化学传感器存在复杂的气体交叉干扰,影响设备的准确性。针对交叉干扰非线性,难以用明确的数学表达式描述的问题,提出将改进鲸鱼算法优化的反向传播(CIWOA-BP)神经网络应用于微型站数据的修正。CIWOA-BP算法结合了BP神经网络善于处理非线性黑箱问题的优势以及CIWOA全局寻优的能力。结果表明:经过CIWOA-BP修正后的微型站可以实现对混合气体中的NO_(2)、CO、O_(3)和SO_(2)的准确定量分析,4种气体的计算值和实际值之间的拟合优度(R^(2))均超过了0.97,效果优于一元、多元线性回归和传统的BP神经网络,可以很好地提升设备对空气污染物的监测精度。

关键词：网格化空气质量监测仪微型站改进鲸鱼算法 BP神经网络电化学传感器气体交叉干扰

光散射法与空气动力学法粒径谱仪在PM_(2.5)切割器评价中的差异研究

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中国测试 2024年第5期50卷 93-99页

作者：刘佳琪张国城张景秀吴丹田莹沈上圯丑佳屈晓虎张艳伟北京市计量检测科学研究院/国家生态环境监测治理产品质量监督检验中心北京100029 北京是卓科技有限公司北京102200 河北先进环保产业创新中心有限公司河北石家庄050035

环境标准HJ 93—2013采用气溶胶粒径谱仪检测切割器,但是对选用哪种原理的粒径谱仪未明确要求。该文分别利用光散射法和空气动力学法粒径谱仪对同一台旋风式PM_(2.5)切割器进行检测,结果发现使用8个粒径单分散聚苯乙烯微球时,两种仪器... 详细信息

环境标准HJ 93—2013采用气溶胶粒径谱仪检测切割器,但是对选用哪种原理的粒径谱仪未明确要求。该文分别利用光散射法和空气动力学法粒径谱仪对同一台旋风式PM_(2.5)切割器进行检测,结果发现使用8个粒径单分散聚苯乙烯微球时,两种仪器都能得到预期的捕集效率曲线,相关参数也都合格。光散射粒径谱仪测量结果受颗粒种类影响显著,相比之下,动力学粒径谱仪测量结果基本不受颗粒物种类影响。结果表明,如果采用8个粒径单分散聚苯乙烯微球检测切割器,光散射或动力学法粒径谱仪都可以,结果差异不大,但是如果为了提高检测效率,采用混合多分散粒子,则只有动力学法粒径谱仪能满足要求。

关键词：光散射法空气动力学法粒径谱仪 PM_(2.5)切割器捕集效率单分散多分散

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氮中甲苯气体标准物质的研制

化学分析计量 2024年第3期33卷 1-5页

作者：潘素素宁雪蕾周志宽张国城杨洋冯端北京市计量检测科学研究院国家生态环境监测治理产品质量监督检验中心北京100029

介绍了氮中甲苯气体标准物质的制备方法。以高纯氮气和高纯甲苯试剂为原料,采用液体注射法,将高纯甲苯试剂气化注射到钢瓶中,并采用重量法配制目标气体标准物质。采用气相色谱法(FID检测器)对制备的标准物质进行均匀性、稳定性检验,并... 详细信息

介绍了氮中甲苯气体标准物质的制备方法。以高纯氮气和高纯甲苯试剂为原料,采用液体注射法,将高纯甲苯试剂气化注射到钢瓶中,并采用重量法配制目标气体标准物质。采用气相色谱法(FID检测器)对制备的标准物质进行均匀性、稳定性检验,并对定值结果的不确定度进行评定。研制的氮中甲苯气体标准物质标称摩尔分数分别为0.999、5.01、9.23、50.38μmol/mol,相对扩展不确定度为3%(k=2),均匀性和稳定性良好,有效期为12个月。

关键词：甲苯气体标准物质重量法液体注射法气相色谱法

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氮中六氟化硫气体标准物质制备

化学分析计量 2024年第1期33卷 7-11页

作者：潘素素宁雪蕾周志宽张国城杨洋冯端北京市计量检测科学研究院国家生态环境监测治理产品质量监督检验中心北京100029

采用称量法制备氮中六氟化硫气体标准物质。通过与摩尔分数相近的国家一级气体标准物质在相同实验条件下比较测量,从而确定制备的气体标准物质的量值。采用气相色谱仪-火焰光度检测器(FPD)对制备的标准物质进行均匀性、稳定性检验。由... 详细信息

采用称量法制备氮中六氟化硫气体标准物质。通过与摩尔分数相近的国家一级气体标准物质在相同实验条件下比较测量,从而确定制备的气体标准物质的量值。采用气相色谱仪-火焰光度检测器(FPD)对制备的标准物质进行均匀性、稳定性检验。由比较法定值、均匀性和稳定性引入的不确定度,计算合成氮中六氟化硫气体标准物质量值的相对标准不确定度和相对扩展不确定度。研制的3种浓度的氮中六氟化硫气体标准物质摩尔分数分别为10.0、99.96、1002μmol/mol,相对扩展不确定度为2%(k=2),均匀性和稳定性良好,有效期为12个月。

关键词：氮中六氟化硫气体标准物质制备比较法定值气相色谱法火焰光度检测器

基于电动方向盘的拖拉机自动导航转向控制方法

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农业工程学报 2024年第1期40卷 48-57页

作者：张智刚黄海翔罗锡文张国城张闻宇彭铭达刘文锴华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 岭南现代农业科学与技术广东省实验室广州510642 广东省农业人工智能重点实验室广州510642

为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向... 详细信息

为提高轮式拖拉机自动导航过程中转向控制的精度与稳定性,该研究以雷沃欧豹M704-2H拖拉机作为试验平台,采用电动方向盘作为转向执行机构,分析转向机械间隙对控制精度的影响,针对转向间隙特性设计转向控制算法。首先,为了获得准确的转向角,利用GNSS(global navigation satellite system)与二轮车模型快速标定虚拟轮转角,标定结果表明:虚拟轮转角的最大误差为1.3°,平均误差为0.11°。然后,对转向系统的机械间隙进行分析,设计一种带有间隙补偿的模糊PD(proportional derivative)转向控制算法,并在Simulink中验证算法的可行性。实车试验结果表明,该算法跟踪方波转角信号的响应时间为1.1 s,最大稳态误差为0.65°,平均稳态绝对误差为0.132°。跟踪正弦波转角信号的平均延时为0.5 s,最大误差为1.91°,平均绝对误差为1.09°。与无间隙补偿算法相比,有间隙补偿算法跟踪方波信号最大稳态误差减小了0.022°,平均稳态绝对误差减少了0.112°,角度误差在±0.2°内的时间提升了71%;跟踪正弦波信号最大误差减小了0.68°,平均绝对误差减小0.23°。田间直线导航转向控制试验结果表明,转角跟踪的绝对平均误差为0.61°,最大跟踪误差为2.82°,转向控制跟踪精度较高,稳定性好,满足导航作业需求。

关键词：农业机械算法电动方向盘转角标定转向控制机械间隙

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