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基于IWHO-EKF的高速免耕播种机播种深度监测系统研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 75-84页

作者：王淞衣淑娟赵斌李衣菲陶桂香毛欣黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319 黑龙江省农机智能装备重点实验室大庆163319 东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为解决免耕播种机高速(12~16 km/h)作业时因地势起伏造成机械振动与传感器测量误差导致的播种深度监测系统精度降低,以及单一传感器监测可靠性较差的问题,研究了一种基于改进野马算法(Improved wild horse optimizer,IWHO)优化扩展卡尔... 详细信息

为解决免耕播种机高速(12~16 km/h)作业时因地势起伏造成机械振动与传感器测量误差导致的播种深度监测系统精度降低,以及单一传感器监测可靠性较差的问题,研究了一种基于改进野马算法(Improved wild horse optimizer,IWHO)优化扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman filter,EKF)中关键参数Q_(sigma)、R_(sigma1)、R_(sigma2)、R_(sigma3)的多传感器数据融合算法(IWHO-EKF)的高速免耕播种机播种深度监测系统。首先,建立以激光、超声波与角度传感器为多传感器监测单元的播种深度监测模型;其次,通过卡尔曼滤波算法对3个单一传感器分别滤波;最后,提出一种加入莱维飞行与高斯变异的IWHO-EKF算法,将滤波后的3个单一传感器进行数据融合,从而解决机械振动干扰与传感器测量误差降低的问题,同时充分发挥多传感器融合信息,确保免耕播种机高速作业时实现高精度、高可靠性播种深度实时监测。为验证其优越性,通过IWHO-EKF算法与单一传感器监测、单一传感器滤波和WHO-EKF算法进行仿真对比试验与田间试验。仿真试验表明:基于IWHO-EKF的高速免耕播种机播种深度监测算法平均绝对误差为0.073 cm,均方根误差为0.090 cm,相关系数为0.983,实现了高精度监测,且精度相较于传感器原始监测值、滤波值与WHO-EKF算法均显著提升。田间试验结果表明:基于IWHO-EKF算法的高速免耕播种机播种深度监测系统相较于3个单一传感器监测值,平均绝对误差和平均均方根误差分别降低0.063 cm和0.067 cm,同时平均相关系数提升0.027,该系统能够提高播种深度监测系统的精确性和可靠性。

关键词：高速免耕播种机播种深度监测系统改进野马算法扩展卡尔曼滤波器数据融合

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高速精量播种机带式高速导种装置导种性能红外监测系统研究

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农业机械学报 2024年

作者：王淞衣淑娟赵斌李衣菲王光宇孙文胜黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江省农机智能装备重点实验室东北农业大学工程学院

为解决带式高速导种装置导种过程中种带托片与种粒均经过监测点，致使无法区分脉冲变化特征，导种性能难以监测的问题。研究一种基于红外传感器的带式高速导种装置监测方法并设计了监测系统。利用其导种特性提出了双侧脉冲比较法，设计... 详细信息

为解决带式高速导种装置导种过程中种带托片与种粒均经过监测点，致使无法区分脉冲变化特征，导种性能难以监测的问题。研究一种基于红外传感器的带式高速导种装置监测方法并设计了监测系统。利用其导种特性提出了双侧脉冲比较法，设计了带式高速导种装置监测模块硬件电路与软件程序。同时通过对监测系统采样试验结果分析，提出一种基于双侧脉冲值分析与能量掩码平滑算法（Bilateral pulse value analysis and energy masking smoothing algorithm，BPV-EMSA）的带式高速导种装置监测算法。仿真试验表明：该算法减少了原始脉冲的噪声和随机波动，使数据更加平滑稳定并突出了数据主要趋势和模式，同时抑制了瞬态脉冲干扰，提升了数据可解释性和分析准确性。监测系统精度试验结果表明：所设计的带式高速导种装置监测系统在不同作业速度下最高监测精度为97.65%，最低精度为95.99%，系统能够精确采集种粒经过监测点的脉冲变化。监测系统性能评价试验结果表明：播种合格率平均监测误差为2.00%，播种漏播率平均监测误差为1.45%，播种重播率平均监测误差为0.56%。播种合格率相对误差不大于2.23%，播种漏播率相对误差不大于1.78%，播种重播率相对误差不大于1.00%。该监测方法能够准确监测带式高速导种装置的导种性能。

关键词：高速精量播种机带式高速导种装置系统导种性能监测红外传感器信号处理算法

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拨齿式电驱动水稻育秧盘起盘机设计与试验

农机化研究 2024年第5期46卷 210-215页

作者：闫宇霆衣淑娟李渤海李衣菲田永久黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163319

针对北方水稻棚式育秧移栽生产模式中秧苗移栽前的起盘过程不适宜于铺设大型龙门架起盘机械,创制了一种拨齿式电驱动水稻育秧盘起盘机。阐述了整机结构及工作原理,阐明了机具拨起秧盘的基本原理,采用力学分析法对水稻育秧盘起盘机的拨... 详细信息

针对北方水稻棚式育秧移栽生产模式中秧苗移栽前的起盘过程不适宜于铺设大型龙门架起盘机械,创制了一种拨齿式电驱动水稻育秧盘起盘机。阐述了整机结构及工作原理,阐明了机具拨起秧盘的基本原理,采用力学分析法对水稻育秧盘起盘机的拨盘装置进行了设计,确定了影响起盘性能的拨盘装置结构参数及其取值范围。以拨盘装置转速、机具前进速度、拨盘装置离地高度为试验因素,以秧盘完整率和机具起盘效率作为性能指标进行三因素三水平正交试验。试验结果表明:拨齿式电驱动水稻育秧盘起盘机较优的参数组合为拨盘装置转速为40r/min、机器前进速度为0.8km/h、拨盘装置离地高度为0mm,对试验结果进行验证,其秧盘完整率为99%,效率为362盘/h,各项性能指标均满足起盘作业要求。

关键词：电驱动水稻育秧盘起盘机拨齿式

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铡切揉碎协同式牧草揉丝机设计与试验

农业机械学报 2024年第2期55卷 149-159页

作者：陈涛衣淑娟李衣菲陶桂香毛欣曲善民黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319 东北农业大学工程学院哈尔滨150030 黑龙江八一农垦大学动物科技学院大庆163319

针对现有的牧草揉丝机效率低、揉丝质量差、对高含水率牧草不适用等问题,以苜蓿为加工对象设计了一种铡切揉碎协同式牧草揉丝机。对铡切和揉碎过程进行了理论分析,并通过设计计算确定了揉丝机的总体结构和关键部件结构参数。以生产率、... 详细信息

针对现有的牧草揉丝机效率低、揉丝质量差、对高含水率牧草不适用等问题,以苜蓿为加工对象设计了一种铡切揉碎协同式牧草揉丝机。对铡切和揉碎过程进行了理论分析,并通过设计计算确定了揉丝机的总体结构和关键部件结构参数。以生产率、丝化率为性能评价指标,进行了以电机输出转速、筛孔直径、喂入量、含水率为试验因素的单因素试验;将含水率为65%的苜蓿作为加工对象,进行了以电机输出转速、筛孔直径、喂入量为试验因素的二次正交旋转组合试验。单因素试验确定了试验因素的取值范围,探究了揉丝机对不同含水率苜蓿的揉丝效果。通过Design-Expert 12.0软件对二次正交旋转组合试验的试验结果进行了响应曲面分析、回归分析及目标优化,得到了试验因素与评价指标之间的回归方程,以生产率和丝化率同时最大化为目标,对电机输出转速、筛孔直径、喂入量进行多目标寻优求解,确定最优参数组合为:电机输出转速443.77 r/min、筛孔直径14 mm、喂入量1.27 kg/s,揉丝验证试验表明,生产率为5065.98 kg/h、丝化率为94.87%;该装置揉丝效率高、质量好,而且能够揉丝高含水率牧草,满足牧草揉丝机设计要求。

关键词：牧草铡切揉碎揉丝机协同作业

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排种器导种技术研究现状及展望

中国农机装备 2024年第5期 2-5页

作者：孙亭瀚衣淑娟陈涛李衣菲李怡凯黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319

播种质量是影响作物生长发育的重要因素,也是影响作物产量的关键因素。排种器作为播种机的核心部件,其安装位置受播种单体仿形机构的限制不易过低,故需在排种器下方安装导种装置来降低投种高度,从而改善因投种高度过高引发的种子轨迹难... 详细信息

播种质量是影响作物生长发育的重要因素,也是影响作物产量的关键因素。排种器作为播种机的核心部件,其安装位置受播种单体仿形机构的限制不易过低,故需在排种器下方安装导种装置来降低投种高度,从而改善因投种高度过高引发的种子轨迹难控制的现象。导种技术通过控制排种器所排出种子的运移轨迹改善播种质量。本文对国内外导种技术的研究现状进行了总结,主要包括机械式与气力式两类,对其工作原理、适用对象及核心技术进行了分析,提出导种技术现存问题及未来发展趋势,为促进导种技术的发展提供参考。

关键词：导种技术播种质量研究现状

线下线上混合式教学模式在机械原理教学中的应用

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农机使用与维修 2024年第6期 143-146页

作者：韩霞万霖王宏立李庆达李衣菲张吉军白海超兰珊黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163319

为适应工程教育认证,切实提高机械原理课程的学习效果,机械原理课程教学方法和教学内容等需要进行相应教学改革。课题组以成果导向为指导理念,优化教学内容;以“学习通”、腾讯会议、QQ群为平台,开展线下线上混合式教学模式,以机械原理... 详细信息

为适应工程教育认证,切实提高机械原理课程的学习效果,机械原理课程教学方法和教学内容等需要进行相应教学改革。课题组以成果导向为指导理念,优化教学内容;以“学习通”、腾讯会议、QQ群为平台,开展线下线上混合式教学模式,以机械原理“自由度计算基本公式”专题为例开展教学设计,探索线下线上混合教学模式的应用。结果表明,混合式教学模式能有效增加教学内容,激发学生自主学习的兴趣和能力,达到“童蒙求我”的学习效果。

关键词：机械原理线下线上混合教学模式

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谷子穴播监测计量系统的设计与试验

农机化研究 2023年第3期45卷 69-74页

作者：王海洋衣淑娟李衣菲陶桂香张翔黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163000 北大荒农垦集团有限公司哈尔滨150000

针对谷子体积小、质量轻,穴播播种监测过程中系统不易识别,落种过程谷子之间相互遮挡使得计数系统存在较大误差等问题,结合谷子穴播农艺要求,设计了以微处理器为核心,采用谷子穴播监测计数补偿系统,利用上位机与下位机进行数据的采集和... 详细信息

针对谷子体积小、质量轻,穴播播种监测过程中系统不易识别,落种过程谷子之间相互遮挡使得计数系统存在较大误差等问题,结合谷子穴播农艺要求,设计了以微处理器为核心,采用谷子穴播监测计数补偿系统,利用上位机与下位机进行数据的采集和显示的谷子穴播监测计量系统。通过单因素对比试验,验证了谷子穴播监测计数补偿系统辅助计量作用。田间试验表明:谷子穴播监测计量系统性能稳定可靠,计数最大误差率为2.4%,空箱报警准确率为100%,有效提高了谷子穴播播种计数准确性,增强了播种机作业质量。

关键词：谷子穴播计量监测

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谷子谷穗建模与仿真试验研究

农机化研究 2022年第3期44卷 153-158页

作者：李渤海张东明李衣菲衣淑娟张翔黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163000 北大荒农垦集团有限公司哈尔滨150000

谷子脱粒分离过程中籽粒运动与分布趋势直接影响清选负荷与质量,而脱粒分离过程观测与研究难度较大。为此,以龙谷31号谷子为研究对象,根据其谷穗结构、分枝情况,利用EDEM软件黏结模型建立了谷穗虚拟模型进行离散元仿真分析,并进行了仿... 详细信息

谷子脱粒分离过程中籽粒运动与分布趋势直接影响清选负荷与质量,而脱粒分离过程观测与研究难度较大。为此,以龙谷31号谷子为研究对象,根据其谷穗结构、分枝情况,利用EDEM软件黏结模型建立了谷穗虚拟模型进行离散元仿真分析,并进行了仿真与台架的对比试验验证模型的准确性。试验结果表明:轴向脱出物籽粒分布符合BiDoseResp函数分布,周向脱出物籽粒分布符合GaussAmp函数分布,并分别求出轴向与周向对比试验拟合曲线方程,绘制拟合曲线,拟合结果均收敛。分别对两对拟合曲线进行差异性检验,结果表明:轴向与周向脱出物籽粒分布,仿真试验结果与台架试验结果差异性不显著,证明采用离散单元法分析谷子脱粒分离过程,其籽粒运动与分布规律与实际情况一致度较高,谷子脱粒分离过程可利用离散单元法进行深入研究与分析。

关键词：谷穗建模脱粒分离离散元仿真对比试验

气吸式电驱动玉米高速精量排种器性能试验研究

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农机化研究 2022年第12期44卷 192-198页

作者：冯召华衣淑娟李衣菲陈涛张东明黑龙江八一农垦大学工程学院黑龙江大庆163319

为确定气吸式电驱动玉米高速精量排种器的各项性能,以Precision Planting公司生产的vSet排种器为研究对象,利用JPS-12播种性能检测试验台,以播种作业速度、真空度、吸孔直径为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为评价指标,进行了单因... 详细信息

为确定气吸式电驱动玉米高速精量排种器的各项性能,以Precision Planting公司生产的vSet排种器为研究对象,利用JPS-12播种性能检测试验台,以播种作业速度、真空度、吸孔直径为试验因素,以合格率、重播率、漏播率为评价指标,进行了单因素和多因素试验研究。结果表明:播种作业速度、真空度与吸孔直径均对排种器的排种质量均有所影响。通过对单因素试验结果的分析,明确了各因素对排种质量的影响规律。通过对三因素三水平正交试验结果进行极差和方差分析,确定了气吸式电驱动玉米高速精量排种器的较优参数组合为播种作业速度12km/h、真空度4kPa、吸孔直径5mm。在此条件下对其进行试验验证,合格率为95.53%,重播率为2.18%,漏播率为2.29%,满足玉米高速精量播种的要求,同时也为我国高速精量排种器的研发提供了思路。

关键词：玉米排种器高速精量气吸式