【摘 要】
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玉米是我国重要的粮食作物之一,也可以作为经济作物为工业和畜牧业提供原材料。近年来,精量播种技术得到迅速发展,其可以实现农业规模化生产、减少种子浪费、提高单产和土地利用率。精量播种机是实现玉米优质播种作业的重要载体,目前,我国精量播种机的排种驱动方式大多为机械式地轮传动,其在作业效率、播种质量稳定性等方面的不足日益凸显,严重制约了精量化播种效益的进一步提升。为改善上述问题,在保证良好播种精度的前提下
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玉米是我国重要的粮食作物之一,也可以作为经济作物为工业和畜牧业提供原材料。近年来,精量播种技术得到迅速发展,其可以实现农业规模化生产、减少种子浪费、提高单产和土地利用率。精量播种机是实现玉米优质播种作业的重要载体,目前,我国精量播种机的排种驱动方式大多为机械式地轮传动,其在作业效率、播种质量稳定性等方面的不足日益凸显,严重制约了精量化播种效益的进一步提升。为改善上述问题,在保证良好播种精度的前提下,实现高效率精量播种,采用电动机驱动排种是一种有效方案。本文以气吸圆盘式玉米排种器为研究对象,设计了一种适合高速作业的玉米精量电驱排种的单体控制系统,主要研究内容和结论如下:（1）设计了一种以STM32C8T6为控制器、模糊PID为调速核心控制算法、编码器为反馈元件和直流电机为执行元件的玉米高速精量播种机电驱排种控制系统。对硬件整体架构进行设计,完成了不同模块的硬件电路原理图设计,对种监控信号调理电路原理进行了电路仿真,最终完成了PCB电路板设计,经测试表明各子控制器模块信号传输稳定,并且功能完整性良好。（2）通过对直流电机调速控制系统仿真研究,结果表明在相同阶跃输入条件下,模糊PID控制系统性能优于常规PID控制。对控制系统控制程序进行了编写,主要包括作业速度和电机转速检测、模糊PID算法、CAN通信协议程序和人机交互界面等,经测试和优化后各子程序功能良好,并且运行较为稳定。（3）通过电机静态调速试验,确定了PWM频率为60k Hz,该条件下直流电机具有较高的稳定性和线性度,并且确定了三个控制参数Kp,Ki,Kd三个参数分别为0.7,0.03,0.2,将其作为模糊PID算法的初始值,当电机目标转速为1500r/min时,模糊PID调速系统超调量、上升时间、调节时间和稳态误差分别为0.53%、0.29s、1.02s和4.97%,而PID调速的四个性能指标分别为0.93%、0.42s、1.51s和6.13%,表明由于加入了模糊推理环节,其稳态误差和动态响应特性明显优于PID算法;通过动态调速台架试验确定了当种床带速度反馈周期T=1.0s时,该条件下控制算法调速精度较高、鲁棒性较好。（4）排种性能试验台架结果表明,作业速度为8、10 km/h,两种控制方式的播种性能指标差异较小;作业速度为12 km/h时,与常规PID控制方式相比,模糊PID控制方式播种合格指数大于93.04%,重播指数小于5.13%,漏播指数小于1.83%;合格指数提高了2.50个百分点,重播指数和漏播率分别降低了0.85个百分点和0.88个百分点,模糊PID控制方式各播种性能指标均优于常规PID控制方式,适于高速播种作业。田间试验结果表明,本研究设计的控制系统功能实现良好、运行稳定,单体之间播种性能的变异性较小,适于高速精量播种作业,本研究可以为玉米高速精量播种机效率和性能的提升提供一些参考。
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