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基于变前视距离的四轮同步转向农机改进纯跟踪控制

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农业机械学报 2024年第3期55卷 21-28页

作者：沈跃赵莎张亚飞何思伟冯瑞刘慧江苏大学电气信息工程学院镇江212013

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯... 详细信息

路径跟踪控制是提高自主导航系统控制精度的关键。针对在复杂农田作业环境下转弯时纯跟踪算法跟踪精度不高的问题,本文提出了一种基于改进纯追踪模型的四轮同步转向农机路径跟踪控制算法。建立了基于四轮同步转向农机的运动学模型和纯跟踪模型,在此基础上考虑航向误差得到改进纯跟踪模型,进行RTK定位坐标修正,根据量化误差的评价函数搜索前视区域最优目标点,得到最优前视距离。本文算法能实时确定四轮同步转向农机改进纯跟踪模型中的前视距离,使航向误差和横向误差最小化,实现目标点的自适应优化。仿真结果表明,本文方法转弯时平均绝对横向误差减至0.035 m,平均绝对航向误差减至0.212°;水田实验结果表明,当四轮同步转向农机作业速度为3.6 km/h时,四轮转向农机轨迹跟踪平均绝对横向误差减至0.109 m,平均绝对航向误差减至2.799°,转弯跟踪精度显著提高。

关键词：水田四轮同步转向改进纯追踪控制前视距离自适应优化

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基于DEM的无人驾驶拖拉机前馈稳速控制

农业工程学报 2024年第10期40卷 24-31页

作者：吴才聪高星宇吴思贤梁永浩徐海松翟卫欣中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 农业农村部农机作业监测与大数据应用重点实验室北京100083

针对农田坡度变化影响无人驾驶农机行驶速度稳定性,进而降低播种均匀性和肥药施用精度等问题,该研究设计了一种基于农田数字高程模型(digital elevation model,DEM)和前馈控制策略的拖拉机稳速控制方法。首先建立坡地干扰补偿模型,基于... 详细信息

针对农田坡度变化影响无人驾驶农机行驶速度稳定性,进而降低播种均匀性和肥药施用精度等问题,该研究设计了一种基于农田数字高程模型(digital elevation model,DEM)和前馈控制策略的拖拉机稳速控制方法。首先建立坡地干扰补偿模型,基于拖拉机实时位置从农田DEM中提取前方作业路径的坡度信息,计算拖拉机前方目标速度补偿量,实现拖拉机行驶的稳速控制。以DF1204无级变速拖拉机为试验平台,在中国农业大学烟台研究院开展3组不同目标速度的上坡、平地和下坡行驶对比试验。试验结果表明,拖拉机以目标速度4、6和8 km/h行驶时,上坡行驶的实测速度均值分别为4.03、5.94和7.85 km/h,平地行驶的实测速度均值分别为4.04、6.02和8.03 km/h,下坡行驶的实测速度均值分别为4.00、6.10和8.19 km/h,与对照组相比,在上坡、平地和下坡行驶时的速度均方根误差平均分别降低了46.63%、21.92%和37.15%,试验组上坡和下坡行驶的实测速度均值更接近目标速度。所提方法可有效提高无人驾驶拖拉机在起伏农田的稳速控制精度,有助于提高农机作业质量。

关键词：拖拉机 DEM 无人驾驶无级变速前馈控制策略稳速控制

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机耕道自动驾驶农机局部路径规划

农业工程学报 2024年第1期40卷 27-36页

作者：杨丽丽唐晓宇吴思贤文龙杨卫中吴才聪中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 农业农村部农机作业监测与大数据应用重点实验室北京100083

针对机耕道场景下自动驾驶农机行驶的安全性、平稳性与规划实时性的实际需求,该研究提出了一种基于二次规划的局部路径规划方法。首先基于有限状态机构建农机机耕道行驶模式,其次采用横纵向解耦的方法,通过改进状态栅格法分别对农机速... 详细信息

针对机耕道场景下自动驾驶农机行驶的安全性、平稳性与规划实时性的实际需求,该研究提出了一种基于二次规划的局部路径规划方法。首先基于有限状态机构建农机机耕道行驶模式,其次采用横纵向解耦的方法,通过改进状态栅格法分别对农机速度行为和轨迹行为进行决策,随后利用二次规划方法生成满足多目标、多约束条件的农机轨迹和速度,得到最优路径,最后在多种行驶环境中进行仿真和实车试验,行驶参考速度为2 m/s。实车试验结果表明,在绕行静态障碍物场景中,规划轨迹的平均绝对曲率为0.021 m^(-1),最大绝对曲率为0.056 m^(-1),平均绝对横向误差为3.23 cm,最大绝对横向误差为8.69 cm,农机与障碍物外轮廓的距离大于0.76 m;在规避相向行驶、同向行驶和横穿机耕道的动态障碍物场景中,规划速度的平均绝对速度误差为0.08~0.12 m/s,绝对速度误差小于0.38 m/s,加速度变化范围为-0.38~0.44 m/s^(2)。在规划周期为200 ms的仿真试验中,该文算法平均耗时48 ms,最大耗时75 ms,相比采用静态状态栅格法平均耗时减少38 ms,算法效率提升44%。研究结果可为机耕道场景下的农机局部路径规划提供技术支持。

关键词：农业机械自动驾驶局部路径规划二次规划有限状态机

基于无人机图像和改进CSRNet的田间大豆苗识别计数

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农机化研究 2024年

作者：朱轩池程铎灌崔道涵冯江东北农业大学信息与电气工程学院

为了得到大豆田间苗期的出苗率和种植密度,以方便及时间苗、补苗和评价种子质量的好坏,提出了一种卷积神经网络方法来对大豆田间苗期进行准确计数与密度评估。使用无人机采集大豆苗期图像制作了数据集,并对数据集进行数据增强。针对田... 详细信息

为了得到大豆田间苗期的出苗率和种植密度,以方便及时间苗、补苗和评价种子质量的好坏,提出了一种卷积神经网络方法来对大豆田间苗期进行准确计数与密度评估。使用无人机采集大豆苗期图像制作了数据集,并对数据集进行数据增强。针对田间复杂地形环境,为减少背景环境的干扰,对数据集图像进行直方图均衡化和明度提高等预处理。根据采集的大豆图像密集的特点,采用拥挤场景识别网络(Congested Scene Recognition Network,CSRNet)来构建并改进网络模型,改用VGG19作为前端网络,并加入卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)提高特征提取效果,并根据模型的豆苗图像密度图求和得到图像中的大豆苗数。试验结果表明:模型在测试数据集上平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别达到了2.35、4.69;对比目标检测方法YOLOv5s、Faster R-CNN和其他人群密度检测方法CSRNet、MCNN和SANet,本研究的模型MAE分别低1.27、0.4、0.63、1.38、0.41,RMSE分别低2.43、0.54、1.83、3.83、2.06。所提出方法计数性能优异,可以满足无人机快速获取田间大豆出苗率的需要,为出苗率的获取提供了参考。

关键词：无人机苗木计数 CSRNet 机器视觉大豆

基于EDEM的高速穴播器排种性能仿真分析与试验

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中国农机化学报 2024年第2期45卷 48-54页

作者：卢博倪向东李克志李树峰齐庆征邵文平石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000

为探究穴播器转速和种子初速度对穴播器排种性能的影响,对分置式排种系统及穴播器工作原理进行阐述。利用EDEM建立棉种及穴播器的仿真模型,模拟棉种具有不同的初速度及穴播器在不同转速下排种情况,根据运动轨迹曲线、受力变化曲线、速... 详细信息

为探究穴播器转速和种子初速度对穴播器排种性能的影响,对分置式排种系统及穴播器工作原理进行阐述。利用EDEM建立棉种及穴播器的仿真模型,模拟棉种具有不同的初速度及穴播器在不同转速下排种情况,根据运动轨迹曲线、受力变化曲线、速度变化曲线综合分析产生漏播、重播现象的原因。使用Design-Expert进行两因素五水平二次旋转正交组合试验设计,建立评价指标的回归方程,并通过响应曲面分析排种性能。合格率随穴播器转速的增大而先增加后降低,随种子初速度的增大而降低。优化后的仿真参数组合为穴播器转速39 r/min和种子初速度2.4 m/s,最佳优化结果为漏播率3.2%,合格率95.1%,重播率1.7%。台架验证性试验结果表明仿真试验可信,穴播器排种性能满足高速精量播种要求,为新疆地区棉花机械化高速精量穴播技术及发展提供参考。

关键词：棉种排种性能穴播器精量播种离散元法

含DG的交直流不平衡配电网暂态电压稳定性分析

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电力自动化设备 2024年

作者：徐艳春王霖张涛王凌云 MI Lu 三峡大学梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室德克萨斯农工大学电气与计算机工程学院

分布式电源(DG)以及大量恒功率直流负荷接入交直流不平衡配电网使得系统母线暂态电压表现出正负极耦合且多波动的特性，现有暂态电压稳定性评估方法准确率低且适用性较差。本文首先推导分析了交直流配电系统直流侧线路、负荷参数不平衡... 详细信息

分布式电源(DG)以及大量恒功率直流负荷接入交直流不平衡配电网使得系统母线暂态电压表现出正负极耦合且多波动的特性，现有暂态电压稳定性评估方法准确率低且适用性较差。本文首先推导分析了交直流配电系统直流侧线路、负荷参数不平衡时影响系统母线暂态电压稳定的因素；其次，基于二元表判据思想，提出一种改进的自适应母线暂态电压稳定性评估指标；再者，针对含DG的不平衡交直流配电系统引入稳定性保持因子，提出母线与系统的暂态电压稳定裕度计算方法；最后，基于所提方法利用Matlab/Smulink仿真平台在改进的IEEE 33与IEEE 69交直流不平衡配电系统中量化影响混合配电网暂态电压稳定性因素的同时，对比验证了所提指标的有效性和优越性。

关键词：暂态电压稳定性交直流系统不平衡配电网直流故障分析

番茄穴盘苗移栽机翻转式取送苗装置设计与试验

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农机化研究 2024年第7期46卷 89-95页

作者：赵明任玲李韬王双石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000

目前,国内番茄穴盘苗半自动移栽仍需人工完成取投苗,生产效率较低。为此,开发了一种翻转式移栽机自动取送苗装置。以整排取苗式自动移栽机为研究对象,根据苗盘尺寸及取送工作流程进行取送苗装置结构设计,主要包括连杆机构构成的移栽机... 详细信息

目前,国内番茄穴盘苗半自动移栽仍需人工完成取投苗,生产效率较低。为此,开发了一种翻转式移栽机自动取送苗装置。以整排取苗式自动移栽机为研究对象,根据苗盘尺寸及取送工作流程进行取送苗装置结构设计,主要包括连杆机构构成的移栽机机械臂、滑块机构构成的三爪取送苗机械手及根据不同工作间距设计的分苗装置,以期设计一种能够在单驱动元件情况下,依靠简单运动轨迹完成取投苗工作的装置。通过SolidWorks仿真软件进行运动学分析,获取机械臂末端运动轨迹、速度并分析机械臂末端轨迹。进行轨迹验证及取送苗性能试验,结果表明:机械臂末端轨迹与仿真及理论结果一致,验证了翻转式取送苗装置能够利用简单轨迹简化取苗流程。研究结果可为整排式取苗移栽机自动取送苗装置的设计提供参考。

关键词：取送苗机构机械臂运动学仿真机械臂轨迹试验

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基于物联网的棉田节水灌溉自动控制系统设计

农机化研究 2024年第5期46卷 66-71页

作者：李贺张立新郭天圣胡雪卜浩然石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003

针对棉田灌溉环境下采用的传统无线通信技术功耗高、通信距离近、信号质量不稳定的问题,基于Lora技术设计了一种棉田节水灌溉自动控制系统。首先,提出了系统总体设计方案,以Arduino作为核心控制器,通过田间信息采集节点采集棉田土壤湿... 详细信息

针对棉田灌溉环境下采用的传统无线通信技术功耗高、通信距离近、信号质量不稳定的问题,基于Lora技术设计了一种棉田节水灌溉自动控制系统。首先,提出了系统总体设计方案,以Arduino作为核心控制器,通过田间信息采集节点采集棉田土壤湿度信息;然后,利用Lora组网将数据传输到Lora基站,再利用4G网络将数据传输到物联网云平台,完成Web端和手机APP端的土壤湿度数据实时监测及对田间执行控制终端的控制;接着,在考虑棉田灌溉需求的情况下,完成了对系统硬件的选型与设计、软件设计与物联网平台的开发;最后,进行了系统通信测试。试验结果表明:在一定通信距离内,系统运行稳定,可以完成实时数据采集、传输与阀门远程控制,满足了复杂棉田环境通信需求。

关键词：棉田物联网 Lora 灌溉控制系统

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肉苁蓉种子离散元仿真参数标定

农机化研究 2025年第2期47卷 19-26,53页

作者：白志业蒙贺伟彭慧杰戚江涛李亚萍坎杂石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000

为寻求肉苁蓉种子离散元模型的物料特性参数,采用物理和仿真试验相结合的方法,以不同物性参数组合下肉苁蓉种子休止角为响应值,采用Plackett-Burman试验对参数进行筛选,获取显著性参数,即肉苁蓉种间静摩擦因数、肉苁蓉种间动摩擦因数、... 详细信息

为寻求肉苁蓉种子离散元模型的物料特性参数,采用物理和仿真试验相结合的方法,以不同物性参数组合下肉苁蓉种子休止角为响应值,采用Plackett-Burman试验对参数进行筛选,获取显著性参数,即肉苁蓉种间静摩擦因数、肉苁蓉种间动摩擦因数、肉苁蓉种子-钢板静摩擦因数、肉苁蓉种子-钢板恢复系数。通过Box-Behnken试验建立休止角与显著性参数回归模型并优化,获取接触参数最优值,即肉苁蓉种间静摩擦因数为0.65、肉苁蓉种间动摩擦因数为0.07、肉苁蓉种子-钢板恢复因数为0.54、肉苁蓉种子-钢板静摩擦因数为0.43。通过仿真与物理试验对比验证,得到二者相对误差为2.05%,表明标定参数可为肉苁蓉种子播种机械仿真提供数据依据。

关键词：肉苁蓉种子休止角离散元参数标定播种机械