农业装备自动驾驶技术研究现状与展望

农业装备自动驾驶技术可以显著提升作业质量,提高作业效率,降低作业成本,减轻劳动强度,已成为智能农业装备发展的重要方向。在政策和市场的共同推动下,我国农业装备自动驾驶技术发展迅速,并通过多场景、多层次的示范和应用推动技术熟化,逐步建立了完整的技术体系。农业装备自动驾驶技术系统主要包括环境感知、工况感知、决策规划、横向控制、纵向控制等关键技术。本文首先阐述了农业装备自动驾驶关键技术研究的现状,分析归纳了各技术领域有待解决的关键科学技术问题;结合农业装备自动导航技术产品和自动驾驶技术集成应用两方面,介绍了国内外农业装备自动驾驶技术研发和应用情况;从自动驾驶技术分级研究和建立标准规范角度,对比分析了农业装备自动驾驶与智能网联汽车行业的差距,指出了农业装备自动驾驶等级划分的迫切需求。为应对智慧农业生产非结构环境、高精度农艺和强农时约束三大挑战,建议突出农业生产应用中作业精准化和驾驶自动化双重需求的特点,有针对性地开展农业装备自动驾驶技术研发、应用示范和技术分级等方面工作。

河南省智能农机发展现状与对策建议

河南作为我国重要的粮食生产基地,在发展现代农业的背景下,加快推进智能农机装备的研究与应用,对提高河南省农业生产效率,推动农业可持续发展有重要意义。通过分析河南省智能农机发展现状、存在问题,提出应加强智能农机装备关键技术的研发,推进数据共享平台建设,加强智能农机标准体系建设,促进河南省智能农机产业高质量发展。

农业装备电动化技术研究综述

随着电力电子和储能技术的发展,动力装备电动化已成为全球车辆发展的重要方向,在新能源汽车领域已得到成功应用,我国率先形成了完整的产业基础。目前,全球电动农业装备处于起步阶段,多以理论研究为主,尚无批量化生产的电动农业装备产品,发展电动农业装备具有产业优势。本文简要分析了电动农业装备关键部件及软件平台,重点综述了国内外电动拖拉机、电动微耕机、电动移栽机、电动果园作业机、电动播种机研究现状,并对电动农业装备与传统农业装备进行了性能对比,得出了不同农业装备的优缺点,为农业装备的应用场景分析提供了支撑。针对不同农业装备的农艺特点和电动化关键部件特点阐述了不同形式农业装备的应用场景。结合当前电动车辆发展状况及农业装备作业特点对不同电动农业装备发展瓶颈进行了分析,为电动农业装备的发展指明了方向,可为我国电动农业装备的发展提供参考。

基于数字孪生的动力换挡拖拉机换挡策略研究

发动机性能变化和牵引阻力波动等时变因素对大功率动力换挡拖拉机(PST)换挡策略的适应性具有巨大威胁。为了构建动态精准模型和应对负载波动,以提高PST换挡策略的适应性,提出了一种基于数字孪生的自适应换挡策略。一方面,将发动机状态变化视作内部干扰,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法对虚拟PST发动机进行实时校准,结合PST机理模型,实现对PST的实时动态精准建模。另一方面,将牵引阻力波动视作外部干扰,提出基于深度Q网络(DQN)的换挡策略生成方法。在实时动态精准建模和换挡策略自动生成两个机制的协同作用下,实现换挡策略的自适应调整。最后,开展了犁耕工况下的虚拟PST训练仿真及本文方法与模糊自适应方法的车速跟踪对比试验。结果表明,发动机转矩和燃油消耗率跟踪误差均值不超过7.28 N·m和1.55 g/(kW·h),实现了对物理PST的动态精准建模。在长时间使用之后,发动机和牵引阻力的变化导致模糊自适应方法的换挡点和模糊规则不再完全适用,换挡表现逐渐变差,而本文方法的换挡表现和车速跟踪效果全程良好,其车速跟踪误差均值、燃油消耗率均值和总换挡次数分别为0.0125 m/s、229.76 g/(kW·h)和42,比模糊自适应方法分别减小0.91%、11.14%、34.38%,验证了本文方法的适应性和优越性。

基于自适应阈值优化的插电并联式混合动力拖拉机节能控制研究

为最大限度发挥电能在作业过程中的优势,以插电并联式混合动力拖拉机为研究对象,采用滚动优化的思想,提出基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略。搭建插电并联式混动拖拉机驱动系统模型,制订拖拉机多种能源模式切换策略,对关键阈值参数进行自适应优化研究。基于拖拉机犁耕工况,利用Matlab/Simulink仿真平台,对文中策略与功率跟随策略进行仿真对比。结果表明:在循环犁耕工况下,基于时间窗口的自适应阈值优化混合动力拖拉机节能控制策略等效燃油消耗下降8.78%,为插电并联式混合动力拖拉机的节能控制提供新的控制方法。

混合动力拖拉机能量管理策略综述

对混合动力拖拉机进行研究,可有效提高燃料经济性,而能量管理策略的研究则是提高混合动力拖拉机燃油经济性的核心技术问题。通过文献整理及文献翻译,对能量管理的内涵进行分析。从基于规则和基于优化两个角度,对几种常见的能量管理策略进行分类。根据不同种类混合动力拖拉机的构型,分析其所适合的能量管理策略及其特点,并对之后能量管理控制策略应用于拖拉机上的研究方向做出了建议。

智能辣椒直播专用机自动驻车装置的设计与结构分析

采用机械变速箱和静液压传动装置相结合的履带车辆在驻车时,需要由人工操作驻车制动手柄,从而使车辆驻车。这种驻车方式对智能辣椒直播专用机来说存在一定不足。本文重点阐述一种自动驻车装置的设计与结构,以解决智能辣椒直播专用机停车时,需要手动操作制动装置来实现制动的技术问题。该自动驻车装置的设计,可以达到“车辆启动时自动解除制动,熄火时自动驻车”的效果。

基于MA-ECMS的串联式混合动力拖拉机能量管理策略研究

能量管理策略的研究则是提高混合动力拖拉机燃油经济性的核心技术问题。本文以后轮轮边驱动的串联式混合动力拖拉机为研究对象,对其混合动力系统构型进行了分析,动力系统主要部件的参数进行了确定,并对不同工作模式的能量流动情况进行了分析;设计了一种基于MA-ECMS的能量管理策略,经过仿真验证,混合动力系统模型具有较好的工况跟随效果;分别设置初始SOC值为0.2、0.6、0.8进行仿真验证,分析不同电池状态下的能量管理效果。结果表明,在不同初始SOC值条件下,能量管理策略均能实现串联式混合动力拖拉机工作模式的准确切换以及动力源功率的合理分配,具有较好的能量管理效果。以初始SOC值为0.6的情况为例,对比了猴群算法优化前后的能量管理策略SOC值变化和燃油消耗情况。优化前ΔSOC为0.0072,百公里燃油消耗量为6.43 L;优化后ΔSOC为0.0009,百公里燃油消耗量为6.11 L。结果表明,优化前后的能量管理策略都能实现SOC的动态平衡,而优化后的SOC动态平衡效果更佳;且经优化后,系统的油耗降低了0.32 L/100 km,节油率为5%,具有更好的燃油经济性。

农业机器人路径规划研究综述

农业机器人的路径规划能够提高机器人的作业效率,优化作业路径,节约能源消耗,降低作业成本,提升作业质量与精度,已成为农业机器人研究的重要方向。在市场与国家政策的推动下,我国农业机器人路径规划得到了快速发展,路径规划技术的关键在于获取准确的环境信息、地图构建、智能规划算法的选择。对农业机器人路径规划技术要点进行梳理与总结。阐述了路径规划在不同农业场景下的需求与差异,分析了路径规划的方法及特点,介绍了常用的路径规划算法及其特点,包括A*算法、Dijkstra算法、粒子群算法、RRT算法等,最后,分析与展望了农业机器人领域路径规划的发展趋势。

基于CODESYS的多功能动力平台便携式标定系统开发

基于CODESYS平台开发了一款工具系统,既能在产品下线时,辅助精确装配角度传感器,标定空挡位置等,又能在田间使用时,灵活智能化调整车速、作业施肥量、播种量等,提高产品可靠性的同时,增加了用户的操作体验感。开发的系统,标定对象主要为:电动推杆、角度传感器、左/右速度传感器、施肥电机等。开发的工具系统交付用户,于生产线和田间实际使用,经过便携式、智能化的标定功能的测试,既验证提高了关键零部件的系统可靠性,又验证了开发工具系统的功能性。

可快速训练的燃料电池混合动力拖拉机能量管理策略

专注于燃料电池混合动力拖拉机(FCHET)的节能控制问题,提出了一种快速训练并实时应用的能量管理策略。该策略通过学习过往相似工况下的功率分配控制序列的最优解,从而得出一次矩阵计算即可完成功率分配的计算模型。为验证方法的优化性能和计算效率,基于Markov理论构建了一条标准循环工况用于仿真验证。仿真结果显示,所提方法的氢气消耗量仅比基于动态规划(DP)的策略高1.61%,同时相较于传统的模型预测控制(MPC)策略节省了1.54%的等效氢气消耗量,并且运算时间远低于MPC策略,节省了约85.80%的时间。

浅析拖拉机电比例动力换向液压控制系统设计技巧

液压控制系统是实现动力换向技术的核心单元,目前主流的动力换向液压系统,均采用电比例减压阀对湿式离合器进行控制,可根据挡位、油温等设计不同的压力控制曲线,极大地提高换向品质。本文介绍了该系统的构成和基本功能,阐述了各类元件的选型要点。

基于庞特里亚金极小值原理的混合动力拖拉机节能控制

以某并联式柴电混合动力拖拉机为研究对象,分析其拓扑结构特点及工作特性,构建拖拉机旋耕、犁耕耦合动力学模型,以整机等效燃油消耗量最小为目标,电机功率和柴油机功率为控制变量、电池荷电状态为状态变量,建立基于庞特里亚金极小值原理的节能控制策略,基于Matlab仿真平台对该节能控制策略进行仿真试验。结果表明:与基于最佳经济性曲线的节能控制策略相比,所制定的基于庞特里亚金极小值原理节能控制策略能够合理控制柴油机和电机的运行状态,使柴油机、电机工作在高效率区,有效降低了拖拉机田间作业时的等效燃油消耗量。旋耕工况下,等效燃油消耗量降低10.44%;犁耕工况下,等效燃油消耗量降低11.20%。

P2构架混合动力拖拉机动力系统设计及参数匹配计算研究

拖拉机是从事农业生产活动必不可少的工具,而传统拖拉机存在油耗与排放较高等问题,研究表明开展农用混合动力拖拉机动力系统研究可以有效改善拖拉机的燃油经济性和排放。拖拉机具有作业模式多样、作业时发动机负荷高、作业地面环境复杂引起负荷变化范围大等特点。因此,基于拖拉机作业模式特点和功率范围特征开展混合动力拖拉机系统设计十分必要。本研究针对一款中型拖拉机,分析其作业特点和功率需求,设计了一种并联式P2构架的拖拉机混合动力系统,并对混合动力系统的发动机、电动机、电池等主要参数进行了匹配计算。计算表明在犁耕作业模式下,发动机固定在高效率工作点与作业时功率需求有关;电动机功率与混合度、发动机作业时的功率有关,随混合度的增大而增大;电池容量与纯电续航、混合度有关,随纯电续航时间和混合度的增大而增大。

农业机器人底盘关键技术研究现状分析

底盘总成是自走式农业机器人的重要组成部分,其性能优劣直接影响机器人的作业质量和效率。随着我国精准农业、智慧农业的迅猛发展,机器人技术在现代农业生产中的应用日益广泛,尤其是机器人底盘技术,集中在底盘技术的定位建图、路径规划和自主避障等方面,承载了机器人整体的定位、导航及避障等基本功能。本文基于现阶段国内外农业机器人底盘技术的发展概况,主要对我国农业机器人底盘定位建图、路径规划以及自主避障等关键技术的研究现状进行分析,并针对目前我国农业机器人底盘技术存在的不足,提出了未来农业机器人底盘技术的研究方向与展望,为智慧化现代农业生产中机器人技术深入研究和持续发展提供参考。

新型混合动力拖拉机高压配电系统设计

基于农机领域的新能源技术开发,结合混合动力拖拉机、纯电动拖拉机以及电动割草机等机型的高压动力系统的设计,对新型混合动力拖拉机的高压配电系统进行设计研究,主要从整机的高压电气架构、系统安全、功能需求等方面进行探究。

基于充油流量与曝气程度的拖拉机动力换向性能研究

围绕拖拉机动力换向离合器充油流量易受温度、回位弹簧刚度和预紧力等因素影响,液压油在加注及工作过程中易受空气污染,导致液压油空气含量增加的工程应用问题,探究了不同充油流量及曝气程度对动力换向性能的影响。以换向时间、冲击度、滑摩功和磨损量为评价指标对换向性能进行了评估,以期提高拖拉机动力换向品质、工作效率和传动系使用寿命。以东方红LF2204型拖拉机TX4A传动系为研究对象,建立了考虑充油流量和曝气程度的动力换向过程数学模型,基于ADAMS、Matlab/Simulink和AMESim平台分别建立了换向离合器机械模型、控制模型和液压模型,对拖拉机Ⅰ挡作业时前进挡切换为倒退挡的工况进行了仿真分析与台架试验验证。仿真结果表明:当液压油曝气程度为0.1%,充油流量分别为16、14 L/min时,与20 L/min流量相比,换向时间分别增长20%和43%,变速器最小输出转矩分别下降26%和52%,滑摩功分别上升33%和78%,最大冲击度分别下降11%和18%,最大磨损量分别上升24%和44%。当充油流量为20 L/min,曝气程度分别为1%和5%时,与0.1%曝气程度相比,换向时间分别增长26%和85%,变速器最小输出转矩分别下降0.4%和0.8%,滑摩功分别上升38%和163%,最大冲击度分别下降57%和50%,最大磨损量分别上升47%和163%。台架试验结果表明:试验数据与仿真试验数据变化趋势基本保持一致,误差都在5%之内,最大误差出现在充油流量为20 L/min、曝气程度为5%时,主要原因是油液自身脉动对传感器产生冲击影响,以及比例阀受油液气泡影响,输出精度降低。

农业机器人底盘研究现状与展望

在自走式农用机器人中,底盘总成是非常关键的部件。结合当下机器人的快速发展的情况,以农业机器人机械底盘技术的研究现状为出发点,详细介绍了农用机器人底盘的类型、先进技术、先进原理以及底盘技术的特点。将农业机器人机械底盘的问题进行归类总结和分析,根据问题提出了机械底盘技术未来的发展趋势,并对未来的农用机械底盘的研发工作提出了技术建议。

混合动力拖拉机动力电池系统设计

基于一款拖拉机的高压动力系统,设计开发一种混合动力拖拉机动力电池系统。主要从整机能量需求、动力电池类型选择、高压安全性可靠性、电池能量管理与分配、系统使用验证等方面进行了阐述,通过最终试验验证,系统设计满足各项性能要求。

一种基于无人驾驶智能收获机的卸粮协同控制策略设计

作为收获机的主要评判指标之一,卸粮在无人驾驶收获机上尤为重要。要实现无人驾驶智能收获机安全、高效的卸粮,需要保证无人驾驶智能收获机与运粮车稳定可靠地协同作业。提出一种适用于无人驾驶收获机的卸粮协同控制方法,在MATLAB的Simulink模块中对该控制方法进行建模,根据软件仿真和实车测试分别对该控制系统进行验证,判断该控制系统的可行性。