近日，我校農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)全國重點實驗室、工程學(xué)院南方農(nóng)業(yè)機械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點實驗室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室、廣東省農(nóng)業(yè)人工智能重點實驗室羅錫文院士團隊在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域頂級期刊Computers and Electronics in Agriculture（中科院/SCI一區(qū)，Top，影響因子8.3）發(fā)表了題為“Parking precise alignment control and cotransporter system for rice harvester and transporter”（論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1i8%7EMcFCSXTSt）和“Gain self-adjusting single neuron PID control method and experiments for longitudinal relative position of harvester and transport vehicle”（論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168169923006038）的兩篇研究論文。
研究論文一提出了一種非線性系統(tǒng)下自主水稻收獲中的運輸車輛精確定位控制方法。張聞宇博士為該論文第一作者，張智剛副教授為通訊作者，羅錫文院士為合作作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃和山東省重點研發(fā)計劃等資助。
在水稻自主收獲過程中，采用運糧車自主協(xié)助糧食轉(zhuǎn)運是這種提高效率和智能化程度的主要途徑。然而，對于雙HST驅(qū)動的履帶式收獲機和運糧車這樣的非線性系統(tǒng)，轉(zhuǎn)運過程中的停車對齊精度難以控制，從而可能導(dǎo)致水稻卸糧損失和安全隱患。本研究建立了轉(zhuǎn)運協(xié)同幾何模型，利用預(yù)設(shè)路徑的方式將二維控制問題解耦為兩組一維控制。分析了縱向驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)和運動學(xué)模型，基于辨識的縱向驅(qū)動系統(tǒng)傳遞函數(shù)構(gòu)建了預(yù)測控制器，預(yù)測并補償系統(tǒng)慣性所導(dǎo)致的停車滑移；結(jié)合積分環(huán)節(jié)改進純追蹤方法消除或減小路徑跟蹤中系統(tǒng)誤差。運用上述兩種方法設(shè)計了停車對齊控制系統(tǒng)，在路面進行了對比實驗，縱向控制與PD控制器比較，對齊精度提高；路徑跟蹤控制與純追蹤控制器比較，跟蹤精度略有提高。田間自主收獲協(xié)同轉(zhuǎn)運試驗表明，所設(shè)計系統(tǒng)的縱向?qū)R精度小于0.2m。橫向?qū)R精度小于0.1m。該研究奠定了水稻收獲雙機智能轉(zhuǎn)運協(xié)同功能的基礎(chǔ)，為水稻無人農(nóng)場建設(shè)提供了技術(shù)支持。
研究論文二提出了一套主從式協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)和相關(guān)控制策略。丁凡博士為該論文第一作者，張智剛副教授為通訊作者，羅錫文院士為合作作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等資助。
為提升水稻自主收獲作業(yè)的效率與智能化程度，本研究創(chuàng)新了主從式協(xié)同收獲系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在實現(xiàn)收獲機與運糧車間縱向位置的精確控制，確保谷物能夠準(zhǔn)確無誤地從收獲機轉(zhuǎn)移到運糧車的糧倉中。研究提出了一種全新的計算方法，用以測定和計算雙機間的縱向偏差；對液壓無級變速器進行了詳細分析，建立了數(shù)學(xué)模型，并辨識了運糧車液壓無級變速-速度的傳遞函數(shù)；分析并開發(fā)了增量式比例-積分-微分（PID）控制及增益自調(diào)整單神經(jīng)元PID控制方法。仿真試驗與田間試驗結(jié)果表明：在收獲機行駛速度為0.6、0.8及1 m/s時，增益自調(diào)整單神經(jīng)元PID控制方法能夠有效控制雙機間的縱向偏差，最大超調(diào)量不超過0.25米，穩(wěn)態(tài)平均絕對偏差保持在0.08米以內(nèi)，穩(wěn)態(tài)最大偏差不超過0.26米，穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過0.09米。田間收獲應(yīng)用實驗進一步證實，系統(tǒng)對準(zhǔn)過程的設(shè)置時間僅需13.2秒，穩(wěn)態(tài)最大偏差為0.253米。本研究提出的控制方法和主從式協(xié)同收獲系統(tǒng)能夠滿足收獲機和運輸車輛之間精確協(xié)同卸載的需要，為水稻無人農(nóng)場自主收獲提供了技術(shù)支持。
文圖/工程學(xué)院
