2014, 45(11):1-8. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.001
摘要:为实现用于车辆动力学稳定性控制的状态参数准确估计,基于自适应控制理论,针对三自由度车辆动力学模型,提出一种补偿更新律自适应控制估计方法,该方法能够实现对纵向车速、车辆质量及转动惯量的估计。通过原地起步直线加速工况和双移线工况的仿真和硬件在环仿真试验,表明该方法能够实现对运动状态的快速跟踪及参数的准确估计,满足车辆在线估计需求。
2014, 45(11):9-14. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.002
摘要:针对车辆自动变速器控制系统难以实时测得车辆质量与道路坡度参数这一问题,运用最优估计理论,以车辆纵向动力学模型为基础,建立系统的状态空间模型,运用前向欧拉法将过程方程离散化,进一步对非线性过程方程进行近似线性化,获得过程方程向量函数的Jacobian矩阵,实现了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的车辆质量及道路坡度估计算法。在Matlab/Simulink仿真平台下,进行了实车道路试验数据的离线仿真。仿真结果表明,该算法可有效估计车辆质量及道路坡度,能够满足车辆自动变速器控制系统的要求。
2014, 45(11):14-19. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.003
摘要:道路坡度预测是汽车ABS、AMT、混合动力汽车扭矩分配等实时控制的关键技术。提出一种基于支持向量机(SVM)的道路坡度实时预测方法,输入参数为发动机转速、输出扭矩、纵向车速和纵向加速度,均从控制器CAN网络中实时提取。分别构建实车道路试验系统和CarSim仿真平台,通过系统试验分别得到的样本对SVM模型进行学习和泛化能力测试。结果表明:CarSim试验数据建立的SVM模型预测平方相关系数达到0.99,实车试验数据建立的SVM模型预测平方相关系数在0.9左右,二者差异的主要原因是实车试验GPS方法获取道路坡度信息时叠加了不易消除的车体俯仰角的影响。基于LabVIEW编程将实车试验SVM模型导入虚拟仪器PXIe实时控制器中,其预测一个点的耗时等效到汽车电控ECU单片机为1.33ms,完全满足实时控制要求。证明所提出道路坡度预测方法是有效、可行的。
2014, 45(11):20-26. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.004
摘要:针对液力缓速器结构复杂、价格高,传统电涡流缓速器制动力矩热衰退严重等问题,提出一种液冷自励式电磁缓速器结构,建立其制动系统以及发电系统分析模型,分析了系统的磁路结构,利用有限元法分别对电磁场模型、制动特性以及温度场进行分析。设计了2000N·m样机并进行台架试验,对缓速器制动特性以及发电机特性进行测试,测试结果与有限元分析计算结果的误差在6%以内,在制动功率为180kW时水道温度为85℃,持续制动时制动力矩热衰退仅为10.4%。在1500r/min时制动力矩达到最大值2000N·m,而汽车电源只需提供给发电机的励磁功率为720W。
2014, 45(11):27-33. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.005
摘要:针对轮边电驱动铰接式矿用汽车的结构及转向特性,提出一种以滑移率一致为控制目标的差速控制策略。建立轮边电驱动铰接式地下矿用汽车运动学和动力学模型,分析转向时各轮运动关系及受力状况;利用加速度传感器在样车上测试车体实际速度,并采用Kalman滤波方法估算出车体速度真实值,与所搭建的滑移率控制器联合对转向差速工况进行仿真。结果表明:经滤波后的信号延时小,响应速度快,可直接估计车速。轮边电驱动铰接式地下矿用汽车采用以滑移率一致为目标的差速控制策略优于等扭矩控制,在试验转弯工况下内外侧轮滑移率皆可稳定为-0.08,不存在拖滑情况,使地面附着系数得到充分利用,达到功率的合理分配。该控制策略对减小轮边电驱动铰接式车辆轮胎磨损,提高驱动功率利用率具有实际意义。
2014, 45(11):34-39. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.006
摘要:势能回收可有效降低动臂频繁上下往复作业过程的能耗。其中,永磁发电机是实现回收功能的关键部分,其性能对能量转换和运动控制具有重要影响。因此结合应用工况的特点,对势能回收用永磁发电机控制系统进行研究和设计。针对系统输入输出参数存在较大波动,提出分别在电流控制环引入增益自适应、在转速控制环引入负载估计及补偿的控制方法。基于液压加载的永磁发电机控制系统台架进行了试验研究。结果表明,系统具有良好的电流和速度控制性能,且抗干扰能力得到显著改善。
刘方杰 , 苗家轩 , 刘圣华 , 魏衍举 , 徐 斌 , 吴 健
2014, 45(11):40-46. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.007
摘要:通过对发动机排气管隔热保温,在JL368Q3型电喷汽油机上开展了醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放的研究,采用气相色谱-氦离子化检测器(PDHID)快速检测方法检测发动机的醇醛排放。结果表明:与排气管保温前相比,排气管保温后醇排放降低,低负荷工况下(Tc<850K)醛排放变化不大,中高负荷工况下(Tc≥850K)醛排放降低,醇醛排放降幅随排气温度升高而变大。排气管保温延长了排气在高温下的反应时间,有利于未燃醇、醛的快速氧化,转速为4000r/min、负荷高于21N·m时(Tc≥900K),排气管保温后未燃醇、醛排放降低70%以上。排气温度和高温下的氧化反应时间对醇醛的氧化影响较大。
2014, 45(11):47-53. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.008
摘要:为提高K-means聚类算法的运算速度,基于CUDA架构提出一种分块、并行的K-means算法,并采用“合并访问”、“多级规约求和”、“负载均衡”和“指令优化”等策略优化并行算法。实验结果表明,并行K-means算法的分割效果与串行K-means算法相同,但运行速度得到了极大的提高,加速比最高达到560,很好地解决了农业工程实际中由于分割算法带来的瓶颈问题,能够极大地提高农业劳动生产率。
2014, 45(11):54-59. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.009
摘要:针对自动诱捕果园靶标害虫的姿态形体存在不确定性,增加果园害虫图像自动识别与计数的难度等问题,提出一种基于姿态描述的算法用于果园靶标害虫姿态表征与识别。首先分析了方法对靶标害虫在8个旋转角度、6种常见姿态形状的描述能力及稳定性,通过计算靶标害虫不同姿态的平均归一化傅里叶描述子和离散度阈值,确定了基准姿态特征向量和相似度差异判据值。对200幅包含3种果园害虫的样本图像进行了测试,当离散度阈值为0.02126时,靶标害虫桃蛀螟识别的正确率为86.7%,误判率为2.6%。试验结果表明该方法具有稳定的姿态形状描述能力和良好的识别性能。
2014, 45(11):60-67. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.010
摘要:为实现基于机器视觉技术的破损花菇自动检测,研究了基于曲线演化和花菇边缘灰度分析的破损检测方法以及破损花菇在线检测系统。去除花菇背景,跟踪花菇边缘,得到花菇边缘坐标曲线,对此曲线的内外部进行曲线演化,并计算内外部演化曲线与原始花菇边缘曲线接近的点的个数(Nin、Nout),以此参数可判定花菇的破损状况;利用形态学腐蚀的方法对花菇边缘进行采样,从采样灰度序列中提取均值(μ)、方差(ρ)、平均波峰宽度(Lp)和最大波峰宽度(Lmax)4个破损特征参数,进而使用模式识别的方法分析此4个破损特征参数,得出花菇的破损状况。结合曲线演化和边缘灰度分析的结果联合判断花菇的破损状况。对180个花菇样本进行测试,得出最终破损识别率为88.33%,检测速度为98个/min。
何雪军 , 王 进 , 唐小林 , 陆国栋 , 王炳文 , 任广鑫
2014, 45(11):68-74. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.011
摘要:为丰富茶厂生产茶叶的种类,提高鲜叶原料的利用率,设计了一台能实现绿茶摊放、红茶萎凋以及乌龙茶做青的多功能茶鲜叶前处理机。阐述了该机的总体结构,包括机械传动系统、翻叶装置、通风与加热系统等核心部件的工作原理。采用多分支管道分层进风,确保风量的均匀性;高压小流量泵及微细喷头确保箱内湿度均匀;热源的分层设置,确保箱内温度均匀。试验表明,经过该机处理的茶叶制品,其理化指标和审评分数均高于对照组。运行结果表明,整机设计合理、运行可靠。
李文哲 , 袁 虎 , 刘宏新 , 王 明 , 李文涛 , 殷丽丽
2014, 45(11):75-80. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.012
摘要:沼液沼渣既是速效与迟效兼备、速效多于迟效的有机肥,又是防治病虫害的无污染、无残毒、无抗药性的“生物农药”。但由于没有沼液沼渣这种液态沼肥的机械化施肥技术和装备,无法施用于田间。同时,由于大中型沼气工程缺乏沼液沼渣的消纳途径,制约了沼气产业的发展。为此本文设计出一种液态沼肥暗灌施肥机械,该机械采用分配器对沼肥进行分配和防堵,一次进地能完成开沟、松土、施肥、起垄及镇压多道工序,减少了拖拉机及罐车进出耕地的次数。同时分析了分配器中沼液沼渣在管道中的流动性,发现其能集中沼液沼渣从总管到分管的瞬时流体能量。最后对施肥机进行了田间试验,结果表明所设计机具通过拖拉机配套牵引能进行沼肥运输、抽排工作。
2014, 45(11):81-87. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.013
摘要:变比变量施肥中,排肥管和落肥管结构对多种肥料的掺混性能和排肥滞后有重要影响。在已完成掺混腔结构优选的基础上,使用离散元法对变比变量施肥和撒播过程加以仿真,分析不同排肥管高度与落肥管三角波纹形状对颗粒运动的影响,依据提出的性能评价指标,优化排肥管和落肥管结构。计算结果及机理分析表明:排肥管高度越大,颗粒在下落、碰撞及混合各阶段的速度越大,颗粒与掺混腔壁面碰撞后形成的散布面积越大,颗粒混合均匀性越好,颗粒混合配比标准差越小;落肥管三角波纹高度在4~6mm范围内,相对于无波纹情况,可增加颗粒与落肥管间和颗粒间的碰撞次数进而促进颗粒均匀掺混,但高度过大会延缓与其接触的颗粒下落。当落肥管三角波纹高度约为2mm时,即为肥料颗粒直径的40%~60%,最有利于促进肥料颗粒之间的混合,同时三角波纹对颗粒下落的滞后影响较小。
2014, 45(11):88-97. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.014
摘要:针对水稻植质钵盘应用过程中存在的问题,对水稻植质钵盘结构进行改进设计。阐述水稻植质钵盘设计思想,探讨水稻植质钵盘结构改进设计思路及结构设计依据,分析改进前后的水稻植质钵盘结构强度,同时分别以改进前的水稻植质钵盘(CK1)、日本塑料钵盘(CK2)和平育秧盘(CK3)为水稻育秧载体,通过多年田间对比试验探讨改进后的水稻植质钵盘(CK)对水稻生产的影响。试验结果表明:改进后的水稻植质钵盘正应力较改进前水稻植质钵盘提高15.09%;CK和CK1秧苗移栽后均无缓苗期,CK2和CK3秧苗均需一定缓苗期;在生育期和收获期,CK和CK1秧苗素质均无显著差异,但均优于CK2和CK3秧苗素质;CK生产投入均低于CK1和CK2生产投入,但高于CK3生产投入;CK和CK1土壤有机质含量相同,在0~10cm、10~20cm和20~30cm土层,CK土壤有机质含量分别较CK2和CK3土壤有机质含量提高7.06%、10.08%,2.53%、3.34%,0.48%、0.11%;CK和CK1对土壤容重影响程度相同,与CK2和CK3相比较,在相同土层,CK能够促使土壤容重减小;CK和CK1产量持平,较CK2和CK3,产量分别提高10.59%和13.54%。
2014, 45(11):98-103. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.015
摘要:农药的小流量、高精度实时动态测控是在线混药装置急需解决的一个关键问题。流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度、阀开度有关,通过建立流量与这3个变量间的关系表达式,即可利用调节阀对药液流量进行实时检测和控制。设计了利用流量计和调节阀分别对水和农药原液进行计量的在线混药装置,在提出调节阀相应标定方法的基础上,建立了调节阀的流量关系表达式,并在室内进行了测试。结果表明,农药流量在24~240mL/min范围内时,混药装置的药液流量相对偏差均小于4%。
2014, 45(11):104-110. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.016
摘要:为了研究风幕出口风速和风幕出风口与喷口的水平距离对雾滴粒径和雾滴速度分布的影响,运用PDPA测试系统对不同条件下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,对雾滴粒径、速度分布的测量结果进行了分析和讨论。结果表明:雾滴在气流场的作用下,随着风幕风速的逐步变大,雾滴的粒径变小且分布均匀,有效地增大了雾滴的沉积、减小了飘移。风幕出风口与喷口水平距离越近时,雾滴的穿透性能越好,向后飘移的趋势越弱。
2014, 45(11):111-116. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.017
摘要:为了研究切纵流联合收获机脱粒分离装置的最佳结构参数和运动参数,对履带式切纵流联合收获田间试验机进行结构改进、载荷测试系统的构建和水稻田间试验,研究切流滚筒、纵轴流滚筒间隙和切流滚筒、纵轴流滚筒转速对脱粒总功耗、切流滚筒功耗、纵轴流滚筒功耗和夹带损失率等性能的影响。并对总功耗和夹带损失率的数据进行二次多项式回归分析和复合型优化分析得到最佳参数配置:切流滚筒间隙为30.99mm,纵轴流滚筒间隙为14mm,切流滚筒和纵轴流滚筒转速为892.95、848.95r/min。试验表明,该参数组合下,脱粒总功耗39.03kW,切流滚筒功耗11.72kW,纵轴流滚筒功耗27.31kW,夹带损失率0.50%。对切流滚筒和纵轴流滚筒下方脱出混合物分布进行了研究,为清选装置的设计与优化提供了依据。
2014, 45(11):117-123. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.018
摘要:针对丘陵地区甘蔗收获设计的一种小型整秆式甘蔗收获机,运用物流仿真软件FLEXSIM对甘蔗通过切割系统进行了虚拟仿真试验,试验表明增加切割系统的通道宽度和提高甘蔗的输送速度对防止甘蔗收获机出现堵塞具有显著影响,当物流系统的宽度一定时,提高小型甘蔗收获机的输送速度就显得尤为重要。通过多体动力学仿真软件ADAMS对甘蔗的输送速度进行了仿真,仿真结果表明通过增加甘蔗与螺旋的摩擦因数、增加主动喂入辊及在刀轴上增加橡胶可以提高甘蔗的输送速度。田间试验表明,采取上述措施提高了甘蔗被切断后的输送速度,减少了甘蔗头部受刀盘和固定在刀盘上螺旋反复打击的次数,提高了甘蔗的切割质量及降低了收获机出现堵塞的概率。甘蔗通过切割输送系统的时间由改进前的2~3s缩短为1.5s左右,甘蔗头部的完好率由改进前的17.8%提高到57.9%。
师清翔 , 马 萌 , 闫卫红 , 周 浩 , 袁华杰 , 李宇航
2014, 45(11):124-128. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.019
摘要:为设计便携式谷物联合收获机清选系统,利用双扬谷器旋风分离清选系统试验台,在无物料状态下通过研究两级扬谷器之间和二级扬谷器与风机之间输送管道内气流状态,确定了物料顺利输送的一、二级扬谷器和风机转速的选取范围,物料试验以小麦为试验对象,以一级扬谷器、二级扬谷器和吸杂风机转速作为试验因素,以清洁率为试验指标,进行了正交试验和回归试验,优化确定了最佳参数值。当一级扬谷器、二级扬谷器、风机转速分别为300、764、3255r/min时,籽粒清洁率达99%以上。
王 洋 , 李贵东 , 曹璞钰 , 印 刚 , 崔宇蕊 , 李亚成
2014, 45(11):129-133. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.020
摘要:为了研究自吸泵内部气液两相流动情况,选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象,运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型,对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟,得到了各过流部件压力和速度分布等内部流动信息,分析了射流器进口和泵腔出口处各监测点气相体积分数的变化情况,并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:液体从导叶出流后,会形成一个较大的速度环量,导致气液分离不充分,大量液体进入出水管路,泵腔内液体减少;在导叶背面添加筋板后,射流器进口处气相体积分数减小,喷嘴出流的工作液体中夹杂的气相体积分数减小,泵腔出口气相体积分数增大,从而提高了自吸性能。
2014, 45(11):139-145. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.022
摘要:为了掌握不同流量工况下的轴流泵压力脉动特性,在轴流泵叶轮段和导叶段外壁面布置了6个压力脉动监测点,对多个流量工况的压力脉动进行了动态测量,揭示了轴流泵内部不同位置处压力脉动规律。试验结果表明,叶轮进口监测点P1的波形为规则的正弦波形,叶轮内部中间测点P2的压力脉动峰峰值最大,叶轮进口监测点P1压力脉动次之。叶轮进口、叶轮中间和叶轮出口监测点由于受到叶轮内压力梯度的交替变化影响,时域脉动周期与叶片旋转周期一致,在小流量工况下叶轮内部涡流诱导了明显的二次谐波。基于快速傅里叶变换,获得了不同监测点压力脉动频域分布结果,并发现叶轮区域3个压力脉动测点在不同工况的主频均为叶片通过频率(BPF),谐频为叶频的倍数,其幅值呈指数形式衰减。但在导叶进口、导叶中间和导叶出口监测点的压力脉动频域中出现了撞击和回流诱导的低频信号,同时也存在叶轮的主频及其谐频。
2014, 45(11):146-153. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.023
摘要:根据糯玉米-冬小麦田间喷灌试验不同处理结果,利用独立的自动参数估计软件PEST对RZWQM2模型进行参数优化,并分析了24个模型参数的综合敏感度。通过控制不同观测变量(土壤含水率、土壤氮素含量、作物叶面积指数、产量)模拟差异函数值在目标函数中的比重,优化目标方程,确定模型参数,并用田间试验数据对模型进行验证。结果表明,在不同观测变量的模拟差异函数值最接近条件下,冬小麦出叶间隔特性参数、冬小麦春化作用敏感特性参数及糯玉米出叶间隔特性参数等3个参数对模型整体模拟效果影响最大。相比试错法而言,基于PEST优化的RZWQM2模型能够更准确地模拟糯玉米-冬小麦轮作系统中水分、氮素及作物生长情况。
2014, 45(11):154-158. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.024
摘要:针对目前进行规模化养殖场粪便养分分配,主要以行政单元为单位将规模化养殖统计数据总量按农田面积简单分配,认为所有的农用地之间都是均匀的,而忽视了农用地块之间存在差异性的问题,利用GIS空间分析技术,结合农用地地块间的空间差异性以及规模养殖畜禽粪便作为肥料施用的特殊性,构建了规模化畜禽养殖统计数据空间化算法,并结合农用地最大养分负荷,实现从规模畜禽养殖统计数据到区域畜禽粪便养分供给的空间化转换,最后以福州市闽侯县上街镇为例进行了算法的实际应用。结果表明研究区农用地氮、磷最大养分负荷分别为169994kg/hm2和34973kg/hm2。无论是畜禽养殖粪便氮养分还是磷养分,都未超过算法设定的阈值。
2014, 45(11):159-164. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.025
摘要:为研究压力、喷头组合方式和插值方法对喷灌均匀系数CU和分布均匀系数DU这两个评价指标计算结果的影响规律,利用雨量筒径向间隔为1m的FY RB-471型喷头无风喷洒试验数据,模拟出了喷头在不同压力下的水量分布情况。在喷头矩形组合方式和正三角形组合方式下,采用线性插值、立方插值、三次样条插值、距离插值和平面插值法计算了不同压力下的喷灌均匀系数和分布均匀系数。结果表明,采用三角形组合方式比矩形组合方式计算的喷灌均匀系数CU高1.56~4.77个百分点,同样,三角形组合方式比矩形组合方式计算的分布均匀系数DU高4.26~9.19个百分点;不同的插值方法对喷灌均匀系数与分布均匀系数的计算结果影响不明显,而压力是影响喷灌均匀系数的一个重要因素。
2014, 45(11):165-171. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.026
摘要:对渭北旱原矿区130个农田土壤样品的Cd、Cr、Cu、Pb、Zn含量进行了测定,结果显示,Cd、Cu、Pb平均含量均高于陕西省土壤背景值,而Cr和Zn含量低于背景值。利用地统计方法得到的土壤重金属含量分布图显示,土壤各重金属含量由西向东呈下降趋势,水泥厂周边土壤重金属含量最高。相关性分析和主成分分析结果表明,5种重金属之间呈极显著正相关,说明其存在较高的同源性或复合关系。第1主成分主要由Cd构成,且主要反映了人为活动的影响,而第2主成分中的Cr所占负荷最高,体现了成土母质的作用,Cu、Pb和Zn含量受人为活动和成土母质共同影响。分别利用污染负荷指数(PLI)法和潜在生态危害指数(PER)法对研究区域土壤污染风险进行了评价,评价结果为煤矿区呈无污染或轻微到中度污染,水泥厂区土壤呈中度污染水平,单一元素污染程度由高到低依次为Cd、Pb、Cu、Cr、Zn。
王春梅 , 孟庆岩 , 占玉林 , 刘 苗 , 王 靓 , Tamas Jancso
2014, 45(11):172-179. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.027
摘要:综合运用传统统计分析方法和地质统计分析方法,研究了西北旱区春小麦蒸散量在不同生育阶段的时空变异特征,并分析了试验区表层土壤储水量和叶面积指数对春小麦蒸散量的影响关系,通过分析比较,筛选表层土壤储水量为协同因子,并将其应用到试验区春小麦蒸散量的空间插值研究中。研究结果表明:在所研究的条件下,即使外观较为均匀、面积相对较小的农田,春小麦蒸散量仍具有较高的空间变异(变异系数范围0.328~0.495);当降雨入渗深度小于20cm时,表层土壤储水量(0~20cm)是影响研究区春小麦蒸散量变异的主要因子,春小麦不同生育期累积蒸散量与表层土壤储水量变化的相关系数在0.8~0.9之间,远大于春小麦累积蒸散量与叶面积指数的相关系数;基于表层土壤储水量的蒸散量协同克里金空间插值分析与地面实测结果相比,仅42个蒸散量地面采样数据即可保证研究区春小麦蒸散量估计精度高于90%。
2014, 45(11):180-187. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.028
摘要:为评价不同水质膜下滴灌棉田土壤盐分空间分布及变异性,采用EM38-MK2型电磁感应仪对微咸及淡水滴灌田块进行盐分调查。解译模型获得的土壤含盐质量比描述性统计特征表明,微咸水滴灌的积盐程度高于淡水滴灌,但其变异系数相对较小。采用GS+软件拟合最优半方差函数模型,微咸水处理为指数模型,淡水处理为高斯模型,均表现为强的空间相关性;微咸水处理变程大于淡水处理,增加了土壤盐分的空间相依性。Kriging空间插值及变异分析表明,淡水滴灌棉田土壤盐分微域及全域空间变异程度强于微咸水滴灌,二者均存在影响棉花出苗的盐斑。建议用水紧张时,可基于EM38-MK2型电磁感应仪的盐分调查结果,重点淋洗盐斑集中分布区域,以节水增产。
2014, 45(11):188-193. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.029
摘要:基于电子鼻监控数据,建立基于高斯过程的状态监控分类器,实现对秸秆饲料固态发酵过程的有效监测。秸秆饲料固态发酵过程实验周期为7d,每隔24h利用电子鼻系统对发酵气体监测数据进行采集。该发酵实验共分20批次,其中10批次实验数据用来训练高斯过程分类器,其余10批次实验数据用来测试所训练分类器的性能。实验结果表明所采用电子鼻系统可以对秸秆饲料固态发酵过程状态进行有效监控。将所训练高斯过程分类器与支持向量机、神经网络分类器进行比较表明,基于高斯过程分类器的正确率为100%,高于基于支持向量机、神经网络分类器的正确率85.71%、94.29%,能够更好地实现对秸秆饲料固态发酵过程的监测。
2014, 45(11):194-200. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.030
摘要:为探索厌氧反应器中三相分离器污泥回流缝对分离器内流场及气、液、固三相分离性能的影响,以Eulerian多相流模型为理论框架,利用计算流体动力学(CFD)技术对厌氧反应器及三相分离器中的气、液、固三相三维流场以及分离效率进行了模拟分析,模拟中采用工程上常用的80、95、110、125、140mm 回流缝宽度。模拟结果表明:三相分离器内部的三相流速大大高于反应器的设计上升流速,其中固相平均流速相对较高;三相分离器内部液相流场以环流为主;污泥回流缝宽度对气、液流动相影响小,对固相影响则相对较大;三相分离器对固相的分离效率较高,混合液经过一层挡板的固相分离率均大于87%,而气相的分离率最低在60%;污泥回流缝宽度越宽、各单层的气、固相分离效率下降,通过三相分离器最上层沉淀区域的补充,混合液中的固相基本上能达到完全分离,而气相在回流缝宽度为95mm左右时分离效率最高。
2014, 45(11):201-205. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.031
摘要:以液体石蜡、邻苯二甲酸二丁酯为混合致孔剂,采用悬浮聚合法制备多孔聚苯乙烯-二乙烯苯,磺化后得到磺酸型阳离子交换树脂。利用SEM/EDS、BET、IR等手段对其形貌、磺化程度进行表征,并通过酸值为63.0mg/g(以KOH计)煎炸油的酯化反应考察催化剂的活性。结果表明:磺酸根基团成功接到PS分子链上;在聚合条件为360r/min、1.0%分散剂、1.0%引发剂、75℃保温4h、升温至85℃保温6h时,混合致孔剂的最佳添加量为40.0%液体石蜡、50.0%邻苯二甲酸二丁酯;在磺化条件为二氯乙烷1.0mL/g、硫酸5.0mL/g、70℃磺化1h后升温至80~〖JP2〗85℃磺化3h时的最佳溶胀时间为1h、硫酸体积分数98%,得到阳离子交换树脂W2的最大交换容量为5.2mmol/g;〖JP〗在40.0%甲醇、10.0%W2、70℃搅拌下酯化反应1.5h,W2的破碎率仅10.0%,FFA转化率达到86.8%,优于市售阳离子交换树脂PC101,且可重复使用5次。
殷秀兴 , 林勇刚 , 李 伟 , 王成东 , 刘宏伟 , 顾亚京
2014, 45(11):206-211. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.032
摘要:提出恒压网络电液变量马达的风力机变桨距控制技术,通过调节接入到恒压网络中变量马达的排量来控制变桨转矩和方向,并适应变桨载荷的变化。在此基础上,构建了系统数学模型,分析了其双闭环的桨距角位置控制特性和参考桨距角的模糊给定策略,并进行了仿真实验。结果表明,变量马达变桨距的响应速度较快,可将传动链转矩稳定于额定值的5%以内,将功率稳定于额定值的6%以内。相比于常规变桨距方式,该方式变桨效率较高,功率和转矩控制的准确性较好。
2014, 45(11):212-222. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.033
摘要:追溯系统作为控制农产品及食品质量安全的有效方法在国内外日益受到重视。首先辨析了可追溯性和追溯系统概念;在此基础上从追溯编码与产品标识技术、供应链各环节信息快速采集技术、质量安全智能决策与预警技术和溯源数据交换与查询技术四方面综述了国内外研究进展;结合物联网的技术特点构建了“一核、双轴、三链”的农产品及食品质量安全追溯系统技术体系框架;最后分析了实施追溯系统急需解决的问题。
刘常金 , 赵 锦 , 江慎华 , 王 煌 , 廖 亮 , 张小谷
2014, 45(11):223-229. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.034
摘要:采用超声波-微波协同技术对丁香抗氧化活性物质提取工艺进行了优化,并对该技术高效提取机理进行了分析。结果表明,丁香抗氧化活性物质超声波-微波协同提取最佳工艺条件为:50%乙醇、液料比30mL/g、超声波功率50W、微波功率100W、协同提取时间12min。通过对比分析发现,超声波-微波协同对丁香抗氧化活性物质的提取效率显著高于水浴振荡提取(P<0.01);协同提取技术优势在于超声波和微波的协同作用,实现优势互补,从而对原料细胞结构破坏更严重,作用更充分,提高了提取效率。
2014, 45(11):230-234. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.035
摘要:以一株分离自新疆传统乳制品中生物膜强阳性的戊糖乳杆菌为研究对象,采用微量板半定量法分别探索了不同理化因素及几种食品添加剂对乳酸菌生物膜形成的影响。结果表明戊糖乳杆菌生物膜形成的最佳理化条件为接种量1∶200、培养温度37℃、培养时间48h、葡萄糖质量分数2%、pH值5.8~6.8,Ca2+及乳酸的加入基本能完全抑制生物膜的形成。
2014, 45(11):235-241. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.036
摘要:以稳态化米糠为原料,研究超声波-碱溶酸沉联用技术提取米糠蛋白。以超声波处理时间、超声波功率、超声波处理温度及液料比为考察因素,以米糠清蛋白和谷蛋白提取率为目标值进行单因素试验,并对超声波最佳条件下获得米糠清蛋白和谷蛋白氨基酸组成、微观结构、二级结构及热稳定性进行分析研究。结果表明:超声波处理时间10min、超声波功率160W、超声波处理温度50℃、液料比10mL/g条件下,米糠清蛋白、谷蛋白提取率均可达最大值;氨基酸组成、微观结构及二级结构分别表明稳态化米糠清蛋白和谷蛋白仍具有其典型特征,且热稳定性较高。
2014, 45(11):242-245. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.037
摘要:利用近红外高光谱图像技术研究了总黄酮含量在不同颜色(绿色、黄绿色、黄色)银杏叶片上的二维分布规律。采集120片银杏叶在近红外波段(900~1700nm)下的高光谱图像信息,并利用分光光度计法测定银杏叶片的总黄酮含量;计算高光谱图像中不同波段下的平均灰度作为银杏叶对应的光谱信息,利用逐步线性回归方法建立黄酮含量校正模型(R=0.9307);逐一提取待测银杏叶高光谱图像中每个像素点在不同波段的光谱信息,并将其代入黄酮含量校正模型以计算出各个像素点处对应的黄酮含量,从而绘制总黄酮含量在整个银杏叶片上的二维分布图。研究结果表明,银杏叶总黄酮含量随着绿色、黄绿色、黄色而呈现出递增趋势,且总黄酮含量高的区域主要位于叶片的边缘,总黄酮含量低的区域主要位于叶柄附近。研究为揭示有机组分在农产品、食品中的分布规律提供了技术手段。
2014, 45(11):246-249. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.038
摘要:在不同单位辐射功率和辐射距离下对山药切片进行了红外辐射干燥温度试验。基于温度试验数据,通过Matlab神经网络工具箱,采用最速梯度下降法和L-M算法对这些数据分别进行了训练,将训练好的BP神经网络对山药切片进行温度预测。结果表明:L-M算法优于传统的最速梯度下降法,提高了BP神经网络的收敛速度和泛化能力,预测误差较小,适用性较强,可较好地预测红外干燥过程中山药切片的温度变化。
2014, 45(11):250-257. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.039
摘要:设计构建了基于无人直升机平台的遥感系统,以北京地区园地的板栗为研究对象,对其主要生育期进行监测。基于植被、土壤自身光谱特征差异,提出了一种无人机遥感影像植被覆盖度快速计算方法,利用多时相无人机遥感影像实现了板栗植被覆盖度年变化监测。采用计算机模拟的方式构建模拟场景,对板栗植被覆盖度统计尺度特征进行分析,进一步验证了无人机遥感影像植被覆盖度计算结果的有效性。
彭孝东 , 张铁民 , 李继宇 , 漆海霞 , 廖懿华 , 庄晓霖
2014, 45(11):258-263. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.040
摘要:为了得到在无导航目视遥控模式下农用无人机的直线飞行特性、检验农田作业航线的人为即时规划情况和评价实际作业质量及效果,设计了基于GPS的坐标采集无线传输系统,以水稻田边界直线为参照,通过目视和经验遥控无人机分别进行循直线飞行试验和基于作业幅宽的航线规划飞行试验。结果表明目视遥控模式下难以控制无人机沿直线飞行;人为即时规划的航线与理论航线偏离严重;在理想喷雾条件下估算出的作业遗漏率为17.1%,重复作业占8.2%,区域外浪费占0.7%;同时,目视遥控模式下无人机的高度及速度表现出无规律随机性。因此在无导航情况下,仅凭目视和经验遥控无人机难以做到精准作业。以GPS导航为主、能根据田块实际大小智能优化并生成作业航线的自主飞行作业模式是未来农用无人机进行精准作业的发展方向。
2014, 45(11):264-271. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.041
摘要:以陕西省榆阳区2013年6月9日的Landsat 8 OLI图像为基础数据源,对比分析LBV Wavelet RF等5种图像融合算法的使用效果。对图像预处理后,分别采用HIS变换、Brovey变换、HPF变换、PCA变换和LBV Wavelet RF方法进行融合和SVM监督分类,然后从目视评价和定量评价两方面对比分析各种融合算法的使用效果。在目视评价方面,判读融合前、后9种地类光谱特征的一致性;融合后图像是否具有全色波段图像的空间结构特征,是否存在细节模糊。在定量评价方面,采用灰度均值差、灰度均方根差评价融合后图像对多光谱信息的保持性能;采用相关系数均值、相关系数均方根差评价融合后图像对高空间分辨率信息的融入度;采用总体分类精度、Kappa系数评价融合前、后SVM监督分类精度差异。结果表明LBV Wavelet RF方法能够使融合后图像在保持原多光谱图像光谱信息的同时,增强纹理结构特征,提高对细小地物的辨识能力;融合后图像SVM监督分类的总体分类精度和Kappa系数分别为84.01 %和0.787,较原多光谱图像分别提高13.45%和15.91%。
苏 伟 , 刘 睿 , 孙中平 , 刘 婷 , 姜方方 , 曹 飞
2014, 45(11):272-279. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.042
摘要:基于能量平衡原理,运用SEBAL陆地能量平衡模型,利用国产HJ-1卫星CCD、IRS影像反演了河北省保定市涿州市和高碑店市的农作物净初级生产力(NPP)。利用HJ-1卫星影像、DEM、气象数据,反演净辐射通量、土壤热通量、感热通量,通过能量平衡计算蒸发比系数,进而计算光能利用率;基于DEM计算太阳总辐射,结合通过HJ-1卫星影像计算的光合有效辐射分量(fPAR)反演被作物吸收的光合有效辐射(APAR);利用反演的农作物APAR和光能利用率2个因子,反演农作物NPP。实验结果表明:研究区日蒸散量范围为4.43~8.18mm/d,均值为6.28mm/d,与利用气象数据和Penman-Monteith公式计算结果(7.15mm/d)大致相等,反演精度较高;研究区农作物NPP均值为31.02g/(m2·d),最高达到139.29g/(m2·d),其空间分布特征与地物类型分布特征一致。
2014, 45(11):280-285. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.043
摘要:采用支持向量机(SVM)模型,对新疆加工番茄早疫病病害植株的叶片氮素含量进行光谱反演。分析不同病害严重度的病叶氮素含量的光谱特征,发现在218~357nm、384~587nm、1033~1141nm、1499~2500nm,氮素含量与光谱反射率的相关系数的绝对值大于0.7,在227~353nm的相关系数大于0.8,表明不同病害严重度的病叶氮素含量与光谱反射率呈强相关。利用K层交叉检验(K-CV)方法验证、优选出SR705、ND705、GMI-2、RI-half、PTEBc等5种光谱指数,作为SVM模型的输入变量;同时,分别建立线性核、多项式核、径向基核和Sigmoid核的SVM模型,通过模型拟合比较,得出最佳模型为径向基核的SVM模型。采用径向基核的SVM模型对病叶氮素含量进行光谱反演,结果表明:径向基核的SVM模型氮素含量反演的真实值与预测值的MSE为0.0124,相关系数R为85.916%,平均相对误差为0.175,结合多光谱指数的SVM模型提高了加工番茄早疫病病害叶片氮素含量的反演精度。
蒋建明 , 史国栋 , 赵德安 , 李正明 , 史 兵 , 赵以钢
2014, 45(11):286-291. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.044
摘要:提出了基于LEACH(Low energy adaptive clustering hierarchy)协议的水产养殖溶解氧参数低功耗无线测量网络和溶解氧浓度的智能变频控制技术。无线传感网络中簇首对测量节点的数据先进行融合,然后发送到基站。针对水体溶解氧参数变化缓慢的特点,规定在每一帧内变化小于0.1mg/L时,不再向簇首发送数据。簇首调整各节点在该帧内数据发送时隙,延长簇首和节点的休眠时间,降低了功耗。PLC根据溶解氧参数的变化一方面通过变频器控制叶轮增氧机,在白天水体溶解氧质量浓度大于5.0mg/L时,叶轮增氧机低速“耕水”,充分利用自然界的风能、光能和藻类的光合作用改善水质;另一方面当溶解氧质量浓度低于5.0mg/L下限时,采用模糊变频控制迅速缩小误差,在接近控制目标后,变频器输出稳定。通过试验验证,相对于人工粗略控制,节约电能42.3%以上,产量提高11.8%,综合经济收益提高41.3%。
陆明洲 , 沈明霞 , 刘志强 , 刘龙申 , 杨晓静 , 王 宇
2014, 45(11):292-297. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.045
摘要:基于比特平面及二值自适应算术编码提出了一种逐行小波系数编码方法,该方法能与低内存开销的逐行小波变换无缝、高效对接。处理器从图像节点FIFO通道中逐行读出图像信息,完成多级小波变换后,根据各层小波系数概率分布确定量化值,利用4个二值概率模型对系数各比特平面执行二值自适应算术编码,实现了基于小波变换的低内存开销图像压缩。利用该压缩方法处理一幅320像素×240像素仔猪灰度图像,结果表明,量化位数取3位时,存储开销、时间开销及峰值信噪比为5749KB、16312s及3972dB,内存开销低且重构图像质量较高。
沈明霞 , 刘 政 , 熊迎军 , 孙玉文 , 陆明洲 , 刘龙申
2014, 45(11):298-303. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.046
摘要:为提高电池能量利用率,降低温室环境无线采集节点功耗,延长节点寿命,以16位低功耗MCU(MSP430F149)和CC1101射频模块进行温室环境无线采集节点硬件设计,电源管理模块采用TPS63031芯片实现双电源供电,即节点在工作和休眠状态下分别采用3节AA南孚电池和1节3V纽扣电池供电,通过DC-DC转换,电池可使用能量提高22.8%。软件协议采用有限状态机(FSM)模型设计,实现节点工作模式和休眠模式的任务调度,使节点休眠时进入LPM3深度休眠,大大降低节点功耗。电池放电试验和节点性能测试试验表明,在设定30min采集周期下,设计的供电方案可保证节点110198h(约4592d)的可靠使用寿命。
2014, 45(11):304-310. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.047
摘要:以外界温度、太阳辐射、风速风向作为随时间变化的边界条件,基于CFD方法建立了Venlo温室自然通风三维非稳态数学模型。结果显示,模拟值与实测值均方根误差RMSE为0.688℃,最大相对误差为8.9%,平均相对误差为2.8%,所建立CFD模型可以准确地描述室内温度场的时空变化。从整个模拟周期上看,温室内温度和室外温度变化趋势一致,室内温度和室外温度平均温差3.09℃;当室外风速从0.81m/s跃变至1.2m/s,风向由西南偏南变为西时,温室西侧迎风口局部气流速度出现了先增大后减小的变化模式,温室东侧上部气流速度明显增加,除温室迎风口附近区域外大部分作物区域气流速度维持在0~0.1m/s的范围内,温室通风入口处x=1.5m截面和作物冠层y=1.4m截面平均温度在180s内分别下降了1.87℃和0.92℃,室外风速风向对温室自然通风降温效果影响显著。
张 智 , Steven E Ford , Richard S Gates , 邹志荣
2014, 45(11):311-316. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.048
摘要:试验采用Fans assessment numeration system(FANS)为现场监测系统,利用位置上下移动持续运行的螺旋桨风速计和静压传感器对风机通风性能进行测试。试验共测定3个玻璃温室内3种类型共9个排风风机在不同工况下静压5.0~61.5Pa范围内的通风量和能源消耗。结果显示,风机防护网的存在及清洁状况对通风量的影响低于5%;塑料百叶窗风机比相同配置的铝制百叶窗风机通风量和能效分别平均高13.1%、15.1%;参数完全相同的风机能效差异最高达12.7%;胶带驱动的风机转速减少16.1%时通风量平均降低38.7%;温室内静压超过30Pa时风机能耗显著增加。
2014, 45(11):317-323. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.049
摘要:对单变胞支链型3PUS-S(P)球面变胞并联机构进行运动学和动力学分析。该机构由动平台、静平台、3个PUS支链和1个中间S(P)变胞支链组成。完全描述该机构动平台的位置和姿态需要6个变量,即动平台上一参考点的3个位移和动平台的3个转角。构态1时机构有3个转动自由度,动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的;构态2时机构有1个额外的径向移动自由度,6个位姿变量中有4个变量是独立的。首先,推导该机构动平台的6个位姿参数之间的约束关系,基于矢量代数法,建立机构的运动学逆解模型;其次,运用牛顿-欧拉法建立该变胞机构的全构态逆动力学方程;最后,基于实物样机的几何参数与物理参数,在给定动平台运动规律和外力后,通过动力学方程求解得出机构所需驱动力、动平台所受约束力以及变胞过程中的附加作用力,所得仿真结果说明:3PUS-S(P)球面变胞并联机构在受到外界较大径向作用力时,可以通过激活中间变胞支链的移动副进行缓冲和能量吸收,从而避免机构受到损伤。
2014, 45(11):324-329. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.050
摘要:对一种两自由度的H形并联机构进行了运动学分析,求出了其机构自由度,运用运动学叠加原理求出了其位置正解和逆解,利用Jacobian矩阵的条件数对其进行了运动性能评价,分析了其可达工作空间。计算结果表明该机构Jacobian矩阵的条件数恒等于1,具有优越的各向同性性能和广阔的可达工作空间。通过齐次坐标变换和矩阵分解对其位置逆解模型进行了进一步分析,得出该机构输入坐标与输出坐标轨迹具有几何相似的特点,并推导了输入与输出之间合速度及合加速度的关系,据此提出了使用通用的插补控制器对其进行精插补控制的方法,而不必开发专用的插补控制器。制作了该机构的样机,对其进行了精确定位、直线/圆弧插补、连续插补等实验,实验结果证明了所建模型的正确性。
2014, 45(11):330-336. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.051
摘要:对碳纤维复合材料(CFRP)层板超声脉冲反射信号频域进行研究,首先分析了CFRP层板中纤维层和树脂层的声波反射系数频域特征,结果表明,正常纤维层和树脂层、含孔隙纤维层和厚树脂层对反射系数有不同的影响。在此基础上建立了CFRP层板超声脉冲反射信号频域模型,反射信号频谱由正常纤维/树脂层频响、含孔隙纤维层频响、厚树脂层频响、探头频响以及噪声信号频响组成。使用该模型对含孔隙和无孔隙CFRP层板分别进行数值模拟,得到的频谱和对应CFRP层板实验信号频谱相比,两者主要频率成分具有一致性。
邵铁锋 , 张立彬 , 都明宇 , 鲍官军 , 罗鑫远 , 杨庆华
2014, 45(11):337-342. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.052
摘要:为改进柔性机器人驱动器结构及数学模型,提出了一种非完全对称气动柔性弯曲关节及其数学模型。为了实现其实时闭环控制系统,进一步简化了原有数学模型,并对其力学特性进行了实验研究。搭建了力学特性实验平台,并对两种不同规格(长度分别为40、60mm)的关节进行了测试。采用Matlab曲线及曲面工具箱对测试结果进行分析,得到了新型气动柔性弯曲关节的经验模型。该经验模型表明气动柔性弯曲关节的弯曲角度与初始长度、关节内外气压差、输出力之间存在非线性关系。与简化的数学模型比较,该经验模型具有更高的精度,其中输出角度模型相对误差平均值小于6.7%,输出力模型相对误差平均值小于2%。同时,该经验模型纠正了原有数学模型中,认为关节初始长度与弯曲角呈正比的错误结论。
2014, 45(11):343-348. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.11.053
摘要:提出一种基于附壁效应的无阀压电泵,该泵利用附壁射流元件造成吸入过程和排出过程中进出口的流量差,实现流体输送。首先通过动网格技术及数值模拟研究微泵的内部流场和外特性,结果表明该无阀压电泵的容积效率η可以达到0.5以上,高于传统扩散/收缩管无阀压电泵。然后讨论了平面锥管长度和两分流直管间凹劈面宽度对微泵性能的影响,平面锥管长度L1必须大于dcot(θ/2),当c2/c1=1时L1/d=9的微泵在零输出压力下流量最大;不同输出压力和c2/c1的微泵流量对比表明凹劈面宽度越宽微泵输出压力性能越佳,但是在低输出压力下微泵随着凹劈面宽度的增加其容积效率降低。最后应用响应面方法对平面锥管长度和凹劈面宽度进行优化,结果表明当输出压力为5kPa时,最优的参数选取范围为4≤L1/d≤5,0.75≤c2/c1≤0.85,当L1/d=43,c2/c1=0.80时η达到最大,为0.323。其数值模拟为0.317,相差1.89%。
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