蔬菜移栽机取苗机构运动控制系统研究
目前，我国的蔬菜移栽方式主要是人工移栽与半自动化移栽，其劳动强度大，生产效率低等缺点一直制约着我国蔬菜行业的发展。提高蔬菜移栽机自动化程度，对于增加蔬菜产量、解放劳动力以及提高生产效率有着十分重要的意义。而蔬菜移栽机自动化的关键技术在于取苗过程自动化，取苗过程自动化包括取苗点定位、夹持秧苗、投放秧苗三个过程，本文在现有蔬菜移栽机取苗装置的基础上，重点针对取苗点定位过程开展了一系列研究，设计了一套基于单神经元PID算法的取苗点定位过程的控制系统。本文的主要研究内容有： （1）根据已有取苗装置的实际情况，对装置的执行机构及传感器进行数学建模。装置执行机构包括使装置转动的步进电机以及推动装置达到取苗点的双轴气缸；装置使用的传感器包括测量步进电机转动角度的角度传感器以及测量双轴气缸伸长量的位移传感器。根据执行机构和传感器的功能，分别建立以步进电机与角度传感器为被控对象的传递函数，以双轴气缸和位移传感器为被控对象的传递函数。根据穴盘传输装置及取苗装置的运动情况，对其运动过程分别进行分析，得到关于步进电机转动角度与双轴气缸伸长量的运动参数。 （2）以取苗装置中的步进电机与双轴气缸为控制对象，设计了单神经元PID控制算法。在 Simulink中对不同的执行机构及传感器所组成的被控对象，分别进行建模仿真分析，并与传统PID控制算法进行对比。仿真结果表明：单神经元PID控制算法比传统PID控制算法精度高，超调量小，系统性能更优异。 （3）以STM32F103C8T6为控制核心，结合单神经元PID控制算法，搭建控制系统所需的硬件和软件平台进行试验，记录分析试验数据。最终结果表明：采用单神经元PID算法对取苗装置取苗点定位的过程中，步进电机角度最大误差绝对值不超过3%，双轴气缸取苗位移最大绝对值误差不超过5%。取苗装置在实际运动过程中，经过加速度传感器测得，在x轴方向上加速度最大振幅减小约为0.1g，y轴方向上加速度最大振幅减小约为0.22g，z轴方向上加速度最大振幅减小约为0.18g。其振动减小较为明显，系统的稳定性得到提高，能够很好的满足实际工作需求。同时也说明，在现有蔬菜移栽机取苗装置平台上采用单神经元PID控制算法是可行的。
取苗装置;数学模型;蔬菜移栽机;运动控制系统
西南大学
硕士
农业电气化与自动化
谢守勇
2017
中文
S223.9
68
2018-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）