论文部分内容阅读
气力喷播技术是在自然气候条件下快速恢复退化草原植被的有效手段。为提高草原环境下气力喷播机喷播效率与喷播质量,提升喷播作业的精准化和智能化水平,加快退化草原植被恢复,开展基于多源信息的喷播机自动变量喷播与相关参数优化研究。建立了喷播量与前进速度、喷筒摆动频率、排种器转速、喷筒入口气流速度及作业倾角等关键参数间的关系模型,设计了补偿机构以改善落种轨迹,使喷播落种区域的重播率和漏播率最小化;构建了喷播机行走系统的运动学模型与转向机构模型,设计路径跟踪控制器与转向控制器,揭示了草原特殊地表对喷播机自动控制和喷播质量的影响规律;对视觉传感器采集到的地表植被信息进行处理,实现了喷播机随地表植被覆盖度的变化而自动、实时、精准的变量喷播控制。研究主要结论如下:（1）喷筒入口气流速度、种子粒径及排种器转速是影响喷播机喷播性能的主要因素。（2）搭建了行走系统试验平台,建立了运动学模型与转向机构模型;基于模糊控制理论设计了路径跟踪控制器,依据变论域思想对其进行了优化,两种控制器均能进行路径跟踪控制,与原控制器相比,优化后的控制器位置偏差由0.34 m减小到0.18 m,角度偏差由1.09°减小到0.98°;利用自抗扰技术设计了转向控制器,该控制器转向调节时间在2 s以内,转向精度在1°以内。（3）基于喷播机作业时种子落种轨迹方程,以落种区域重播、漏播面积之和最小为目标,对喷筒摆动频率进行优化,得到喷播机不同前进速度对应的喷筒最优摆动频率,且优化摆动频率后种子的落种轨迹完全相同,在落种区域内,重播、漏播面积相等。（4）通过设置落种均匀性补偿机构调节种子的落种轨迹,当喷筒摆动频率小于7.3 min-1时,通过调节补偿机构,使落种区域漏播面积减小幅度为37.5%,重播面积减小幅度为20%;喷播机俯仰角与横滚角在-11.5°15°范围内变化时,可通过调节补偿机构开口高度补偿由地形变化引起的落种区域的改变。（5）基于视觉传感器识别与图像处理以及建立的排种器转速、喷播机前进速度与植被覆盖度之间的数学关系,构建了喷播机自动变量喷播控制系统,并得到作业区域植被覆盖度调节系数k1及喷播均匀度影响因子k2的确定方法。当喷播机前进速度分别为0.3 m/s和0.5 m/s,喷筒摆动频率小于15 min-1时,通过自动变量喷播控制系统调节喷播量减小重播、漏播面积,落种区域正常喷播面积可以达到总喷播面积的92.2%。