摘要:为实现农机自主作业中的避障需求，本文针对室外田间自然场景中因植被遮挡、背景干扰而导致障碍物难以检测的问题，基于嵌入式平台应用设备，提出了农机田间作业时行人和农机障碍物检测的改进模型，更好地平衡了模型的检测速度与检测精度。该改进模型以You only look once version 3 tiny（YOLOv3-tiny）为基础框架，融合其浅层特征与第2 YOLO预测层特征作为第3预测层，通过更小的预选框增加小目标表征能力；在网络关键位置的特征图中混合使用注意力机制中的挤压激励注意模块(Squeeze and excitation attention module,SEAM) 与卷积块注意模块(Convolutional block attention module,CBAM)，通过强化检测目标关注以提高抗背景干扰能力。建立了室外环境下含农机与行人的共9405幅图像的原始数据集。其中训练集7054幅，测试集2351幅。测试表明本文模型的内存约为YOLOv3与单次多重检测器(Single shot multibox detector,SSD)模型内存的1/3和2/3；与YOLOv3-tiny相比，本文模型平均准确率（Mean average precision,mAP）提高11个百分点，小目标召回率（Recall）提高14百分点。在Jetson TX2嵌入式平台上本文模型的平均检测帧耗时122ms，满足实时检测要求。

摘要:针对双轴旋耕机结构参数复杂、功耗高，受耕作时节限制，难以用田间试验的方法进行减阻降耗研究的问题。基于离散元法，构建双轴旋耕-秸秆-土壤耕作模型，研究了双轴配置参数对功耗的影响，通过响应面试验分析，建立了功耗的数学预测模型。模型优化的结果表明，当前后刀轴回转半径均为195mm，后轴相对于前轴垂直距离为99.8mm，前后轴回转圆水平距离为100.6mm，获得的功耗最小为9.018kW。为了验证功耗模型的准确性，在固定工作参数下，进行了原尺度整机仿真试验和田间试验。试验结果表明：真实原尺度旋耕机的田间试验功耗与整机仿真值误差均值为9.5%，范围为5.8%~13.4%，结合响应面分析说明功耗数学预测模型较为准确，表明旋耕机刀组在缩放过程中误差变化较小，模型能够准确反映双轴配置参数对双轴旋耕机在稻茬田地作业功耗的影响。

摘要:自激振动深松机的设计主要采用田间试验及理论分析方法，但田间试验成本高、周期长，同时理论分析尚不具备完整准确的解析解。为提高该类机具的设计效率，保证设计结果的准确性和可靠性，本文在课题组研制的Agri-DEM软件平台上，添加了离散元法（DEM）与多体动力学（MBD）耦合算法，然后利用该算法对自激振动深松单体作业过程进行仿真分析。耦合算法中，采用MBD方法建立了台车-深松机-悬挂架-土壤的系统动力学模型，包括7个活动刚体、1个滑移铰、7个转动铰、1个滑移驱动、1个弹簧力约束和1个阻尼约束，同时利用广义坐标分块算法将系统微分代数方程组转化为微分方程组，并通过亚当斯-莫尔顿校正算法进行积分，求解获得各刚体的运动学参数和动力学参数；采用DEM方法建立了耕作土壤的离散元模型，考虑土壤颗粒的黏附力，提出一种适合于土壤等湿颗粒间的接触力学模型——湿颗粒模型，模型参数通过试凑法确定。对模型进行深松铲的动力学响应分析、弹簧及牵引力动力学响应分析和土壤扰动过程分析，仿真结果表明：土槽台车前进速度为0.5m/s时，机具牵引力周期性变化的区间为-331.06~1492.75N，最大牵引力为1492.75N；深松铲的入土角周期性变化的区间为0~-0.11rad，在高度方向上铲柄质心的变化区间为-400.33~-581.37mm；激振弹簧受载也呈周期性变化，变化区间为2623~-2231N；深松铲铲尖部位抬升土壤，土壤颗粒扰动量在铲尖区域最大，并沿深松铲前进方向和侧向依次递减。仿真结果直观的呈现了自激振动深松机的作业过程及土壤颗粒的运动情况，定性的解释了自激振动深松机的减阻机理。本文添加的DEM-MBD耦合算法，为自激振动深松机工作过程分析和优化设计提供了一种新方法。

摘要:为探究夏玉米根系分布及产量对优化井渠轮灌模式下秸秆覆盖的动态响应，设置“渠井渠”灌溉模式下常规覆膜（FM）、秸秆表覆（BF）和秸秆深埋（SM），全渠水灌溉的常规覆膜为对照（CK）4种处理，于2018年和2019年在河套灌区开展了不同耕作模式田间试验。结果表明，CK处理夏玉米根系分布呈浅宽型，根长密度随土层加深而降低，根长密度集中点在表层0~20cm；优化井渠轮灌模式下，常规覆膜（FM）根长密度集中点在10~30cm，提高深层根长密度不显著；秸秆覆盖显著提高根长密度（P<0.05），BF处理根系呈宽浅型分布，根长密度集中点在0~20cm，较CK处理的0~20cm土层根长密度提高19.6%（P<0.05）；SM处理根系呈深扎型分布，根长密度集中点下移至20~40cm，显著提高大于40cm土层根长密度，较CK提高91.7%（P<0.05）；各处理水平方向根长密度近似呈以植株为中心的标准正态分布，分布半径约15cm；优化井渠轮灌模式显著降低夏玉米生育期耗水和提高水分利用效率（P<0.05），但FM和BF较CK平均减产10.1%和1.3%；SM综合效果较佳，较CK平均增产8.9%，水分利用效率平均提高41.4%。该研究可为河套灌区合理安全利用地下微咸水资源、丰富井渠轮灌理论体系及节水增产提供借鉴。

摘要:为了实现小麦精播技术，针对黄淮海北部小麦-玉米一年两熟区，设计了圆管锥面缝隙式小麦气吸播种机，重点设计了圆管锥面缝隙式小麦气吸排种器。通过室内台架试验确定了当缝隙宽度为0.70mm，锥面角度为90°，负压为4.0kPa时，圆管锥面缝隙式小麦气吸排种器的吸附率为85.89%。通过台架对比试验得出缝隙表面有1.5倍种子长的锯齿形间距时，吸附率可提高到88.82%。通过计算得出排种器作业时所需负压，整机作业时，能使种子被成功吸附的负压范围为8.0~13.3kPa，计算得所需风机功率应大于1.47kW。通过田间试验得出，圆管锥面缝隙式播种机的播种均匀性变异系数平均值为31.20%，较传统排种器有显著提高。

摘要:我国绿豆种植机械化水平较低，多采用撒播或条播，良种浪费严重，针对该问题并结合种植地块小且分散，每穴2～3粒的农艺播种要求，设计了一种采用凹型携种孔兜种、导种槽促进充种、毛刷清种护种的扰动促充机械式绿豆精量排种器。分析了扰动促充力学关系，确定了导种槽、携种孔和清种毛刷参数的设计方法。采用离散元软件EDEM仿真优化方法，以携种孔的结构尺寸参数为试验因素进行了三因素三水平的正交仿真试验，确定了较优的携种孔参数组合为：携种孔长度10.5mm、宽度6.5mm、深度5mm，对较优参数组合进行了验证试验，试验结果表明排种器的最优充种指数为96.05%，合格充种指数为1.64%，漏充指数为1.57%，与仿真优化结果一致。为考察排种器对速度的适应性，进行了速度单因素试验，试验结果表明作业速度小于等于8km/h时，合格指数大于90%，漏播指数小于5%，重播指数小于2%。为验证排种器对不同品种绿豆的适应性，进行了品种适应性试验，试验结果表明所选绿豆品种的合格指数大于95%，漏播指数小于5%，重播指数小于3%，均满足设计要求。

摘要:为解决现有绿肥播种方式作业时存在的排种器适用性不强、撒播作业质量不高、生产效率低等问题，设计了一种槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置，设计了棱锥型种箱、槽穴组合式排种器、定量电动匀播组件等关键部件。试验测量了8种主要绿肥品种滑动摩擦角，设计棱锥型种箱最小倾面角为35.5°；根据所播绿肥种子大小、千粒质量和单位面积用种量等因素选择槽穴组合式排种器的排种通道并设定了通道有效开度；应用EDEM软件构建匀播机构排种仿真模型，验证了匀种圆柱直径在3.2~6.8mm时，种子经匀种圆柱碰撞落地后的概率分布规律较好。以青弋江1号为试验材料，通过多因素试验和回归分析，得出影响出苗率和撒播均匀性变异系数的主次因素均为：排种轮转速、匀种圆柱直径、机具前进速度；影响各行排量一致性变异系数的主次因素依次为：匀种圆柱直径、机具前进速度、排种轮转速；最终确定影响槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置播种质量最佳因素参数组合为：机具前进速度3.36km/h，排种轮转速44r/min，匀种圆柱直径6.14mm。通过田间试验验证，最优参数组合条件下紫云英绿肥出苗率为96.49%，各行排量一致性变异系数11.73%，播种均匀性变异系数8.67%，与模型预测优化结果的相对误差均小于6%，验证了所建模型与优化参数的合理性，与已有的绿肥播种方式相比，槽穴组合式多品种绿肥定量电动匀播装置作业效率为0.8～1.0hm2/h，优于人工撒播作业效率0.1～0.125hm2/h、手摇撒播作业效率0.2～0.3hm2/h和电动喷播作业效率0.5～0.8hm2/h，低于无人机飞播作业效率3～4hm2/h。

摘要:针对油菜播种机同步深施肥作业中肥料条带集中，机具受地表坡度变化等因素作用发生倾斜时，各条带施肥量变化情况不明确的问题，以油菜深施肥播种机排肥系统为研究对象，构建不同倾斜工况下肥料颗粒的动力学模型，分析机具动态倾斜对肥料颗粒流动特性的影响，利用测试平台模拟播种机在1°~5°动态倾斜作业工况，开展外槽轮排肥器各行排量一致性和总排量稳定性影响试验，并建立倾斜状态对施肥均匀性影响的数学模型。试验结果表明，播种机处于水平状态理想工况时，排肥器各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数平均为8.75%和0.89%；当播种机沿作业方向前后动态单向倾斜或俯仰，随着角度增大，排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐减小，最低可达8.35%和0.41%，说明沿作业方向的前后俯仰摆动对外槽轮排肥性能具有增益效应；而播种机沿垂直作业方向左右动态单向倾斜或往复摆动角逐渐增大时，排肥器各行排量一致性和总排量稳定性变异系数逐渐增大，往复摆动最大倾角为5°时达到最大值11.41%和2.16%。研究结果为油菜机械化播种同步深施肥作业和播种机施肥性能优化提供了参考。

摘要:针对现阶段小麦播种机接触式播种形式存在的覆土后种子深度均匀性差，播种效果易受播种部件影响的问题，同时为简化播种工艺，设计了一种适用于华北地区壤土的非接触式小麦机械射播排种器。阐述了对排种器整体结构和射播工作原理，对排种器关键部件尺寸进行设计，分析了小麦种子在排种器内部携种加速过程及投种过程，得出影响小麦射播效果的因素，并进行仿真与试验台试验。选取排种器转速、前进速度、射播高度为试验因素，播种深度变异系数、排种量变异系数、射播速度、射播深度为指标进行单因素试验与正交试验，并进行了验证试验。试验结果表明，机具前进速度为1.0m/s，排种器转速为1100r/min，射播高度为100mm时，播种深度变异系数为8.3%，排种量变异系数为13.9%，射播速度为35.2m/s，射播深度为34mm。试验验证了所设计的机械式射播排种器在华北平原地区壤土作业时，满足小麦播种的作业要求。

摘要:采用工厂化育苗技术进行水稻钵苗育苗时，一般由人工将普通吸塑软穴盘分离然后套入硬托盘后再用于播种，增加了生产成本且劳动强度大。为减少人工成本、降低劳动强度，提高工厂育苗作业自动化，设计了一种适用于工厂化播种流水线的自动分离套盘机。利用真空吸盘吸附倒扣堆叠的软穴盘外侧壁后提升分离，再用翻转机构将分离出的软穴盘翻转180°到达套盘工位，套盘装置中的夹爪机构夹持软穴盘套入硬托盘中完成套盘作业。采用有限元分析软件ANSYS对软穴盘变形量进行分析，采用三维建模软件SolidWorks进行整机三维结构设计，设计了使用8个直径6mm的风琴型真空吸盘吸附软穴盘作业的真空回路系统，并试制了样机，对不同工况下的软穴盘进行了分离套盘试验。样机试验结果表明，对14×29孔穴规格洁净软穴盘的分离套盘成功率为97%，穴盘表面粘附有水珠或泥土时分离套盘成功率均为98%，分离套盘效率为435盘/h，满足工厂化育苗播种流水线的工作要求，可为提高工厂化水稻钵苗育苗的自动化程度提供参考。

摘要:针对水果表皮脆弱易损、不适合采用传统刚性夹爪抓取的问题，基于章鱼触手结构特征，结合仿生学原理和增材制造技术，设计并制作了一种结构简单、具有自适应性的由3个柔性手指和固定组件组成的适用于水果采摘的气动柔性夹爪。采用ANSYS模拟和测试柔性手指在不同气压下的弯曲情况，发现柔性手指可在低压下具有较大的弯曲变形，最大弯曲角为22.4°，气压为100kPa时，产生最大压力为2.38N；柔性夹爪的夹持力实验表明，在0~100kPa的压力范围，柔性夹爪可自适应抓取质量564g、直径100mm内的水果，并且水果表面没有损伤，抓取效果良好，达到设计目标要求。

摘要:针对云南省丘陵山区地形特点和坡耕地条件下的作业环境，设计了一种双曲柄五杆式花椰菜钵苗移栽机栽植机构。通过对移栽机五杆机构的分析，确定了五杆机构各杆件长度，并基于线性独立矢量法得到满足五杆机构惯性力平衡条件的各杆件质量矩；结合Matlab软件图像处理功能设计了与钵苗轮廓相匹配的打孔器；应用RecurDyn与ANSYS仿真软件，对栽植机构栽植轨迹和打孔器结构强度进行了分析；采用高速摄像验证了栽植机构的栽植轨迹。根据仿真结果，进行了栽植机构栽植性能台架试验，以台架前进速度、栽植频率和入土深度为试验因素，建立了栽植合格率、露苗率和株距变异系数的数学模型，采用响应曲面法优化得到了最佳工作组合，即台架前进速度0.4~0.54m/s，栽植频率50~68株/min，入土深度10cm时，栽植合格率大于90%，露苗率小于5%，株距变异系数小于5%。设置花椰菜钵苗移栽机机组的前进速度为0.52m/s，花椰菜钵苗的栽植频率为61株/min，打孔器入土深度控制在10cm，进行田间试验，结果表明，花椰菜钵苗的栽植合格率为91.67%，露苗率为3.33%，株距变异系数为4.17%，满足花椰菜钵苗移栽农艺要求。

摘要:为提高果园开沟施肥机的动态作业性能，避免共振的发生，同时保证作业时开沟一致性及施肥稳定性，对其机架进行多目标优化设计。首先，建立果园开沟施肥机机架的参数化模型及有限元模型。其次，通过模态分析，得出机架的固有频率及振型，研究其对整机动态性能的影响，将一阶模态频率设定为目标函数。通过机架灵敏度分析，得到各杆件厚度对一阶模态频率的灵敏度，将灵敏度杆件的厚度设定为设计变量，将其厚度变化范围设定为约束条件。根据现代农机结构轻量化设计的要求，将机架的质量也作为目标函数。以目标函数、设计变量、约束条件为基础，构建机架多目标优化的数学模型。然后，基于Hammersley抽样方法，按约束条件选取42组试验样本进行试验设计，并计算其对应的目标值。根据试验设计结果，选用移动最小二乘法并拟合出对应响应面。其中，一阶模态频率响应面模型的决定系数R2=0.9974，质量响应面模型的决定系数R2=0.9999，均大于拟合模型要求的精度0.9，拟合精度较高，满足设计要求。最后，基于响应面以及多目标遗传算法对果园开沟施肥机机架进行结构优化设计。优化结果表明：优化后的果园开沟施肥机机架一阶模态频率由原来的35.39Hz提高到38.31Hz，提高了8.25%，且远离拖拉机的输入频率35Hz；优化后质量为389kg，满足在提升一阶模态频率下，质量最小的要求。优化后果园开沟施肥机作业的开沟一致性系数和施肥稳定性系数比优化前分别提高3.72%、3.57%，提升效果明显，满足果园开沟施肥生产要求。

摘要:为解决蔬菜穴盘苗全自动移栽机因穴盘缺苗、取投苗失败等因素导致的漏栽现象，设计了基于多传感器的钵苗检测及缺苗补偿系统(补苗系统)。补苗系统作为独立功能模块，包括补苗装置、钵苗检测单元和控制系统，使用反射型光纤传感器和激光传感器联合检测的方法，对分行苗杯定位和苗杯内钵苗进行识别。利用光纤传感器分别对辣椒、番茄、甘蓝钵苗进行多高度检测试验，以获取光纤传感器最佳检测高度和最佳缺苗判定阈值。设计了自动补苗装置，并对补苗过程进行运动学分析。使用触摸屏、PLC、EM253位置模块等控制元件设计了控制系统，实现整机及补苗系统的控制。对补苗系统进行不同移栽频率下的性能对比试验，试验结果表明：在单行栽植频率分别为60、70、80 株/min时，补苗系统识别成功率分别为98.15%、98.15%、97.69%，移栽机平均漏栽率分别为1.85%、2.31%、2.31%，比未启用补苗系统时漏栽率分别降低了14.59、14.36、15.52个百分点，为进一步提高蔬菜移栽作业品质提供参考。

摘要:变量施肥具有提高肥料利用率、保护生态环境、节约农业生产成本等优点，但目前还没有得到广泛的应用，除了难以获得变量施肥的处方图之外，缺乏闭环检测也是原因之一。闭环控制是实现变量施肥的关键之一，与间接测量排肥轴的转速相比，实时检测肥料的质量流量更为准确。本文基于静电感应原理，设计了一种颗粒肥料质量流量传感器。由于颗粒肥料之间、颗粒肥料与空气、颗粒肥料与排肥管之间的摩擦和碰撞，颗粒肥料会携带一定量的电荷，因此本研究设计了环形电极来检测电荷强度，并利用电流放大电路输出感应电流。通过标定质量流量与感应电流的关系，获得了实时的肥料质量流量。搭建试验台对该颗粒肥料质量流量传感器进行检测，试验台主要包括动态信号采集系统、肥料箱、电流放大器和环形电极传感器。以大颗粒尿素（CO(NH2)2）、过磷酸钙（Ca(H2PO4)2·H2O）和氯化钾（KCl）为研究对象，其平均容重分别为0.7、1.2、1.1g/cm3。根据施肥装置的物理参数，通过调整排肥轴转速可获得近似的目标质量流量，目标质量流量的范围是3~15g/s，增量为1g/s。对于每个质量流量，进行了4次重复。每次重复30s，施肥装置与信号采集系统同时启动。利用平均感应电流和平均质量流量建立回归方程，采用插值法得到实时质量流量。随后，对每种肥料进行25次试验，从而检验本文中颗粒肥料质量流量传感器的测量精度，每次试验的目标质量流量由5个随机质量流量组成，每个质量流量下持续排肥6s，用天平称量30s内的实际质量，通过积分质量流量和时间曲线计算检测质量。采用SPSS 22.0软件对试验结果进行统计分析，分析表明，大颗粒尿素、过磷酸钙、氯化钾的检测误差分别为3.9%、5.1%、5.9%，相应的标准差分别为5.21、7.98、11.29。检测质量与实际质量无显著性差异（P>0.1），大颗粒尿素、过磷酸钙和氯化钾检测误差的数学期望值分别为3.74%、4.93%、5.22%。本文的研究结果表明，检测误差随颗粒肥料粒径的减小而增大。

摘要:施肥稳定性是评价变量施肥机作业性能的重要指标，为了研究排肥口开度（L）和排肥轴转速(n)的组合对排肥性能的影响规律，本文基于离散单元方法，对同一目标施肥量下，不同L和n组合下的施肥过程进行仿真。首先，通过标定试验，构建了基于广义回归神经网络GRNN的排肥量预测模型，经过验证，其决定系数达到0.9994，预测平均相对误差（MRE）为3.56%。其次根据螺旋外槽轮排肥装置的等排肥量曲线，选择3个排肥量1067.37、2323.04、4206.56g/min为目标排肥量，并利用差分进化算法（DE）确定同一目标施肥量下的控制序列(L,n)的组合。最后，利用离散元仿真软件EDEM 2.8分别对3个目标施肥量，不同控制序列下的排肥过程进行仿真。采用排肥均匀性变异系数σ作为评价排肥稳定性的指标，仿真结果表明，在目标排肥量Q1下，当控制序列为(25mm,17.78r/min)时，σ最小，为5.27%；在其他控制序列，σ均高于20%，排肥稳定性较差，且出现断条现象。在目标排肥量Q2下，当控制序列为(65mm，17.12r/min）时，σ最小，为3.46%。在目标排肥量Q3下，σ均小于4%，且在控制序列(65mm，32.85r/min），σ达到最小，为2.08%。当目标施肥量较小时，控制序列的选择对排肥稳定性影响显著，工作时，应尽量避免开度、转速的边界量。当目标施肥量较大时，控制序列选择对外槽轮排肥稳定性的影响较小。结果表明，螺旋外槽轮排肥器具有较好的排肥稳定性。

摘要:针对玉米追肥机北斗单点测速方式存在延时，造成测速准确性低的问题，提出了北斗单点测速与地轮测速相结合的双测速模式。搭建了玉米追肥机控制系统并开发配套控制界面，完成了双测速模式规则建立及控制器程序设计。重点对加减速过程判定与地轮稳定测速的速度范围进行了研究，试验确定了双测速模式切换条件，并验证了双测速模式的可行性。试验结果表明，地轮稳定测速的最大速度为6.0km/h，地轮测速队列长度N的最佳值为5，模式切换速度变异系数临界值为4.2%；3.5、5.5、6.0、8.0km/h 4种不同目标速度测速性能对比试验结果表明，双测速模式与北斗单点测速在加速阶段相对响应时间均值为1.6s，减速阶段均值为1.8s，实际施肥延时距离平均减小0.55m。田间施肥性能试验结果表明，双测速模式加速阶段速度切换造成的排肥转速差均值为1.5r/min，减速阶段排肥转速差在8.0km/h速度条件下最大，均值为7.1r/min。减速阶段控制结果表明，系统平均响应时间为1.3s，平均稳态误差均值为0.8r/min，系统平均超调量为8.7%。双测速模式切换准确率为100%，满足精准施肥的需要。

摘要:目前水田机械施肥均匀性差，且作业时在施肥开沟器末端容易出现肥料粘结、架空、堵塞开沟器等现象。针对以上问题，本文设计了一种水田机械式强制排肥装置，并对其关键部件进行了结构设计及性能试验。将水田机械式强制排肥部件的工作过程分为3个阶段，通过运动学和动力学研究方法分析了各工作阶段肥料在螺旋强制排肥部件内的状态，以及影响排肥部件工作性能的关键因素，对螺旋强制排肥部件的直径、转速、螺距3个因素进行了设计计算。以排肥均匀性变异系数为响应指标，进行了螺旋强制排肥部件的单因素台架试验，通过对最小显著性差异进行统计分析，确定了各因素的取值范围；安排了二次正交旋转组合试验，并对试验结果进行了方差分析和响应面分析，确定了影响排肥性能指标因素的影响由大到小为转速、螺距、直径，建立了排肥性能指标与各因素之间的回归方程，运用Design-Expert软件对试验因素优化求解，确定了较优工作参数组合为螺旋输送器转速120.09r/min、直径23.90mm、螺距21.54mm，此时施肥装置台架试验的排肥均匀性变异系数为7.18%。将所设计的强制排肥部件分别安装在水稻插秧机及水稻气力式施肥播种机上，进行了田间验证试验，试验结果表明，机械式强制螺旋排肥装置工作稳定、堵塞率低，水田防堵塞效果优于无该部件的施肥机械。

摘要:为提高排肥均匀性，以大颗粒尿素为研究对象，设计了一种水平涡轮叶片式精量排肥器，对关键参数进行了设计与机理分析，确定了影响排肥均匀性的影响因素和参数范围，并基于离散元仿真软件确定了对数螺旋线叶片曲面参数。以涡轮叶片数量、涡轮转速和排肥口开度为试验因素，进行了排肥量的单因素试验和排肥均匀性的Box-Behnken多因素试验，结果表明，排肥量与转速呈良好的线性关系，决定系数R2不小于0.96，对于确定叶片数量的排肥涡轮，可匹配不同排肥口开度的涡轮底盘并实时控制排肥涡轮转速来调节排肥量，易于实现变量施肥作业，且排量范围内排肥均匀性较好；涡轮叶片数和排肥口开度的交互作用对排肥均匀性影响高度显著，各因素影响的主次顺序为涡轮叶片数、涡轮转速和排肥口开度；当涡轮叶片数为8个、涡轮转速为98r/min、排肥口开度为40°时，排肥均匀性系数为97.24％，实际试验验证结果与优化结果相吻合；对磷酸二胺颗粒肥料的适应性验证试验结果表明，两种颗粒肥料排肥器排肥均匀性系数接近97%，排肥量稳定性变异系数小于2%，排肥器具有较好的排肥均匀性和排量稳定性;对比分析目前常用外槽轮排肥器，设计的水平涡轮叶片式精量排肥器有效地提高了颗粒肥料的排肥均匀性。

摘要:针对玉米分层施肥作业中开沟宽度大、回土效果差导致的肥料分层效果不明显、各层肥量难以控制等问题，设计了一种各层肥量可调的空间分层施肥装置，肥料可在土壤中形成半包围种子的分布状态。通过理论分析和设计计算确定了空间分层施肥装置的基本结构参数，明确了影响分层施肥装置内肥料颗粒运动的主要因素。运用离散元法对分层施肥装置工作过程进行仿真分析，选取施肥调节片前端宽度、后端宽度和安装角为试验因素，以上层和中层排肥口出肥量为试验指标，进行二次正交旋转组合仿真试验，建立了试验指标与影响因素的回归模型，仿真结果表明，当施肥调节片前端宽度为3.61mm，后端宽度为21.52mm，安装角为43.23°时，上、中、下3层排肥口施肥量比例为最佳施肥比例3∶3∶4。为验证仿真分析结果，在不同作业速度和不同施肥量条件下，进行了空间分层施肥装置的样机性能试验，试验结果表明，空间分层施肥装置能够实现各层肥量的目标施肥配比，在不同作业速度和不同施肥量下各层施肥量变异系数不大于4.3%，各层肥料深度误差在10mm以内，各层肥料横向距离误差在6mm以内，工作性能稳定。

摘要:水田侧深施肥田间试验受插秧作业季短、作业性能不稳定等多种因素影响，而传统室内土槽无法进行风送式水田施肥试验，设计了一种可进行风送水田施肥排肥参数检测的试验台。试验台主要由机械部分、测控部分、风送排肥部分和软件部分组成。综合采用自动控制技术、多传感器技术和液压传动技术模拟水田工况，实现风送排肥过程中风压、风速等参数实时采集和显示，可灵活控制排肥轮转速和转停频率。试验台性能验证试验表明，试验台行进速度可在0~1.62m/s内调节，误差1.5%；输肥气流速度在0~30m/s之间，满足风送排肥需求；排肥系统最大排肥变异系数为5.79%，施肥效果良好。对该试验台进行侧深施肥系统测试，结果表明，对施肥均匀性变异系数的影响因素由大到小依次为：排肥轮转速、台车前进速度、风机风速。试验台能够在实验室环境进行风送式水田施肥机构参数检测，缩短了水田风送施肥关键部件的研发周期，为实现水田施肥智能控制打下基础。

摘要:果园不同深度的土壤养分不同，果树根系分层吸肥能力不同，有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题，本文设计了排肥控制系统，可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度，实时计算液压马达的理论转速，并采用PID算法控制比例流量阀开度，调节马达转速驱动螺旋输送器排肥，实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真，整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min，达到稳定转速的时间最大为6s，控制性能较好，表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真，能够快速便捷地整定PID参数，结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%，变异系数最大8.69%，排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能，能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。

摘要:针对小麦追肥作业过程中开沟器易损苗伤根、追肥位置准确性无法评估的问题，基于超声波传感器设计了小麦追肥精准评估系统，提出一种基于超声波传感器阵列交叉探测小麦追肥行的方法，实时评估追肥机具作业精度。系统由作业轨迹检测部分、数据采集部分和数据分析评估部分组成，依靠安装在追肥机具上的超声波传感器交叉扫描小麦追肥行，检测追肥机具作业轨迹。采集器实时采集超声波传感器数据，记录追肥机具作业轨迹，采用阈值滤波算法对异常数据进行筛选和剔除，利用卡尔曼滤波算法最优估计当前时刻电压，根据目标电压和最优估计电压计算追肥机具偏移距离，进行追肥机具作业精度评估。田间试验结果表明：追肥机具作业速度为3~4km/h时，评估系统能够准确检测出追肥机具作业精度，偏移误判率为9%，最大误差距离为3.15cm，误差距离在2cm之内的占比超过90%，标准差均值为2.10cm，与实际作业情况相符。本评估系统可以实现在小麦追肥作业过程中，实时对追肥机具作业精度量化评估，为小麦精准对行追肥作业精度评价提供了一种新的测量手段。

摘要:为了实现施肥量的精确检测，本文构建了基于微波多普勒雷达以及振动干扰抑制方法的肥料质量流量检测系统。由多普勒信号经过快速傅里叶变换处理获得肥料颗粒速度和浓度。定义速度和浓度乘积为传感器输出值，并使用最小二乘法建立传感器输出值和肥料质量流量的线性回归模型。通过对信号的统计规律进行分析，将功率谱的5倍平均值用作区分振动干扰和流量信号的阈值。在实验平台上，使用2种复合肥进行了检测，实验结果表明，肥料质量流量最大检测值可达2629.9g/min，检测相对误差不大于5％。此外，将检测系统安装在施肥机上，在水泥路上使用第3种复合肥进行了测试，由于振动影响，检测系统最大检测误差达到21.57%。使用提出的振动干扰抑制方法进行处理后，肥料质量流量检测范围在1429.1~2976.9g/min之间，相对误差不大于10.04％。因此，结合振动抑制方法，微波多普勒法的质量流量检测系统能够精确检测实验平台上和施肥机上不同肥料的质量流量。

摘要:针对青贮玉米收获机玉米籽粒破碎效果差、破碎率低、影响青贮秸秆发酵与籽粒养分转化的问题，设计了适合青贮玉米籽粒破碎的碟盘式青贮玉米籽粒破碎试验台，对关键部件刀盘进行了参数化设计，基于DEM法对籽粒破碎过程进行了运动和力学分析，首先建立基于离散元法的玉米籽粒粘结颗粒模型；利用EDEM离散元仿真软件开展正交仿真试验优化，选取刀齿数、刀刃深度、破碎间隙和刀辊转速作为仿真试验因素，籽粒破碎率为试验考察指标，确定了最优组合参数，即刀齿数48、刀刃深度5mm、破碎间隙2mm、刀辊转速59r/s，在该条件下籽粒破碎率为90.35%，仿真试验与台架试验相对误差为3.36%；台架试验结束后，采用宾州筛对其筛分，物料可分为小型、标准、大型和未完全破碎型4种，占比分别为1.3∶6∶1.8∶0.9，与仿真试验结果一致。台架试验各指标满足行业标准，实现了对玉米籽粒的高破碎和高作业效率。

摘要:气固两相流耦合仿真被广泛运用在气力式排种器工作过程的研究中，因确定性颗粒轨道数值计算模型的需求，种子多采用颗粒聚合的方法建模，该方法采用的填充球颗粒半径越小、数量越多就越能接近种子的真实形态，但会造成仿真计算资源过度消耗、仿真时间增长。为研究不同填充球半径的水稻种子模型对颗粒间的动力学响应特性的影响，寻找种子模型最佳的填充球颗粒数量，本文以水稻种子为研究对象，借助三维扫描与逆向拟合的方法获取种子外形轮廓，分别采用不同半径（0.30、0.21、0.18、0.16、0.15mm）的球颗粒对其进行填充，形成气固耦合的水稻颗粒粘结聚合模型。采用无底圆筒提升、滑落堆积的真实试验与仿真测定，采用曲面响应法，以休止角为指标，标定出不同填充球颗粒半径种子模型的种间静摩擦因数和动摩擦因数；通过圆筒提升和滑落堆积试验对参数进行验证，以仿真试验休止角的变异系数为指标，结果表明随着填充球半径的减小，仿真结果越接近真实值；通过水稻正压式排种器气固两相流耦合仿真进行验证，以充种率为指标，结果表明填充颗粒半径为0.21mm，仿真时长与仿真精度最优。

摘要:针对饲料油菜与不同材料的接触参数实测难度大、机械化收获离散元仿真模拟缺乏接触模型参数的问题，以果荚初期饲料油菜为对象，基于EDEM开展了饲料油菜茎秆颗粒离散元接触模型参数标定。测定了果荚初期饲用油菜茎秆本征参数，茎秆平均直径为20.4mm，密度为809kg/m3，茎秆弹性模量、剪切模量和泊松比平均值分别为115.73MPa、47.04MPa和0.23；以休止角为评价指标，应用Hertz-Mindlin基本模型和圆筒提升堆积法开展了饲料油菜茎秆颗粒堆积的虚拟二水平因子试验，结果表明饲料油菜茎秆与钢之间的碰撞恢复系数和滚动摩擦因数以及茎秆之间的碰撞恢复系数对休止角的影响较小，其值分别为0.60、0.10和0.60；通过最陡爬坡试验和响应面分析，确定了饲料油菜茎秆颗粒间静摩擦因数、滚动摩擦因数和饲料油菜茎秆-钢静摩擦因数的取值范围，建立了颗粒休止角的回归模型，以实测休止角与仿真试验休止角之间相对误差最小进行响应面分析和优化求解，确定其参数值分别为0.36、0.03和0.23。在接触参数最优组合条件下，根据回归模型计算得出的休止角理论值与实测值误差为2.15%，仿真试验得出休止角模拟值与实测值误差为1.83%，表明标定方法正确，标定参数准确。研究可为饲料油菜机械化收获过程的离散元仿真分析提供基本参数。

摘要:为明确玉米碎秆在粉碎室内运动机理，基于CFD-DEM耦合分析不同粉碎刀轴转速碎秆运动过程和受力变化规律。仿真结果表明，当转速为1900、2000r/min时，碎秆-粉碎室壁面平均相互作用力波动较为剧烈，2300r/min时稳定在（175.228±19.08）N，且碎秆平均能量大幅增加。当转速为1900、2000、2300r/min时，碎秆间平均作用力最大分别为10.61、7.78、18.76N，〖JP2〗碎秆-粉碎刀轴壁面平均作用力分别稳定在（112.36±8.32）N、(101.15±8.02)N和（107.25±4.97）N，碎秆抛撒均匀度分别为(85.40±4.77)%、(78.52±5.56)%和(75.17±5.32)%。粉碎刀轴转速增大，使得碎秆-碎秆及碎秆-粉碎室壁面平均相互作用力增大，导致碎秆间及碎秆与粉碎室壁面的碰撞次数增多，加剧了碎秆能量的损耗，过大转速不利于碎秆抛撒均匀度提升。为验证仿真结果，进行田间试验验证。结果表明，当转速为1900、2000、2300r/min时碎秆抛撒均匀度分别为（82.35±6.57）%、（76.14±7.18）%和（74.22±5.65）%。田间试验和仿真结果表明在碎秆长度达标后，增大粉碎刀轴转速不利于抛撒均匀度提升，且作业功耗上升较大，同时验证了仿真的准确性。该研究可为玉米秸秆还田机设计和优化提供支撑。

摘要:传动带是联合收获机的关键传动部件，在联合收获机高强度作业过程中会出现因温度升高加剧橡胶老化、表面硬化及磨损开裂等现象。针对传动带稳态温度场分布计算问题，提出了一种基于动力学模型和有限元仿真计算的传动带稳态温度场预测方法。首先，在AVL Excite TD软件中通过设置带轮的物性参数、带的动态特性参数、张紧机构摩擦和扭转参数、驱动和负载参数，构建了传动带温升热源计算模型。其次，通过分析传动带热平衡方程、确定热流分配系数和对流换热条件，建立其二维稳态温度场有限元预测模型。再次，基于联合收获机CAN总线，开发了传动带工况采集系统。最后，以GM80型小麦收获机发动机动力输出轴与后中间轴之间的联组带为对象，开展了传动带稳态温度场预测田间试验。试验结果表明：当主动轮平均转速2244r/min、从动轮平均负载338N·m时，实测稳态温度为42.55℃，仿真稳态温度为41.7℃，稳态误差为1.97%；当驱动轮平均转速2244r/min、从动轮平均负载382N·m时，实测稳态温度为45.95℃，仿真稳态温度为45.2℃，稳态误差为1.63%。两次试验的稳态误差均小于2%，验证了联合收获机传动带稳态温度场预测方法的可行性与准确性。

摘要:花生联合收获机夹持输送系统存在经常堵塞问题，对其液压系统的工作载荷进行研究极为关键。为得到反映花生秧蔓夹持输送系统的典型作业载荷谱，根据多次田间试验结果，选取花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为310、360、410r/min时的工况，进行系统液压马达田间作业载荷测试试验。针对大量的测试数据，采用转折点提取方式将载荷数据压缩至原来的1/50左右；随后利用雨流计数将时域内的载荷转换为雨流域内的均值、幅值载荷；再根据极大似然参数估计法分别对均值、幅值载荷数据进行统计分析。基于拟合检验结果分析得到，当花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为410r/min时，系统压力载荷均值和幅值分别满足分布均值为7.28、标准差为0.81的正态分布以及阈值为0.32、尺度参数为0.30、形状参数为0.90的三参数威布尔分布要求，可作为系统载荷谱编制的典型田间作业工况。由于室内台架试验以及花生秧蔓夹持输送系统机械零部件测试及产品结构优化设计的需要，将系统液压马达的压力信号转换为扭矩信号。根据均值、幅值的独立性，建立典型作业工况载荷的联合概率密度函数，采用载荷外推法得到液压马达输出轴扭矩的二维载荷谱，同时，结合实际试验加载的需求，进行二维载荷谱的降维操作，根据变均值法得到一维扭矩程序谱。

摘要:为了研究振动频率、振动方向等参数对振动式土壤挖掘降阻特性和耗能特性的影响，设计开发了振动式土壤挖掘阻力试验台。经理论分析、计算确定了振动挖掘机构运动参数。在土壤平均相对湿度为27%、平均土壤坚实度为2.2MPa条件的室内土槽系统中，在挖掘深度150mm、前进速度0.15~1.00m/s、振动频率2~20Hz的因素条件下，利用该试验台开展了土壤振动挖掘阻力和耗能特性试验研究。结果表明，振动式土壤挖掘能够有效降低工作阻力，其降阻率先随着振动频率增大而增大，在2~20Hz频率段，前后方向振动和垂向振动振幅分别为13mm和10mm时，其最大降阻率分别可达到21%和25%。降阻率在10~14Hz后增长速度变缓，表明该区间处于土壤的自振频率区间。前后方向振动下土壤挖掘降阻率和振动速度与前进速度的比值有关，当振动速度小于前进速度时，降阻率比较小，随着振动频率增加而缓慢增大；当振动速度大于前进速度后，在对应的频率点其降阻率会迅速上升，之后增长速度逐渐变缓。由于需要额外激振能量输入，两种振动方向的强迫振动式土壤挖掘综合耗能并不减少，在振动频率低于10Hz下，耗能比范围在1~1.07，但超过10Hz后，耗能比会随着振动频率增大以较快速度增加。振幅的增大能够使土壤挖掘阻力获得一定的降低，但同时振动挖掘耗能有较大的增加。

摘要:针对自动对靶喷雾中延时喷雾问题设计了实时控制对靶喷雾系统，该系统以二维激光雷达（Laser detection and ranging，LiDAR）作为探测器，利用地速传感器（True ground speed sensor，TGSS）获取喷雾车实时速度，建立了自适应延时喷雾模型，模型可不断调整喷雾延时时间。自适应延时喷雾模型包括延时存储器和延时计数器。延时存储器利用FIFO缓存区暂存喷雾指令；延时计数器指向延时存储器地址，其利用当前车速计算延时指数，取出对应延时存储器地址的喷雾指令并发送给电磁阀控制器，实现对靶喷雾。试验部分首先对系统响应时间进行分析，包括识别靶标时间、计算喷雾指令时间、通信时间、电磁阀响应时间，试验结果表明，系统响应时间为160ms，延时存储器共42个延时单元；其次通过Proteus仿真比较了单片机在采用M法、T法计算TGSS发出信号频率的准确性，结果表明M法更适合于本文所述测速系统的频率计算；在TGSS安装角确定后，喷雾车速度与方波信号的频率成正比关系，通过拟合确定了比例系数0.0099，拟合优度为0.9998；最后通过试验验证了系统的整体有效性，并测量了实时控制对靶喷雾系统的可识别最小间距，试验结果表明，可识别的最小间距在80~180mm之间，系统可识别靶标间距的能力随着喷雾车速度的提升而降低，当靶标间距大于180mm时，系统均可有效识别靶标。

摘要:针对矮砧密植果园根系管控中根土复合体阻力过大，果树根系断切作业不理想等问题，设计一种振动式果树根系断切装置。对切割装置受力模型分析可知，影响阻力的因素主要有锯齿弯刀参数、根土复合体参数、根土复合体与锯齿弯刀参数及作业方式参数。对振动式果树根系断切装置切割装置进行设计与分析，应用有限元仿真软件对切割装置进行切割根土复合体模拟分析，切割装置振动状态下平均切削受力为236.97N，不振动状态下平均切削受力为432.35N，达到振动减阻目的。切割装置土槽试验表明，振动状态下所受水平合力均值均小于不振动状态下所受水平合力均值225.34N，振动状态下切割根土复合体作业效果良好，对根系以及土壤起到锯切效果，减小切削阻力。通过振动状态下切割装置切割根土复合体正交试验分析可知：最优作业参数为偏心距20mm，转速3r/s，土槽作业平台前进速度0.2m/s；土壤扰动量的主要影响因素是偏心距和前进速度；影响切割装置入土稳定性主要因素为偏心距和转速，观察作业现场得知入土深度稳定，满足入土要求。整机试验表明：根系平整切割占比左侧为21.05%、右侧为17.39%，锯切占比左侧为78.95%、右侧为82.61%，由此可知，振动式果树根系断切装置作业过程中振动断切装置对根土复合体起到锯切效果，减小机具和切割装置所受阻力，起到减阻效果；由试验现场可知，机具稳定性良好，作业后留下20~25mm沟壑，与入土切割装置厚度20mm一致。土壤外翻程度小，土壤弥合较好。

摘要:联合收获机螺旋输送器因缺乏快速有效的在线检测手段导致其加工质量差，易出现物料堵塞、叶片开焊、叶片与外壳过度磨损等故障。为此，研究基于激光测距传感器的螺旋输送器焊接质量在线快速检测方法，设计联合收获机螺旋输送器焊接质量在线检测系统，通过结构关系和传感器布局，将主轴径向跳动量、螺旋叶片的径向跳动量以及螺距等关键参数的检测转换为对与之相应的距离信息检测，实现了多参数的连续、同步测量。试验表明，与传统人工测量方法需要根据经验选取多个测量位置、进行多次测量、单次测量耗时15~20min相比，系统可实现关键参数连续、同步测量，单次测量时间缩短至1min。主轴径向跳动量检测的最大相对偏差为3.661%，螺旋叶片径向跳动量检测的最大相对偏差为2.030%，螺距的测量标准差为2.07mm，满足检测需求。系统通过对检测数据的分析处理，实现加工误差的精准定位和3D可视化展示，并根据公差要求对螺旋输送器进行合格性检查评价，对超限变形进行报警。

摘要:针对马铃薯联合收获机作业时车身不能随地形起伏变化自适应平衡，导致作业安全性低、收获损伤大、收获品质差的问题，设计了一种马铃薯联合收获机车身调平系统，该系统采用融合一阶惯性滤波的倾角传感器监测车身横向倾斜角度，干扰和抖动被有效抑制；通过车身调平机构动力学分析，建立了系统的数学模型；采用基于一阶惯性滤波的模糊PID算法控制比例阀驱动升降液压缸运动，从而实现马铃薯联合收获机车身自动调平。对车身调平系统进行仿真分析，结果表明：与传统PID算法相比，模糊PID具有更好的控制性能，系统调节时间缩短51.77%，上升时间缩短53.57%，最大超调量减小6.25%；对整机控制系统进行静态和动态试验测试，结果表明：在坡度-10°~10°范围内，系统自动调平时间小于4s，最大调平误差小于1°；车身在倾斜角10°工况下，使用模糊PID控制算法自动调平时间缩短约50%，静态试验结果与仿真分析结果相符；在起伏变化较大的路面以速度3.6km/h行驶时，车身倾斜角误差控制在±3°以内，较好地实现了马铃薯联合收获机车身自动调平控制，满足实际作业需求。

摘要:中国马铃薯种植区域分布广泛，各产区自然资源条件、种植规模、产业化基础、产业比较优势等基本条件差异较大。为更加全面地研究西北地区马铃薯机械化生产现状，通过实地调研问卷，对典型马铃薯全程机械化生产技术进行归纳总结，其主要包括种薯处理和田间机械化作业两方面。田间机械化作业技术包括：翻耕/深松、整地、施肥、起垄、覆膜、种植、培土、除草、植保、杀秧、收获、地膜回收。同时，借鉴相关标准和技术规范，列举各机械化作业环节的评价指标，为系统地把握和评价该区域马铃薯机械化生产提供参考。此外，利用嵌套方差分析法和成对比较检验法，对2008—2018年西北马铃薯主产区机械化水平进行统计分析，研究结果表明：建立嵌套方差分析模型P＜0.001，理论模型具有意义，各省（区）机械化水平差异显著。马铃薯机械化发展的差异不同，造成差异的本质原因也不同，各地应立足区情，按照全面规划、突出重点，采用适合本区域的全程机械化生产模式，按照梯次推进的原则，逐步缩小各省(区)机械化发展的差距。

摘要:田间作物表型信息获取种类、数量以及信息处理与分析方法对于发现有价值的表型特性并确定其遗传因素有着重要影响，而传统的田间表型信息获取方法依赖于研究人员的人工采样测量，不但费时费力，还存在效率低和主观性强等缺点。为解决这一问题，田间作物高通量表型信息获取及分析技术成为了当前植物表型领域的一个研究热点。目前，表型研究主要集中在3个方面：传感器、平台和信息分析。本文从这3个方面阐述国内外田间作物高通量表型信息获取及分析技术的最新研究成果，分析表型信息获取技术中常用传感器的应用范围和使用限制条件以及不同表型信息获取平台的优缺点，总结表型信息分析的方法，提出使用时需要根据具体情况，综合考虑实际需求以及经济合理性选择和设计。最后展望田间作物表型研究未来的发展方向，将集中在多类型数据融合、数据标准化管理、多学科知识整合等方面。该项研究成果对推广田间表型信息获取技术和分析方法、促进表型研究和遗传育种研究的深入融合提供了理论参考和技术支撑。

摘要:作业场景重建可为智能农机自主作业提供全局信息与局部细节，针对因农田表面缺乏高区分度的点、线、面高层结构造成的特征描述性差、点云配准精度不足的问题，提出一种基于旋转曲面轮廓特征的农田地表点云配准方法。首先，采用32线激光雷达获取农田真实地表点云数据并完成去噪、降采样等预处理；然后，采用加权线性协方差矩阵的奇异值分解确定关键点唯一局部参考坐标系，并统计关键点与旋转曲面截面交点距离信息，生成地表点云的局部特征；最后，采用基于单特征初选与局部特征精匹配原则的多级特征匹配策略进行局部特征匹配，计算旋转矩阵与平移矩阵完成点云配准。试验结果表明，旋转曲面轮廓特征与其他特征相比，平均精度增加7.5个百分点，平均召回率增加24.09个百分点；多级特征匹配策略相对于最近邻搜索策略，平均精度增加12.68个百分点，平均召回率增加18.38个百分点；本文的点云配准方法的平均平移误差为23.59dr，平均旋转误差为3.72°，配准成功率为87.5%。因此，本文提出的基于旋转曲面轮廓特征的农田地表点云配准方法适用于真实农业地表无序点云的自动配准。

摘要:为解决农田平地机无人驾驶作业时缺乏局部规划，进而实现平地路径在线调整的问题，以平地作业土方合理运卸且路径最短为目的，提出了一种基于改进蚁群算法的农田平地导航三维路径规划方法。基于农田三维地势模型，采用改进的蚁群算法规划三维路径：以平地作业土方运载为决策方向，建立新的路径搜索节点，对比平地机作业时平地铲运载土方量和经过栅格计算所需的挖填土方量，根据土方运载任务设置信息素更新规则和启发函数，获取农田平地的最佳三维路径；基于平地机的运动学模型，设置农田平地机转向约束条件，根据约束条件对路径进行平滑优化，并建立三维路径规划的效果评价标准。仿真结果表明：相比于原始蚁群算法，该方法的路径规划效果评价指标提高33.3%以上，可以更好地指导农田平地机实现局部平地任务，而且大大缩短了路径生成时间和路径长度，使路径更为平滑，更适用于辅助农田平地的自动导航作业。

摘要:为实时诊断番茄叶片水分胁迫程度，提出一种叶片水分胁迫程度的诊断方法，该诊断方法包括2部分：叶片分割和水分胁迫程度分类。采用以ResNet101为特征提取卷积网络的Mask R-CNN网络对背景遮挡的番茄叶片进行实例分割，通过迁移学习将Mask R-CNN在COCO数据集上预训练得到的权重用于番茄叶片的实例分割，保留原卷积网络的训练参数，只调整全连接层。利用卷积网络提取的特征，可将番茄叶片分割视为区分叶片与背景的一个二分类问题，以此来分割受到不同水分胁迫的番茄叶片图像。利用微调后的DenseNet169图像分类模型进行叶片水分胁迫程度分类，通过迁移学习将DenseNet169在ImageNet数据集上预训练得到的权重用于番茄叶片水分胁迫程度的分类，保持DenseNet169卷积层的参数不变，只训练全连接层，并对原DenseNet169全连接层进行了修改，将分类数量从1.000修改为3。试验共采集特征明显的无水分胁迫、中度胁迫和重度胁迫3类温室番茄叶片图像，共2000幅图像，建立数据集，并进行模型训练与测试。试验结果表明，训练后的Mask R-CNN叶片实例分割模型在测试集上对于单叶片和多叶片的马修斯相关系数平均为0.798，分割准确度平均可达到94.37%。经过DenseNet169网络训练的叶片水分胁迫程度分类模型在测试集上的分类准确率为94.68%，与 VGG-19、AlexNet这2种常用的深度学习分类模型进行对比，分类准确率分别提高了5.59、14.68个百分点，表明本文方法对温室番茄叶片水分胁迫程度实时诊断有较好的效果，可为构建智能化的水胁迫分析技术提供参考。

摘要:为了能及时地监测植物根区的状态，设计了一种32电极的电阻抗成像系统，包括硬件构成和图像重构系统，以数字合成技术（DDS）产生正弦波激励信号，采用相邻激励模式，以乘法器对测量信号和参考信号进行模拟解调，得到被解调信号相对参考信号的实部信息和虚部信息，计算信号的幅值、相位和实部、虚部，基于成像正问题和逆问题算法，以Matlab及开源套件EIDORS予以实现。设计了专用电源，将220V交流电源经整流滤波、线性稳压后为系统提供多种正负电源。实验测量了系统的信噪比、通道一致性等参数，验证了实验平台的可靠性，并在盛有盐水的容器中进行了实时电阻抗系统成像实验，对绝缘材料和胡萝卜介质检测，结果表明本系统可有效辨别被测物，并具有很好的分辨率和重复性。

摘要:及时获取准确的母猪哺乳行为信息对提高猪只集中养殖效益至关重要。本文旨在建立深度学习网络，融合时空信息，实现自动识别母猪哺乳行为。识别过程主要分2个阶段：母猪哺乳区域时空定位和哺乳区域时空信息特征提取、融合及识别。首先将俯拍视频图像序列输入Mask R-CNN，ResNet-101+FPN作为基础网络输出特征图输入区域生成网络，生成母猪检测候选框并分别输入母猪姿态识别分支和关键点检测分支，若母猪姿态被识别为侧卧则利用关键点检测分支输出关键点坐标，确定母猪哺乳区域，实现哺乳行为感兴趣时空区域定位。然后，在感兴趣时空区域中，利用双流卷积网络，进行时间流和空间流特征提取。最后利用串接卷积融合方式，识别序列图像中母猪是否进行哺乳。试验结果显示，用于哺乳区域空间定位的关键点的综合召回率Rk和精准率Pk分别为94.37%和94.53%，母猪哺乳行为识别正确率为97.85%，灵敏度为94.92%，特异度为98.51%。

摘要:针对现有发情检测方法灵敏度低、识别时间长、易受外界干扰等缺点，根据大白母猪试情时双耳竖立的特征，提出一种基于卷积神经网络（Convolutional neural network, CNN）的大白母猪发情行为识别方法。首先通过采集公猪试情时发情大白母猪与未发情大白母猪的耳部图像，划分训练集样本（80%）与验证集样本（20%）用于后期训练。随后，基于AlexNet卷积神经网络构建分类模型（AlexNet_Sow），并对该模型的网络结构进行简化，简化后的模型包含2个卷积模块和2个全连接模块，选择修正线性单元(Rectified linear units, ReLU)作为激活函数，用自适应矩估计(Adaptive moment estimation, Adam)方法优化梯度下降，选择Softmax作为网络分类器，通过结合增强学习的方法对模型进行训练，得到模型应用于验证集的准确率达到99%。此外，设定了发情鉴定的时间阈值，并结合LabVIEW的Python节点用于模型应用。当公猪试情时，大白母猪双耳竖立时长达到76s时，则可判定其为发情。该方法对大白母猪发情识别的精确率、召回率与准确率分别为100%、83.33%、93.33%，平均单幅图像的检测时间为26.28ms。该方法能够实现大白母猪发情的无接触自动快速检测，准确率高，大大降低了猪只应激情况和人工成本。

摘要:为了实现生猪耳根体表温度自动检测，减少快速判别尺寸空间跟踪（Fast discriminative scale space tracking, FDSST）方法在热红外视频中进行头部跟踪产生的误差，提出了一种利用骨架扫描策略改进FDSST的生猪耳根体表温度检测方法。首先对视频的初始帧进行预处理，提取精简后的生猪整体骨架；其次，设计骨架扫描策略，扫描头部骨架前端关键点，实现头部在初始帧的定位；再次，采用FDSST跟踪生猪头部，每连续跟踪N帧后，采用骨架扫描策略重新定位头部，减少跟踪框漂移；最后提出耳根体表温度提取方法，根据头部左右耳侧温度分布，提取耳根温度并误差校正。利用采集到的30只生猪的视频数据，在Matlab平台上进行了测试，并与FDSST算法、压缩感知跟踪和核相关滤波跟踪等高效算法对比分析。结果表明，本文方法的跟踪平均精确度分别提高了7.82、11.82、8.78个百分点，提取的耳根最大温度误差为0.32℃。

摘要:为提高奶牛称量的工作效率，降低劳动强度，提出一种基于三维重建的奶牛体重预估方法。首先搭建奶牛深度视频获取平台，利用Kinect相机分别采集奶牛俯视与侧视视角数据，选取深度视频中同步的俯视帧与侧视帧并转换为点云，去除复杂背景提取奶牛点云；然后利用一帧不同步的侧视点云将同步侧视点云中缺失区域补全，配准俯视与侧视点云后，基于俯视点云中奶牛脊柱的位置选取对称面，利用单视角侧视点云获取得到双视角点云，完成奶牛体表点云的重建；最后进行点云曲面重建，利用曲面模型的体积与表面积建立奶牛体重预估模型。利用29头奶牛数据验证模型效果，结果表明，奶牛曲面模型整体表面积、去除四肢及头部的体积与体重呈显著正相关，体重预估绝对误差在-18.67~23.34kg之间，相对误差均小于3.40%，平均相对误差为2.04%。

摘要:饵料、药剂、微生物等精准投喂是水产健康养殖重要环节，智能投饵船因具备自动避障定位、多点精准投放、支持水质和视频监测集成等功能而逐渐受到关注。从投饵机构、路径控制、投饵策略3方面总结国内外智能投饵船研究现状，重点介绍现有下料机构及抛料机构、路径控制方式、航向控制算法、投饵路径策略和智能投饵技术，并针对当前研究不足，总结未来研发趋势：进一步改善抛饵破碎率及抛洒均匀性、融合5G通信和RTK视觉识别的高精度导航定位系统、开发计算简易的航向高精度控制算法、开发基于机器视觉与声学信息分析的智能投饵管控算法、实现智能投饵船的多功能化发展、构建数字孪生的智能投饵船远程监控系统。

摘要:为实时、准确地获取水产养殖海水中氨氮含量，以大围网养殖海水中的氨氮为研究对象，在比色光谱法基础上结合微流控技术进行靛酚蓝法比色反应，实现对溶液中氨氮含量的定量检测。建立数据处理后相应的模型，并且对比了不同光谱预处理和不同样本集划分算法对建立预测模型的影响，其中多元散色校正（MSC）后再使用小波平滑的预处理方法结合排序法划分样本集建立的偏最小二乘（PLS）回归模型效果最优，建模集校正标准差（RMSEC）和预测集校正标准差（RMSEP）分别为0.0566mg/L和0.0677mg/L，相对分析误差（RPD）为6.8932；在优化条件下测得方法的线性范围和检测限分别为0.005~1.350mg/L和0.0036mg/L。对海水、自来水和养殖水体进行加标回收实验，平均回收率在94%~109%之间，相对标准偏差在2.3%~5.8%之间。结果表明，实验建模效果良好，操作简单、方便，实验快速、可靠、无污染，表明利用比色光谱法结合微流控技术检测氨氮方法可行。

摘要:水体溶解氧(Dissolved oxygen，DO)是养殖水产品健康生长的重要生态因子。池塘溶解氧易受多种因素的影响，会产生时间和空间上分布的差异，现有的溶解氧预测方法大多是针对单监测点的时间序列预测，无法描述池塘溶解氧的空间分布，因此，对池塘溶解氧进行时间和空间预测非常重要。本文提出一种基于自回归循环神经网络(Autoregressive recurrent neural network，DeepAR)和正则化极限学习机(Regularized extreme learning machine，RELM)的池塘溶解氧时空预测方法。首先采用样本熵(Sample entropy，SE)衡量各个监测点溶解氧序列的波动程度，采用最大互信息系数(Maximum mutual information coefficient，MIC)衡量监测点溶解氧序列之间的相关性，综合选取出溶解氧序列波动程度较小且与各个监测点相关性较大的监测点作为中心监测点，并以中心监测点为原点，建立池塘空间坐标系；其次采用DeepAR算法构建中心监测点的溶解氧时间序列预测模型，实现中心监测点溶解氧时间序列预测；最后采用RELM算法构建中心监测点与池塘各位置溶解氧之间的空间映射关系模型，结合中心监测点溶解氧时间序列预测值和池塘空间坐标，实现对未来时刻池塘溶解氧的空间预测。该方法在提高时间序列预测精度的同时，实现了对未来时刻池塘溶解氧空间状态的预测。在真实的数据集上进行测试，预测未来24h的池塘空间溶解氧值，均方根误差(RMSE)为1.2633mg/L、平均绝对误差(MAE)为0.9755mg/L、平均绝对百分比误差(MAPE)为14.8732%。并与标准极限学习机（Extreme learning machine，ELM）、径向基神经网络（Radial basis function neural network，RBFNN）、梯度提升回归树（Gradient boosting regression tree ，GBRT）和随机森林（Random forest，RF）4种预测方法进行对比，各评价指标的性能均有较大幅度提升，表明该方法有较好的预测精度和泛化能力，能够较准确地实现池塘溶解氧时空预测。

摘要:为解决奶牛场粪污处理的难题，同时为散栏饲养牛舍提供安全舒适的牛床垫料，以固液分离后的固体牛粪为研究对象，研究在不同干燥温度、相对湿度和物料厚度条件下，牛粪再生垫料的干燥特性和杀菌率，通过响应面分析得出最优干燥工艺参数，并进行装置设计与现场试验。结果表明：高温高湿干燥能有效杀灭牛粪中的无乳链球菌和大肠杆菌。响应面分析优化确定的最佳工艺参数为高温高湿（温度60℃、相对湿度60%）杀菌处理2h+热风降湿（78℃）干燥处理4h，物料厚度为4cm，在此条件下得到的垫料产品含水率为（50.3±0.6）%，大肠杆菌和无乳链球菌的杀菌率分别为98.3%和99.5%。现场验证试验结果表明该方法生产牛粪再生垫料可行，其垫料成品的含水率为（50.2±1.0）%，大肠杆菌和无乳链球菌的杀菌率分别为 95.3%和 98.3%。

摘要:青贮是一种传统的青绿饲料作物贮存方法，逐渐地被应用于沼气化原料的贮存。以能源作物芦竹为原料，探讨两个不同时间收获（早收、晚收）芦竹在未添加尿素和尿素辅助青贮90d过程中的化学组分变化及其后续厌氧消化产甲烷性能。结果表明：早收芦竹中水溶性碳水化合物（WSC）质量分数为2.80%（干基），青贮干物质（DM）损失率为8%，而尿素辅助使青贮DM损失降低了28.0%，木质素降解率提高了101.3%，且后续厌氧消化累积甲烷产量提高了25.6%；晚收芦竹中WSC质量分数为4.94%（干基），青贮与尿素辅助青贮的DM损失率均保持在1%左右，但尿素辅助使青贮90d过程中乳酸累积产量增加了237.5%，木质素降解率提高了43.8%，厌氧消化累积甲烷产量提高了17.4%。因此，早收芦竹WSC含量低而不利于青贮，尿素辅助能有效降低芦竹青贮DM损失和提高后续产甲烷性能。

摘要:针对油茶果批量脱壳后壳籽混杂、人力分选效率低的问题，研究设计了一种融合光电色选的皮带筛式油茶果壳籽分选机。根据油茶果壳、籽与倾斜传送带间摩擦角、碰撞系数的差异，设计振动皮带筛进行初分选；利用两者灰度差异，对壳中残留籽进行二次光电分选。对皮带筛上油茶果壳、籽进行运动学与动力学分析，发现皮带倾角、皮带速度和振动频率是影响振动初分选率的主要因素；以籽箱清洁率、壳中含籽率为试验指标，开展正交旋转组合试验。当皮带倾角为19°、皮带速度为1.50m/s、振动频率为55.40Hz时，其籽箱清洁率为95.52%、壳中含籽率为24.30%，对最优参数进行试验验证，优化结果可靠。对不同茶籽比率的物料进行光电分选试验，结果表明籽箱清洁率稳定在98.23%左右，壳中含籽率保持在2.34%左右，说明光电分选可准确识别并分选出混杂物料中的油茶籽。对整机进行最优参数试验验证，该机两籽箱茶籽平均清洁率可达97.55%，壳箱中含籽率为3.27%。试验结果表明，此油茶果壳籽分选机可实现油茶果壳、籽的高效分离。

摘要:不同形式的机械损伤对蓖麻种子发芽生长和榨油后的蓖麻油质量影响不同，因此对产生机械损伤的蓖麻种子进行识别分类非常重要。提出了基于卷积神经网络的蓖麻种子损伤分类算法。以种壳缺失、裂纹和完整蓖麻种子（无损伤）的分类为例，构建了蓖麻种子训练集和测试集，搭建2个卷积层（每个卷积层8个卷积核）、2个池化层和1个全连接层（128个节点），实现分类。为提高分类的准确性和实时性，调整网络结构以及优化批量尺寸参数，得到较优的网络结构和批量尺寸；利用上下左右翻转扩充样本，改变优化器、学习率以及正则化系数对该网络进行组合试验，获得准确率及效率较优的组合。通过Dropout优化减小卷积神经网络模型的过拟合。试验结果表明：卷积层为5层、池化层为5层、批量尺寸为32时，该网络模型平均测试准确率为92.52%。在组合试验中，Sgdm优化器更新网络可以提高网络的分类性能；数据扩增可以增加样本的多样性，减小过拟合现象；通过Dropout优化卷积神经网络模型的过拟合；选择学习率为0.01，正则化系数为0.0005时，模型分类准确率达到94.82%，其中种壳缺失蓖麻种子准确率为95.60%，裂纹蓖麻种子准确率为93.33%，完整蓖麻种子准确率为95.51%，平均检测单粒蓖麻种子的时间为0.1435s。最后，开发蓖麻种子损伤分类系统，验证结果为：种壳缺失蓖麻种子的准确率为96.67%，裂纹蓖麻种子的准确率为80.00%，完整蓖麻种子的准确率为86.67%。该卷积神经网络模型在损伤蓖麻种子分类时具有较高的识别准确率，可在蓖麻种子在线实时分类的检测系统中应用。

摘要:胡萝卜在生长与收获运输过程中，不可避免会出现一些外观缺陷，缺陷胡萝卜的剔除是胡萝卜上市销售前的重要环节。目前缺陷胡萝卜主要依靠人工分选，具有分选标准不稳定、劳动强度大、成本高等缺点。为了快速、准确、无损地检测缺陷胡萝卜，将机器视觉技术引入到胡萝卜分选过程中，以提高分选准确率和效率。胡萝卜表面缺陷包括青头、弯曲、断裂、分叉和开裂等，缺陷特征互不相同，所以不同缺陷需要不同的检测算法。青头检测利用胡萝卜正常区域与青头区域的颜色差异实现，胡萝卜图像在HSV颜色空间下，利用统计方法确定青头区域H、S和V的判别阈值；弯曲、断裂和分叉识别是根据正常胡萝卜与缺陷胡萝卜之间的形状差异实现，凸壳算法、Hu不变矩和Harris角点检测算法分别用来检测胡萝卜弯曲、断裂和分叉缺陷；开裂检测则是利用胡萝卜正常与开裂区域的纹理差异实现，Sobel水平边缘检测算子、Canny边缘检测算子结合形态学操作实现胡萝卜开裂区域提取。结果表明青头、弯曲、断裂、分叉和开裂的识别准确率分别为100%、91.14%、90.57%、94.57%和95.45%，总体识别准确率达94.91%，满足胡萝卜在线分选精度要求。

摘要:为解决不同成熟度冬枣的样本数量相差悬殊导致的识别率低的问题，本文提出了一种基于数据平衡的Faster R-CNN的冬枣识别方法。该方法针对自然环境下不同成熟度的冬枣，首先从不同角度进行了数据平衡的Faster R-CNN冬枣识别方法研究，然后将所提出的方法与基于YOLOv3的识别方法进行了对比试验研究。研究结果表明：所提出的数据平衡的Faster R-CNN方法在样本数量不足和类别不平衡的情况下，增强了模型的泛化效果，对片红冬枣识别的平均精确度达到了98.50％，总损失值小于0.5，其识别平均精确度高于YOLOv3。该研究对解决冬枣自动化和智能化采摘的识别问题具有一定的实际意义和应用价值。

摘要:为解决热泵烘房干燥过程中存在的产品品质不稳定、干燥效率低等问题，借助计算流体动力学（CFD）仿真软件进行了基于烘房内气流分布的数值模拟，分析了速度分布均匀性问题，并通过改进烘房结构及速度参数开展模拟仿真与分析。结果表明：空载条件下，设置导流板倾斜角度为15°时，烘房内的气流分布效果较好；设置排风风速为6m/s时气流均匀性效果较好，且对比得出排风速度对烘房内气流的影响最大；加载条件下，选择排风速度为6m/s时可以较好地适应烘房干燥作业；排风速度为6m/s、导流板倾斜角为15°组合下可以使气流分布更均匀。

摘要:传统的玉米干燥工艺效率低，干燥后的玉米品质不好，在加工过程中，玉米会产生破损。进行了玉米自然干燥、热风干燥和热风-真空复合干燥，考察了3种干燥方式下的玉米力学特性和表观形态。力学特性测试结果发现，50℃热风+45℃真空复合干燥的玉米应变最大。自然干燥中，应力松弛曲线达到的最大应力为0.0455MPa，三元件Maxwell模型能很好地拟合应力松弛测试结果，决定系数均达到0.977以上。玉米籽粒储能模量和损耗模量均随频率增大而增大，储能模量大于损耗模量，意味着干燥后的玉米表现出的弹性大于粘性。表观形态测试结果发现，相比于热风干燥，复合工艺干燥的玉米籽粒中淀粉颗粒更为饱满，玉米品质更好。干燥后的玉米结晶形态均为A形模式。热风-真空复合工艺干燥玉米的力学特性研究，可以为玉米加工、储藏等相关设备的研制提供实验基础。

摘要:为提高热风干燥热效率和干燥均匀性，设计了一款基于温湿度控制的红外热风联合干燥机，分析了气流分配室作为干燥机的关键部件对腔室内部流场分布的影响规律。结构仿真中，以气流控制方程和标准k-ε湍流模型为理论模型，利用CFD软件对气流分配室内腔进行数值模拟分析，得到气流在气流分配室内腔的流动特征，对原物理模型的腔体厚度H进行结构优化，进行了试验验证。结果表明，加入均风板可以显著提高气流分配室内气流速度偏差比和速度不均匀系数；优化后腔体厚度H=100mm的气流分配室能够很好解决出风口气流分布不均的现象，出风口速度偏差比和速度不均匀系数分别由44.9%和30.2%降低至7.2%、7.0%。验证试验结果表明，平均速度相对误差为4.21%，速度不均匀系数相对误差为1.4%，速度偏差比的最大误差为1.48%，说明结构设计合理，均化气流的效果明显。以鲜面条为研究对象，对该机性能进行试验，得到此红外热风联合干燥时间（50min），比单一热风干燥的时间缩短了16.7%。

摘要:为研究香蕉片微波真空干燥特性及品质，探讨了不同干燥因素对香蕉片干燥速率及品质的影响，在不同干燥温度（45、50、55、60℃）、微波功率密度（28、53、82W/g）、真空度（75、80、85、90kPa）及切片厚度（4、6、8、10mm）条件下对香蕉片进行微波真空干燥试验，并运用Weibull模型拟合了香蕉片微波真空干燥特性曲线。试验结果表明：随着干燥温度、微波功率密度及切片厚度的增加，干燥时间缩短;Weibull 分布函数能够较好地模拟香蕉片微波真空干燥过程，尺度参数α随干燥温度、微波功率密度和切片厚度的增加而降低，而干燥条件的变化对形状参数β影响甚微；色泽与干燥温度、微波功率密度、真空度及切片厚度均有关，干燥温度与真空度越高，色差越小，且随微波功率密度的上升而增大及切片厚度的增加呈先减小后增大的趋势；微波功率密度和切片厚度是影响复水比的主要因素，微波功率密度为28W/g、切片厚度为4~8mm时，干燥后的香蕉脆片复水性能较好。香蕉脆片的最佳干燥参数为干燥温度60℃、微波功率密度28W/g、真空度90kPa、切片厚度6mm，此条件下香蕉脆片酥脆度最佳，孔隙分布均匀一致。该研究探索了真空微波干燥技术下香蕉片的干燥特性和品质，为香蕉片微波真空干燥技术的应用提供了理论指导。

摘要:为研究猕猴桃片基于旋转托盘式微波真空干燥特性及品质优化工艺，探讨了不同功率密度（3.33、6.25、9.58W/g）、干燥温度（40、45、50、55℃）、腔室压力（5、10、15、20kPa）及切片厚度（3、6、9、12mm）对猕猴桃片干燥特性的影响，比较了旋转托盘式相对于传统水平转盘式微波真空装备的优势，并研究了不同模型拟合预测猕猴桃片水分比变化的准确性与适用性。结果表明：随着功率密度的降低和切片厚度的增大，物料干燥过程中存在更为明显的恒速段；当干基含水率降至1.3g/g左右时，干燥过程转入降速阶段。综合考虑感官评价及干燥时间可得，功率密度6.25W/g、干燥温度45℃、腔室压力5kPa、切片厚度6mm干燥条件下猕猴桃片干制品品质最佳。旋转托盘式微波真空干燥可大幅提升物料装载量，干燥均匀性较传统方式提升了16%，干燥平均能耗仅为后者的71.2%。通过模型预测值与试验实测值的比较，BP神经网络模型决定系数R2可达0.996，相比Weibull模型能更好地预测猕猴桃干燥过程的水分比变化规律。

摘要:为研究风干板栗太阳能-热泵联合干燥特性，以新鲜板栗为原料，探讨干燥温度、干燥风速、装载量对风干板栗干燥速率和干基含水率的影响，在不同干燥温度、干燥风速、装载量条件下分别对新鲜板栗进行干燥，并比较了6种数学模型在风干板栗太阳能-热泵联合干燥的适用性，同时以Fick第二扩散定律为依据，确定风干板栗不同干燥条件下的有效水分扩散系数。结果表明：风干板栗干燥过程由调整阶段和降速干燥阶段控制，主要表现为降速干燥；干燥温度越高、干燥风速越高以及装载量越小，干燥至目标含水率所用时间越短，干燥速率越大；干燥过程中，有效水分扩散系数随干燥温度及干燥风速的升高、装载量的降低呈现增大的趋势，干燥温度从15℃升高到35℃，其有效水分扩散系数由3.00124×10-10m2/s增大到8.42115×10-10m2/s，干燥风速由1.0m/s升高到5.0m/s，其有效水分扩散系数由4.54717×10-10m2/s增大到9.13767×10-10m2/s；装载量从0.6kg升高至5.4kg，其有效水分扩散系数由1.14753×10-9m2/s降至3.20443×10-10m2/s；通过比较决定系数（R2）、残差平方和及卡方（χ2）得出，Page模型为描述风干板栗太阳能-热泵联合干燥的最优模型，验证发现试验值与模型预测值拟合度较高，Pearson相关系数为0.998，二者显著相关（P＜0.05），说明Page模型能够较好地反映风干板栗干燥过程中水分变化规律。

摘要:针对丘陵山地拖拉机作业地形复杂，传统电液悬挂控制系统地形适应性差的问题，设计了一套横向姿态可调的丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统。根据丘陵山地拖拉机仿形控制作业需求，在传统悬挂结构基础上加装一个液压驱动旋转装置，设计了一种仿形悬挂机构，基于液压多点动力输出技术设计了带有负载反馈的闭心式液压控制系统，并提出了一种基于带死区的经典PID算法的控制方法。通过对阀控非对称液压缸工作原理的分析，建立了其数学模型并推导出仿形控制系统的传递函数，运用Matlab/Simulink建立了电液悬挂仿形控制系统的动力学模型并进行了仿真分析，仿真结果表明，系统在0°~11°阶跃信号的作用下，调整时间约为0.4s，几乎无超调，系统稳定后农机具横向倾角约为11.1°，稳态误差约为0.1°，仿真结果验证了该控制算法的有效性。通过对传统拖拉机的液压悬挂装置进行改装，将原来的手柄操纵式液压悬挂装置改装成带有虚拟终端的电液悬挂控制系统，搭建了仿形控制试验台并进行了室内台架试验，试验结果表明，系统调整时间约为2.2s，几乎无超调，系统稳定后农机具横向倾角约为11.2°，稳态误差约为0.2°，在系统允许误差（0.5°）范围内，试验结果验证了所设计的丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统调节的快速性与稳定性，满足拖拉机等高线坡地作业需求。

摘要:针对电液耦合转向方案转向特性尚不明晰、转向数据采集和记录困难等问题，提出一种硬件在环拖拉机电液耦合转向试验平台设计方案。平台参数设计过程主要考虑功率损耗，为了满足电液耦合转向系统的性能要求，进行精度设计与量程设计。通过总体参数设计，得到电动助力、液压助力和阻力加载系统的参数计算模型，并基于AMESim建立电液耦合转向系统的控制与机械模型仿真进行了参数优化。通过基于dSPACE以及PXI的硬件在环控制方案，进行了各类转向工况试验验证，验证结果表明：阻力加载模拟系统能根据不同的地面条件、行驶工况等参数实现动态加载，响应速度和控制精度均能实现田间阻力模拟要求；电液助力转向系统能够产生较好的平滑助力，具有良好的转向路感；控制系统能与各传感器硬件协同配合，使拖拉机电液耦合转向试验平台具有良好的响应特性，能够真实还原拖拉机转向过程。

摘要:针对拖拉机在运输重型悬挂设备时，压力冲击剧烈、拖拉机会产生较大的俯仰运动等问题，提出了在位置控制系统中加入动压反馈校正环节，增加系统阻尼比，来抑制系统压力波动。该动压反馈校正环节利用压力传感器输出信号，经过控制器微分校正后给系统输入，能够在不影响系统动态刚度的前提下，增加系统阻尼比。首先，通过建立拖拉机电液悬挂的运动学模型，分析研究了各杆件间的转角传动比，并建立了拖拉机悬挂系统的动力学模型，利用Matlab编写程序求解液压缸的负载力，建立了液压系统模型，分析了加入动压反馈校正环节后的液压系统阻尼比变化情况，给出了动压反馈参数的确认方法。其次，应用Matlab/Simulink对所建立的模型进行仿真分析，仿真结果表明：在液压系统提升过程中压力变化较大，最大压力达到5.8MPa，校正后的电液悬挂系统压力波动较小，最大压力仅4.0MPa，在液压系统受到干扰力冲击时，原液压系统压力波动范围为2.7MPa，而采用动压反馈校正后的位置控制压力波动范围为1.1MPa，验证了该校正方法能够有效地提高系统阻尼比，抑制压力波动。最后，搭建试验平台进行试验验证，试验结果表明：拖拉机电液悬挂提升过程中未校正系统的提升最大压力为4.6MPa，且压力振荡下降，而校正后的系统最大压力仅3.8MPa，压力较为平缓。冲击干扰试验中原系统的最大压力达到6.5MPa，压力波动范围为6.0MPa，而校正后的系统最大压力仅为4.6MPa，压力波动范围为4.2MPa，相对于原系统锁止工况，压力波动范围降低了30%。本文提出的拖拉机电液悬挂动压反馈校正方法，可以很好地抑制拖拉机电液悬挂液压缸压力波动，从而达到保护农机具，降低俯仰运动，提高驾驶员舒适性的目的。

摘要:悬浮式前桥作为大功率轮式拖拉机的关键零部件，对衰减因路面扰动激励而产生的振动有着重要作用，而插装式比例阀为悬浮式前桥系统的振动控制过程提供了重要保障。本文设计了用于前桥悬架系统的插装式比例阀液压系统回路，并对工作机理进行了分析，建立了非线性数学模型，明确了设计部件与悬架性能之间的内在关联，通过部件参数的设计优化，可实现多种模式的前桥悬架阻尼调节。为降低设计参数的不确定性及设计方案的重复性，采用田口设计方法，选择蓄能器状态、节流阀孔径等因素作为设计因子，以阶跃和正弦激励作为噪声因子，设计了6因子混合水平的田口实验方案，并对设计方案进行信噪比和均值的方差分析。结合AMEsim仿真模型对设计方案进行验证分析，得到基于悬架输出力、簧载质量振动加速度评价指标的最优配置设计，并对其设计方案进行动态特性分析。结果表明：当负载阶跃变化时，约2s内，液压油缸两腔压力可调整至平衡位置；当路面阶跃激励时，插装式比例阀可快速响应，调整时间小于0.5s，系统可达到稳定状态，满足大功率轮式拖拉机前桥悬架运输作业工况下的减振需求。

摘要:为避免动力换挡拖拉机换挡时的动力中断，减少换挡冲击，以某款自主研发的拖拉机全动力换挡变速器为对象，对重型拖拉机动力换挡变速器（Power shift transmission, PST）换挡品质进行研究。换挡重叠时间和最佳接合压力对于提高换挡品质和实现自动换挡有重要意义。以换挡重叠时间和接合压力为切入点，研究不同的压力控制策略对换挡品质的影响。结果表明，换挡重叠时间为0.3s时，换挡液压冲击最小、滑摩功最少且扭矩损失最少，具有最佳的换挡品质；接合压力在0.40~0.63MPa（滑差455.2~560.0r/min）范围内的输出扭矩相同，滑摩功和换挡液压冲击在换挡接合压力为0.40MPa时有最小值。本研究为进一步实现换挡离合器压力跟踪和精确控制奠定了基础。

摘要:履带拖拉机采用差速转向，转向可控性差，影响自动导航性能，为提高履带拖拉机自动导航的性能，以液压传动控制行星差速转向履带拖拉机为研究对象，建立履带拖拉机转弯半径数学模型。构建每个控制量下转弯半径均值和方差计算方法，建立基于卡尔曼滤波和局部加权回归的转弯半径均值和方差更新方法。分别针对直线路径跟踪和掉头建立基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法。采用纯跟踪算法分别以不同的初始位置偏差进行自动导航仿真试验，得到导航轨迹、位置偏差和角度偏差。以农夫NF-702型履带拖拉机为平台，分别以不同车速进行导航试验，试验结果表明，在初始航向角为0，车速分别为1.0、1.5m/s时，导航平均误差分别为-0.62cm和0.28cm，导航误差绝对值极值分别为10.14cm和8.10cm，导航误差绝对值均值分别为2.34cm和2.57cm，导航均方根误差分别为3.77cm和3.99cm。本文提出的基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法可应用到液压传动控制行星差速转向履带拖拉机自动导航领域，满足实际田间作业需求。

摘要:拖拉机侧翻事故是农业生产过程中最严峻的安全问题之一，现有主、被动安全手段均未能从根本上解决该问题。在前期利用飞轮—电机加速旋转时产生的反向力矩进行姿态调节实现失稳态拖拉机姿态回稳的基础上，为进一步避免姿控飞轮卸载过程造成能量浪费，本文基于1∶16比例模型试验平台设计搭建了飞轮卸载能量回收电路，并通过模型试验对其回收效果进行了验证。试验结果表明，当模型拖拉机以0.2m/s速度行驶于路面不平度较高的G级、H级路面出现侧翻趋势并实现姿态回稳时，整机侧向姿态角降至10°后能量回收系统可介入工作，此时回收电压出现峰值0.97V（H-B轨迹），随后其数值变化趋势与姿控飞轮转速的降低趋势相似，直至飞轮卸载完成后回收电压归零。试验过程中，飞轮—电机系统在对不同的整机侧翻趋势做出响应时，能量回收系统完成的电量回收不同，但均完成了对飞轮卸载能量的部分回收，提高了整机能源的利用效率。

摘要:针对当前拖拉机检测系统功能集成度低、检测参数不全面、传输距离有限的问题，开发了拖拉机田间作业参数无线检测系统。该系统由传感器、数据采集仪及上位机软件监测平台3部分组成，能够实现PTO转矩及转速、油耗、发动机转速、悬挂提升力、力位调节加载力、加载角度、行驶速度、车轮转速、牵引力等多种参数的采集、无线发送与存储。系统工作时，数据采集仪中的车载检测仪将采集的传感器数据发送至无线数据接收器，无线数据接收器通过串口将数据传输至上位机软件监测平台，实现对各类试验参数的实时监测与数据处理。为验证检测系统的可行性与稳定性，对系统进行了采集通道的计量，结果显示模拟信号通道绝对误差绝对值最大为0.003V，引用误差最大为0.03%，频率信号通道检测绝对误差最大为2Hz，引用误差最大为0.013%，满足对拖拉机作业参数的采集需求。在此基础上，进行了PTO转矩参数及拖拉机无负载行驶速度采集试验。试验结果表明，检测系统可以实现转矩参数的稳定采集及数据的无线传输；在5、8、14km/h 3挡车速匀速行驶下，拖拉机车轮转速与实际行驶速度基本一致，最大相对误差分别为2.0%、1.2%及0.7%。本系统可满足对拖拉机工作性能参数的无线检测需求，数据采集稳定且采集精度较高，为拖拉机多作业参数的无线采集提供有效手段。

摘要:针对含有不匹配干扰的混联机构轨迹跟踪控制问题，提出了一种极限学习机与自适应反演控制相结合的控制策略。在对干扰进行分析的基础上，分别采用两个极限学习机网络对系统中的匹配和不匹配干扰进行逼近和补偿。基于Lyapunov函数稳定性设计了混联机构的控制律与自适应律，实现混联机构的轨迹跟踪控制。由于控制器可调参数较多，采用粒子群算法进行控制器参数的寻优整定。仿真结果表明，所提出的控制方法具有良好的轨迹跟踪精度和鲁棒性。

摘要:为提高双足机器人步态的经济性，研究了足踝蹬地扭矩和蹬地时机对行走速度和能耗的影响。基于Matlab/Simulink建立了双足机器人仿真模型并搭建了控制程序，以行走速度为目标函数，利用遗传算法对不同步长下足踝蹬地扭矩和蹬地时机进行优化，以两腿间夹角确定步长。利用无量纲速度和无量纲能耗作为评价双足机器人运动性能指标，仿真结果表明，随着步长由40°增加到60°，机器人行走速度和能耗均随之增加。当步长为60°，蹬地扭矩为41N·m，蹬地时机为整个步态周期的43.82%时，双足机器人行走速度最大为0.48，对应能耗为2.97。以速度能耗比作为评价机器人步态经济性指标，仿真结果表明，双足机器人在步长50°，蹬地扭矩为35N·m，蹬地时机为步态周期的45.18%时，机器人步态的经济性更高，对应速度和能耗分别为0.43和2.26。机器人足底地反力出现3个波峰，当步长为50°和60°时，随着足踝蹬地阶段的出现，足底地反力出现第3个波峰，峰值分别为245.45N和281.23N。本研究可为双足机器人在特定步长下选取合适的蹬地参数提供重要参考依据。

摘要:针对磁流变(Magnetorheological, MR)减振控制系统边界条件难以确定、外界激励未知、系统存在建模与结构误差等实际工程问题，本文基于模糊估计与观测理论，以斜拉索减振为应用对象，提出了一种具有监督功能的斜拉索-磁流变系统自适应模糊减振控制器设计方法。在控制器设计中，通过模糊估计、自适应补偿器策略降低未知激励突变、参数与建模估计误差对减振控制性能的影响，并且引入监督控制方法监督减振控制性能，提高了减振控制系统的控制精度。基于李雅普洛夫方法证明了斜拉索-磁流变阻尼器减振系统的状态有界、渐进稳定，斜拉索以小振速、小振幅收敛。最后以宁波招宝山斜拉桥C20号斜拉索为例进行了仿真验证，仿真结果表明，该方法对未知外界激励干扰、系统结构不确定具有鲁棒性，且减振效果明显。