【摘 要】
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针对吊杯式移栽机在田间作业时,由于整地、铺膜后形成的凹凸不平的地表导致栽植深度不一致的问题,本研究采用PID与模糊PID算法,设计了一套栽植深度调控系统,实现实时调整栽植深度的目的。在土槽内进行移栽试验,通过最大偏离误差、响应时间和稳定性指标比较两种算法的调控效果。吊杯式移栽机栽植深度调控系统主要由硬件和软件部分组成,硬件部分包括栽植深度调控机构、液压系统和控制系统的设计,软件部分包括人机交互界面
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51465048）； 内蒙古自治区自然科学基金项目（2019MS05031:2020MS05055）；
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针对吊杯式移栽机在田间作业时,由于整地、铺膜后形成的凹凸不平的地表导致栽植深度不一致的问题,本研究采用PID与模糊PID算法,设计了一套栽植深度调控系统,实现实时调整栽植深度的目的。在土槽内进行移栽试验,通过最大偏离误差、响应时间和稳定性指标比较两种算法的调控效果。吊杯式移栽机栽植深度调控系统主要由硬件和软件部分组成,硬件部分包括栽植深度调控机构、液压系统和控制系统的设计,软件部分包括人机交互界面（HMI）的创建、PID和模糊PID算法程序的编写。根据栽植深度调控原理,以PLC为控制器,将传感器采集的移栽机作业时地表不平度信息,通过PID或模糊PID算法驱动液压执行机构,实现吊杯式移栽机实时调控栽植深度。在土槽内布设不同高度的交错凸凹台,通过PID和模糊PID算法对栽植深度调控系统进行静态响应和动态响应试验。静态响应试验结果表明:调节系统PID参数为Kp=4.0、Ki=750ms、Kd=5ms,依次放入高度为50mm、40mm、30mm、20mm、10mm凸台,PID的最大偏离误差从4.21cm减小到0.14cm,调节时间由13.5s减小到5.5s;模糊PID的最大偏离误差从4.15cm减小到0.14cm,调节时间由13.0s减小到4.5s。依次放入50mm、40mm、30mm、20mm、10mm凹台后,PID的最大偏离误差从5.57cm减小到0.35cm,调节时间由14.0s减小到6.5s;模糊PID的最大偏离误差从5.26cm减小到0.20cm,调节时间由13.0s减小到4.5s。动态响应试验结果表明:移栽机在高度为50mm凸、凹台上,以1.0km/h、1.25km/h和1.5km/h三种速度进行动态响应试验,可知前进速度为1.0km/h时,栽植深度合格率最高;移栽机在1.0km/h速度,凸、凹台高度为50mm、40mm、30mm、20mm、10mm时,栽植深度合格率随凸、凹台高度降低而增高;当移栽机以1.0km/h作业时,凸、凹台高度小于20mm时,栽植深度合格率大于80%,基本可以满足田间作业栽植深度一致的要求。通过静态响应试验和动态响应试验结果,发现模糊PID的控制效果均优于PID。故选定模糊PID算法作为吊杯式移栽机栽植深度调控系统的控制策略。
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