摘要:为解决现有稻田绿肥紫云英种子收获时存在的割台适用性差、脱粒分离能力弱以及清选除杂能力不强等问题，设计了稻田绿肥紫云英种子联合收获机。对防落荚柔性扶禾割台、纵向杆齿式脱粒装置、风筛式分层控杂清选装置等关键部件进行了参数设计，设计了紫云英机收专用扶禾器和割刀组件；确定纵向杆齿式脱粒装置结构参数（喂入段、脱粒段、排草段长度），对脱粒元件结构参数、数量及周向分布进行了计算；利用ICEM-CFD网格划分软件和Fluent流体动力学分析软件等对三风道清选装置离心风机转速1080r/min、叶轮直径385mm工作参数下的内部气流场开展数值模拟，并进行试验验证。以降低紫云英籽粒机收损失率、破碎率、含杂率为目标，选择对收获质量影响较大的机具前进速度、脱粒滚筒转速、清选风机转速、鱼鳞筛开度共4个因素，利用Box-Behnken中心组合试验方法，进行四因素三水平响应面试验，使用Design-Expert对试验结果进行响应面分析，通过多目标参数优化，确定最佳工作参数组合为：机具前进速度3km/h，脱粒滚筒转速550r/min，清选风机转速990r/min，鱼鳞筛开度35mm。在此参数条件下进行了田间试验，实测紫云英籽粒损失率为2.35%，破损率为0.22%，含杂率为0.51%，均满足相关标准技术要求。

摘要:针对常规立式油菜割晒机多采用侧边铺放方式，茎秆铺放方向与机组前进方向垂直，油菜茎秆铺放角差异大、姿态各异，易导致后续捡拾作业喂入量波动和捡拾不彻底等现实问题，提出了一种油菜割晒机顺向侧铺装置，分析了关键部件作业参数，基于ADAMS开展了铺放质量的仿真优化试验。利用运动学与动力学分析了割台排禾口处茎秆的平抛运动过程及其落地后的定轴转动过程，结合茎秆铺放角形成机理，计算得出拨禾星轮齿数为7、转动角速度为6.27rad/s，确定了排禾导向板曲线参数方程；基于ADAMS构建了油菜茎秆顺向侧铺装置的多体运动学仿真模型，以机组前进速度、横向输送链速比、割台倾角为因素，以茎秆铺放角为评价指标，开展了Box-Behnken仿真试验，以铺放角最小为目标构建了优化目标函数，运用Design-Expert软件求解得到最佳参数组合并开展了仿真和田间验证试验。Box-Behnken试验结果表明，最佳参数组合为机组前进速度0.93m/s、横向输送链速比1.11、割台倾角117.93°，理论最优铺放角为15.25°。仿真验证试验结果表明，在最佳参数组合条件下，铺放角仿真值为14.42°，与理论值相对误差为5.4%。田间试验结果表明，油菜顺向侧铺装置作业顺畅、无堵塞，油菜茎秆平均铺放角为17.25°、平均铺放宽度为752mm、平均铺放层高度为323mm，可满足实际生产需求。该研究可为立式油菜割晒机铺放装置结构改进和优化提供参考。

摘要:针对喂入量变化引起各工作部件受到变载冲击和不平衡力，导致联合收获机工作时振动突变，影响整机工作稳定性与可靠性，本文基于联合收获机运动平衡方程和外界振动扰动信号相关性分析方法，通过开展田间工况下联合收获机变喂入振动试验，获取不同喂入量下主要工作部件的振动加速度信号。当喂入谷物呈现较强的阻尼特性时，振动加速度信号随之减弱，而收获机工作动力需求增加后，又会进一步导致振动信号增强的现象。通过快速傅立叶变换将加速度信号转换为频域信号，进一步掌握振幅的变化及激振频率特征。喂入量扰动导致的振动主要发生在低频激振频率范围，而喂入量表现出的阻尼特性对高频振幅起减弱作用。喂入量对脱粒滚筒振动影响最为明显，最大振幅由17μm衰减至2.8μm，变化量达83.5%，而割台与输送槽的变化量分别为55.8%和7.69%。脱粒滚筒的最大峰值点也由中频195Hz附近左移至靠近低频的117Hz附近。

摘要:种子玉米在剥皮过程中存在大量的籽粒破碎、脱落等损失问题，严重影响种子玉米的单产与经济效益。因此，本研究采用理论分析、离散元仿真与正交试验相结合的方法，探究种子玉米果穗与剥皮机构的互作机理，确定剥皮机构的最优工作参数组合以优化种子玉米剥皮过程。首先，对种子玉米果穗在剥皮机构中的受力及运动进行了理论分析，探究了在剥皮过程中剥皮机构-种子玉米的相互作用关系，并确定了影响剥皮性能的主要因素。其次，基于DEM建立种子玉米果穗-剥皮机构相互作用仿真模型，通过对玉米果穗籽粒损伤及脱落分析，确定了剥皮辊转速、剥皮辊倾角和摆杆摆幅的较优工作范围。最后，根据Box-Behnken设计方法，设计了三因素三水平的正交试验，通过方差分析和响应面分析，筛选出种子玉米剥皮机构的最佳工作参数组合：剥皮辊转速为300r/min，剥皮辊倾角为10°，摆杆摆动幅度为5°，此时苞叶剥离率为94.13%，籽粒脱落率为1.564%，籽粒破碎率为1.292%。试验获得的剥皮装置的最优工作参数组合，明显提高了种子玉米的剥皮效果。

摘要:蓖麻脱出物组分复杂，清选后含杂率高，且没有专用清选装置，清选效率低，为此设计一种双层倾斜振动风筛式蓖麻清选装置。首先对清选装置总体结构进行设计，采用双层风吹式同步振动结构。其次，对装置的振动筛、清选室、出料口等关键部件进行设计。采用离散元法对清选筛结构进行参数优化，以哲蓖4号为试验物料，测定物料离散元参数，通过单因素试验，分析上筛面筛孔排列型式、筛孔直径、筛面倾角对筛分效率和损失率的影响。确定最佳设计参数为U型筛孔排列、筛孔直径14mm、筛面倾角8°。为了获取最优的工作参数，采用离散元法与计算流体动力学（Computational fluid dynamics，CFD）耦合方法对清选过程进行仿真分析。对单目标函数进行参数优化，当振动筛振幅为8.43mm、振动筛振频为6.00Hz、气流横向角为40.00°时，蓖麻脱出物的最大筛分效率为98.20%。当振动筛振幅为7.00mm、振动筛振频为7.76Hz、气流横向角为40.81°时，蓖麻籽粒的最小损失率为2.02%。以振动筛的振幅、振频和气流横向角为试验因素，以筛分效率和损失率为试验指标，设计了正交组合试验，建立各因素与指标间的数学回归模型，并对模型进行参数优化。结果表明，当振动筛振幅9.00mm、振动筛振频6.16Hz、气流横向角40.00°时，蓖麻清选装置的筛分效率和蓖麻籽粒的损失率最优，分别为97.66%和2.32%。最后，设计出蓖麻清选装置，通过台架试验对最优参数组合进行试验，实际筛分效率与损失率分别为93.15%和6.94%，与预测结果误差在5%以内，同时实际所得到的籽粒含杂率为0.83%，满足使用要求。

摘要:为探究凿式犁铲（以下简称凿铲）的土壤扰动机理并构建适用于东北地区黏重黑土与耕作部件之间的仿真模型，结合EDEM仿真分析与土槽试验，与深松铲作业效果进行对比，研究凿铲对土壤的微观扰动机理和宏观扰动状态，并建立适宜东北地区土壤的耕作仿真模型。仿真与试验结果表明，深松铲对土壤进行剪切破坏，将耕作层和犁底层抬升、下落，对土壤松而不翻，不破坏原有的耕层土壤结构，土壤膨松度试验值为12.4%，土壤扰动系数试验值为59.4%，纵向截面扰动面积为52.586mm2，俯视视图扰动面积为116.779mm2；凿铲对土壤进行挤压破坏，将犁底层土壤翻耕到地表，破坏原有耕层土壤结构，土壤膨松度试验值为14.1%，土壤扰动系数试验值为64.1%，纵向截面扰动面积为54.128mm2，俯视视图扰动面积为233.061mm2，通过与深松铲作业后数据相比可知，凿铲可以实现更为明显的土壤扰动效果。同时，建立东北地区黏重黑土条件下的离散元土壤耕作模型，选用Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型作为土壤接触模型，确定仿真模型的各项技术参数，仿真与试验得到的土壤扰动截面轮廓基本拟合，土壤膨松度、土壤扰动系数的仿真值与试验值的相对误差为17%、4.4%，模拟仿真的数据误差范围满足要求，研究可为东北地区的土壤耕作部件离散元模拟仿真分析提供基础数据。

摘要:为探讨不同深松方式对山地烟根系形态及烤烟性状的影响，寻求培育山地烟的优良措施，通过设置改进深松（NS）、传统深松（TS）、不深松（CK）3个处理，开展了田间试验。结果表明：自主设计的深松铲与传统凿式深松铲相比，土壤扰动系数提高了14.79个百分点、耕后土壤地下30cm处的土壤紧实度减小了53.95%、土壤容重变化率提高了5.84%；改进深松处理后土壤与传统深松相比，栽植的烟株在成熟初期的总根长、根表面积、根体积、株高、茎围、叶面积指数、最大叶长、最大叶宽、地下部干物质量、地上部干物质量、产量、上等烟比例分别增加了33.80%、30.41%、45.67%、18.36%、10.72%、16.53%、4.02%、2.15%、28.26%、18.28%、6.43%、4.11%，有效叶片数均增加了一片叶，均价和产值分别增加了4.83%和11.63%，而与未进行深松作业的对照组相比，上述各项指标均大幅提升。研究表明：深松措施能有效地改善云南省山地烟烟田的耕层结构，从而促进山地烟的根系生长，使根系吸收更多的水分、养分以供给地上部发育，提高烟叶干物质量，使经济性状的表现更佳。自主设计的深松铲及其配套搭载机具，在云南滇中烟区进行深松作业的效果更为显著。

摘要:目前农机装备维修策略的研究主要以装备故障数据或退化数据为依据，往往无法保证装备在某一具体作业过程中的任务成功性，从而很难满足现代农业对农机装备高任务完成度的要求。针对这一问题，提出了一种基于任务多样性的农机装备维修策略。首先，根据农机装备在具体作业过程中多阶段任务的特征，分析了农机装备各系统退化状态与装备任务可靠性之间的关联关系，建立了农机装备任务可靠性评估模型；其次，利用蒙特卡罗法模拟农机装备实际作业情况，给出了农机装备任务可靠性的综合评估流程，并对多作业任务下的农机装备任务可靠性进行定量化描述；再次，基于农机装备任务可靠性和维修成本的关联性，以最低可靠度和最低维修成本为约束条件，得到了装备各系统的最佳维修不等周期和最优维修次数；最后，引入机会维修策略，建立了农机装备的维修优化模型，并根据最佳机会维修阈值确定农机装备最优维修计划安排。以国产某轮式拖拉机的历史故障数据和维修成本数据为例，确定了该拖拉机故障率较高的4个子系统以及2个作业任务剖面，在整机可靠度阈值为0.8的情况下，得到了不同机会维修阈值下的最优维修费用分布情况。当最佳维修阈值为8h时，维修成本最低，为2.587元，通过与农机装备传统维修策略相比，总维修费用降低了30.4%。

摘要:植保无人机作业过程中，旋翼风场竖直方向分布特性对雾滴的输运效应及作物冠层的扰动作用直接影响施药沉积效果。本文以六旋翼植保无人机风场竖直分布为研究对象，采用基于格子玻尔兹曼方法的数值模拟技术建立了无人机前飞作业时旋翼风场仿真模型，并根据正交试验方法研究了多特征参数融合对风场竖直分布特性的影响。仿真结果表明，竖直分布风场垂直于飞行方向对称分布，当飞行高度和飞行速度增加或作业载荷减小时，风场强度逐渐减弱；竖直分布风场沿侧风方向倾斜，侧风风速大于3m/s时，风场横向倾斜超45°。基于此，采用恒温差热敏芯片研制了微型无线风速采集系统，并开展了植保无人机风场竖直分布特性的多因素田间验证试验，试验结果表明：仿真模拟与田间试验旋翼风场竖直分布规律基本一致，相对误差较小，风场竖直分布特性具有较好的一致性；数值模拟方法可有效模拟植保无人机飞行过程的非定常流动，仿真与田间试验结果为植保无人机雾滴沉积的研究提供了理论基础。

摘要:针对目前养殖场养殖粪水产量大、配套耕地面积小且分散，小型粪水注射施肥机缺乏及利用率低问题，设计了主要由底盘、罐体、吸排肥系统及开沟施肥注射器等部件组成、容量为6m3的自走式养殖粪水注射施肥机。阐述了施肥机整机结构及工作原理，对施肥机罐体结构、吸排肥管路系统、控制监控系统、粪水均分器及取力器等关键部件进行了设计与计算，对核心部件粪水均分器进行了流场模拟分析与优化改进，确定了粪水均分器结构形式及各分水管出口开口角度。按照设计要求对施肥机进行了试制,并以猪场养殖粪水为原料进行了田间试验，结果表明：该机可实现粪水多通道多方位自动吸排、循环流动、注射断流及防堵监测报警等功能，施肥机行进速度为4km/h时，注射深度为92.8mm，注射深度稳定系数为94.6%，各行施肥量一致性变异系数为5.3%，各项指标与设计值相符，且满足农艺要求。

摘要:针对化肥排施过程流量较大，化肥颗粒相互遮挡导致难以准确检测的问题，提出了基于光量阻挡原理的颗粒化肥流量检测方法，该方法以颗粒流量与传感器响应电压间的相关性为基础建立检测模型；通过理论分析初步确定了该检测方法的可行性；借助离散元仿真分析了化肥排施过程在输肥管中的分布规律，为颗粒流量传感器结构设计和安装位置确定提供了依据；基于上述分析设计了颗粒流量传感器，并搭设了颗粒化肥流量检测试验台；以尿素和复合肥为试验材料，以排肥轮转速为试验因素对上述理论进行了验证，结果表明化肥流量与化肥颗粒流量传感器累计响应电压存在较强的线性相关，各排肥轮转速下，两者相关性决定系数均高于0.992。为确定最优检测模型，建立了各排肥轮转速的检测模型，以平均绝对百分比误差为指标对不同检测模型进行了对比，基于加速组建立的检测模型对尿素和复合肥的平均绝对百分比误差分别为5.18%和4.07%，检测误差低于其他组，确定了最优检测模型。为解决颗粒流量传感器与不同直径输肥管匹配的问题，以敏感元件数量和颗粒流量传感器内径为因素进行试验，结果表明当检测元件密度为0.075~0.75时，对于尿素和复合肥各流量传感器的平均绝对百分比误差分别为4.75%~9.33%和4.07%~9.11%，且平均绝对百分比误差随检测元件密度增大而降低。

摘要:为研究西北旱区玉米全膜双垄沟种植模式下土壤水肥运移规律，通过HYDRUS-2D/3D模型对甘肃省定西市玉米全膜双垄沟土壤水肥运移规律及根系响应进行数值模拟，分析全膜双垄沟播种植模式下土壤含水率及垄沟内种肥浓度的分布规律，在合理播深处设置观测点以表征土壤含水率及膜下氮、磷、钾水肥互作运移变化规律。模拟结果表明，全膜双垄沟膜下渗水孔与种穴位置处土壤水肥发生环状侧渗现象，其中土壤含水率范围为15.20%~17.12%，垄沟内氮肥转化浓度趋于15.38mg/L，磷肥转化浓度趋于5.15mg/L，钾肥转化浓度趋于12.21mg/L，水肥主要集中在垄沟位置，保障了苗期水肥需求；通过施加根系吸水和水肥运移模拟表明全膜双垄沟模式下土壤水肥条件满足玉米出苗需求。研究模型与结果将为玉米全膜双垄沟农艺技术的优化提升提供理论依据。

摘要:为满足玉米生长中后期的追肥需求，本文设计一种气力集排式精量配混施肥装置。电机驱动叶片旋转进行混肥，将肥料分配器内部设计成锥形结构。基于流体动力学和离散元耦合法对分配器排肥口倾角、分配器上端波纹管的结构和布置方式进行研究；以排肥口倾角、输送气速和波纹管长度为试验因素，以各行排肥量变异系数为试验指标，进行三元二次回归正交组合设计试验。试验结果表明，当排肥口倾角45°、输送气速35m/s、波纹管长度568mm时，性能最优。混肥器进口采用中心布置方式，叶片数量为8。田间试验结果表明，该机施肥量误差小于2%，总施肥量稳定性变异系数为2%，施肥断条率低于2%，满足国家标准。

摘要:为实现桑园内氮、磷、钾和有机肥按需均衡施肥，保障桑叶产量、质量，减小肥料不合理使用造成的面源污染，设计了一种能够变比配肥和定向撒肥的桑园自走式变比配肥定向撒肥机。根据桑园农艺要求设计的整机长为1450mm、宽为655mm、高为1141mm，并对履带行走系统、变比配肥掺混机构进行设计。通过离散元法对变比配肥掺混过程和撒肥盘撒肥效果进行仿真分析，发现槽轮转速在20~80r/min范围内，配肥偏离度标准差低于0.4，掺混均匀性较好；抛撒肥料时，曲线形叶片撒肥盘肥料分布呈对称形状，撒肥效果较好。通过正交试验优化设计定向撒肥板长度为450mm、高度为80mm、折弯角为100°。通过响应面法分析因素对撒肥分布变异系数的影响，主次顺序为：撒肥盘转速、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离、整机作业速度，并确定较优工作参数：撒肥盘转速为290.1r/min、碰撞掺混腔收料口与撒肥盘中心距离为88.2mm、整机作业速度范围为0.5~0.7m/s。通过田间试验验证，桑园自走式变比配肥定向撒肥机工作时撒肥分布变异系数低于40%，试验表明自走式桑园变比配肥定向撒肥一体机田间工作时具有较高的可靠性。

摘要:为研究油菜种子丸粒化核心工艺对成丸质量的影响，分析了油菜种子丸化过程的接触力学，构建丸化过程的仿真模型，开展验证试验，优化油菜种子丸粒化加工工艺。接触力学分析结果表明，种丸粘结包敷的前提是种丸-粉剂颗粒碰撞过程中的相对切向速度小于阈值，二者未发生相对滑动；较大的法向接触力可提高最大静摩擦力、压实丸粒粘结，促进成丸质量；而对于种丸-种丸、粉剂-粉剂间接触，增大切向接触力、降低法向接触力，有利于减少多籽、空丸及形变等问题发生。仿真结果表明，当甩盘转速为1200r/min时，种丸-粉剂的速度均差为0.22m/s，创造静止粘结条件；种丸和粉剂速度分布标准差为0.42、0.52m/s，种丸-种丸、粉剂-粉剂的平均速度影响多籽和空丸产生。供粉速度影响核心粘结区域种子和粉剂的比例，粉剂过多形成空丸、浪费粉剂，粉剂不足降低包敷效率。正交试验极差和方差分析结果表明，粉液比是影响成丸质量的最主要因素，丸粒化油菜种子最佳工艺参数：甩盘转速为1200r/min、粉液比为2.1、供粉速度为24g/min，此时成丸合格率为95.7%,单籽率为94.9%,包敷效率为1.8kg/h。研究结果揭示了种子丸粒化机理，形成了油菜种子丸粒化加工工艺，有利于提升油菜种子加工水平。

摘要:鱼体头尾及腹背自动定向是推进淡水鱼全程机械化加工的重要前提。基于水平振动方法和视觉图像识别技术设计自动头尾和腹背定向装置。通过对鱼体在头尾定向振动台上的受力分析和运动状态分析，阐明鱼体转动原理和头尾前进原理，将鱼体在振动台上的运动状态分为4种，基于此分析了鱼体成功进行头尾定向的条件。结合图像识别技术，创制导向机构、视觉识别系统、剔除机构、V形腹背定向执行机构、V形校正输送机构，实现鱼体自动腹背作业。以鲫鱼、草鱼、白鲢3种典型淡水鱼为试验对象，以鱼体完成定向时间和成功率作为评价指标，探究了鱼体种类、输送带类型、振动幅度、振动频率对鱼体头尾定向效果的影响规律，并探究鱼体种类对腹背定向效果的影响规律。试验结果表明：鱼体在振动台上的头尾前进运动状态理论计算与试验结果一致，证明本文理论计算可以有效指导实际头尾定向作业。输送带为倒三角纹时，鱼体才能完成头尾定向作业。鱼体头尾定向效果随振动幅度和频率增大而提升，当振动幅度大于160mm时整机振动剧烈，因此最优幅度为160mm；当频率大于5Hz，定向效果变化不明显，因此最优频率为5Hz。腹背定向效果由输送带输送速度和机器视觉识别准确率决定，各类鱼体腹背定向时间保持在15s、定向成功率在95%~97%范围内。研究结果可为鱼体自动定向装置工艺参数设计和选择提供技术参考。

摘要:针对目前对虾开背环节工艺不完善、实际应用装备缺乏等问题，以中型南美白对虾为研究对象，探究了对虾开背关键工艺方法，建立了对虾开背过程力学模型，获得影响开背效果主要因素为刀具角度、加工中心盘转速和刀具安置距离；采用单因素试验研究和分析了各因素对开背成功率、虾仁损伤率、虾线裸露成功率和感官评分值的影响，确定影响因素最佳区间为：刀具角度20°~60°、加工中心盘转速10~40r/min和刀具安置距离9~11mm；利用Design-Expert软件进行多因素响应面试验研究分析，并采用多目标优化方法，得到最优参数组合为：刀具角度43.838°、加工中心盘转速28.391r/min、刀具安置距离9.801mm时，开背成功率为99.161%、虾仁损伤率为2.825%、虾线裸露成功率为90.727%、感官评分值为86.944。验证试验结果表明：针对中型南美白对虾，当刀具角度45°、加工中心盘转速28r/min、刀具安置距离9.8mm时，开背成功率为98.89%、虾仁损伤率为3.33%、虾线裸露成功率为87.78%、感官评分值为85.33，与理论优化值的绝对误差均较小，优化后的对虾开背装置性能满足作业要求。研究可为对虾开背工序装置设计和参数选择提供理论基础和科学依据。

摘要:为解决餐厨垃圾资源化利用率不足、垃圾处理高污染和垃圾处理装备能耗高、操作不便等问题，设计一种智能餐厨垃圾处理装备控制系统，以提高餐厨垃圾处理的自动化水平。该系统主要由STM32主控系统、电机驱动系统、质量控制系统、温度调控系统、辅助控制系统、净化系统和存储系统组成。基于USART HMI软件设计智能串口屏界面，智能串口屏通过TTL串口与STM32单片机进行串口通信，能够完成餐厨垃圾处理工作参数设置和显示控制系统运行状态信息，实现对餐厨垃圾处理装备的精确控制。搭建试验硬件平台，以系统工作的温度区间和餐厨垃圾与高温好氧复合微生物菌种的配比为试验因素，以餐厨垃圾的减重率和用电量为试验指标进行试验。试验结果表明，系统工作的温度区间和餐厨垃圾与高温好氧复合微生物菌种的配比对餐厨垃圾处理有显著影响;当控制系统运行的温度区间为85~95℃，餐厨垃圾与高温好氧复合微生物菌种的比例为15∶1时，30kg餐厨垃圾和2kg菌种经过5h处理，减重率为90.38%，平均用电量为1.96kW·h，处理餐厨垃圾效果显著。该系统实现餐厨垃圾无害化处理，餐厨垃圾处理后的有机物通过好氧堆肥技术转化成腐殖质，用于田间施肥或者制作动物饲料，提高垃圾资源化利用率。

摘要:作为残膜阻隔装置关键部件，气流分配室具备优化流场结构、均匀气幕的作用。在气流分配室外部结构受装配空间条件限制难以进一步优化的情况下，射流出口结构参数优化对改善气流分配室内气流分布均匀性具有积极影响。为提高残膜阻隔装置射流气幕均匀稳定性，以速度不均匀系数为评价指标，利用Fluent进行单因素试验确定影响因素取值范围，结合二阶响应面法、第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ），得出最优参数组合为：射流出口1长度为70mm、射流出口1宽度为2mm、射流出口2长度为160mm、射流出口2宽度为2mm，此时较原装置，其射流出口速度不均匀系数分别减小28.6%和25.9%。试验结果表明，两射流出口最大速度偏差分别为8.3%和14%，射流出口速度试验值与仿真值分布趋势具有较好的一致性。

摘要:为了研究斜流泵转子系统的动力学特性，以某型号的斜流泵作为研究对象，采用计算流体力学软件CFX 2021R1和有限元分析软件ANSYS Workbench 2021R1平台，对斜流泵转子系统的干湿模态固有频率和振型、临界转速以及基于流固耦合的瞬态动力学进行了求解，研究了叶轮叶片不同位置的变形与应力分布，对比分析了不同流量工况对叶轮叶片变形与应力分布的影响。结果表明：湿模态下转子固有频率会下降，同时随着阶数的增加，固有频率下降程度逐渐明显，第3阶模态时下降程度最小，下降率Δf为9.82%，第6阶模态时下降程度最大，下降率Δf为44.31%。计算所得第2阶模态的临界转速为7.369r/min，远大于转子工作转速，说明转子系统在工作转速下运行时不会发生共振，符合转子动力学的设计要求，能够稳定运转。叶轮叶片背面与工作面总变形量的变化趋势和变形量基本一致，叶片工作面出口叶顶位置变形量最大，幅值达到2.6755mm，各个位置处工作面变形量都大于背面，最大变形量差值为0.0358mm，叶顶处变形量都大于叶根处，最大差值为1.0177mm；叶片工作面进口叶顶处与背面处应力变化趋势和应力幅值大致相似，叶片工作面进口叶顶处与出口叶根处应力幅值都大于相应背面处，而在叶片背面出口叶根处应力幅值大于工作面处。叶片出口处测点应力幅值明显大于进口处测点，叶片背面出口叶根处等效应力最大，最大幅值约6MPa。不同流量工况下叶片变形量的变化趋势相似，随着流量增大，叶轮叶片各位置处变形量逐渐减小。0.6Q时叶片变形量随时间变化波动最大，最大变形量为3.0672mm，出现在叶片出口叶顶位置；在叶片叶顶处，随流量增大，应力波动逐渐减小，叶片叶根处,Q时应力幅值波动最大，进口与出口应力波动最小处分别出现在0.6Q与0.8Q流量工况，各位置最大等效应力为12.456MPa，叶根处每一个应力波动结束后，0.6Q与0.8Q应力曲线会额外多一次小波动，因此应避免泵在小流量工况下运行，并且应加强叶轮叶根处叶片厚度。研究结果可以为斜流泵转子系统运行稳定性分析以及叶轮叶片的结构优化设计提供参考。

摘要:樱桃树的栽培密度影响其冠层的光照分布，通过研究群体樱桃树的三维结构，可分析不同栽植密度下温室甜樱桃树冠层光照分布规律，指导樱桃树的科学种植，进而提高甜樱桃产量和品质。高质量的点云数据是构建群体樱桃树三维结构的基础，而点云去噪和点云配准是点云数据预处理的关键环节。本文提出一种基于三维点云的群体樱桃树去噪和配准方法，搭建群体樱桃树三维信息采集平台，使用2台固定的DK深度相机获取群体樱桃树彩色点云数据；提出基于颜色区域生长的二分类方法，设置颜色阈值分割点云并进行二分类处理，可有效去除彩色点云数据中的异常无效点，并设置点云离散度和RGB值，作为点云去噪评价标准；结合人工标记法和双相机位姿矩阵，提出基于颜色特征改进的ICP方法，解决传统ICP配准算法多依赖初始位姿且配准速度较慢的问题。该方法通过对点云粗配准，得到较好的初始位姿，使用SIFT算法提取颜色特征点，将颜色特征与ICP算法结合进行点云精配准，然后使用PCL中随机采样一致性算法，去除错误匹配点，有效减少配准时间，提高配准精度。以夏季和冬季的群体樱桃树20组点云数据为实验对象，对比分析ICP算法、NDT算法、SAC-IA算法和本文配准方法的配准精度和配准时间，结果表明，本文配准方法平均耗时分别为5.01、4.30s，均方根误差分别为2.316、2.100cm，有效减少了配准时间和配准误差，验证了本文算法的有效性和普适性。

摘要:针对果树三维重构中存在建模精度低、成本高、拓扑结构差等问题，提出一种基于Kinect v2传感器的果树表型三维重建与骨架提取方法。首先，使用Kinect v2传感器采集不同视角下的果树点云数据；其次，对植株点云进行尺度不变特征变换的特征点检测，对关键点使用快速点特征直方图算法进行特征向量计算，通过随机抽样一致性方法提纯点云的初始位置，经初始变换后使用改进的迭代最近点算法进行精配准、拼接形成完整点云；最后，使用Delaunay三角剖分解构点云数据对缺失点云进行填充，使用Dijkstra最短路径算法对最小生成树进行求取，通过迭代去除冗余分量对骨架进行简化，使用圆柱拟合算法估算枝干骨架，将枝干骨架变为封闭凸包多面体，实现果树的枝干三维重建。实验结果表明：采用本文所提建模方法点云平均配准误差为0.52cm，枝干平均重构误差不超过3.52%，重建效果良好。研究成果可为果园评估作物状态、智能化修剪等研究提供数据支持。

摘要:海参目标检测是实现海参自动化捕捞的前提。为了解决复杂海底环境下背景和目标颜色相近以及遮挡导致的目标漏检问题，本文在Faster R-CNN框架下，提出了Swin-RCNN目标检测算法。该算法的骨干网络采用Swin Transformer，同时在结构上融入了多尺度特征提取层和实例分割功能，提高了算法的自适应特征融合能力，从而提高了模型在复杂环境下对不同尺寸海参的识别能力。实验结果表明：本文方法对海参检测的平均精度均值（mAP）达到94.47%，与Faster R-CNN、SSD、YOLO v5、YOLO v4、YOLO v3相比分别提高4.49、4.56、4.46、11.78、22.07个百分点。

摘要:水质恶化会直接造成水产养殖产量下降，严重时会导致水产动物大量死亡，给养殖企业造成严重经济损失。因此对水产养殖中水质参数进行实时监测具有重要意义。本文以斑石鲷为研究对象，提出了一种基于鱼类行为的水质监测方法。该方法通过摄像机拍摄到的图像数据就可以非侵入地完成水质参数的实时监测，避免了安装复杂设备、对鱼类行为进行量化等繁琐过程。为了增加推理速度和降低模型参数量，通过将RepVGG block与GhostNet相结合构建了G-RepVGG模型，使该模型更适用于移动设备的部署。提出了计算量较少、推理速度快、更适合水质快速监测的Cheap Ghost操作和计算量大、精确率高、更适合水质的精确监测Expensive Ghoost操作。由于多分支网络适合进行训练但是在推理速度上低于单分支网络，因此通过模型重参数化首先将卷积层以及批归一化（Batch normalization, BN）层合并，随后再将3路卷积合并为1路，大大降低模型参数量、提高了模型推理速度，使模型更加适用于移动设备的推理。结果表明：使用Cheap Ghost操作的G-RepVGG在测试集中准确率达到96.21%，图像处理速度达到442.27f/s，使用Expensive Ghost操作的G-RepVGG模型在测试集中准确率达到97.63%，图像处理速度达到349.42f/s，从而在保证较高精度的前提下依旧具有较高的推理速度，在多个数据集中测试具有较好的鲁棒性。

摘要:投喂作为水产养殖过程中的一个关键环节，饵料的投喂量直接影响水产品的质量和养殖成本。然而，目前的投喂方法包括人工投喂和机器定时定量投喂，大多依靠人工经验，很难实现精准投喂。本文基于改进的ResNet34识别鱼群不同的饱腹程度。根据鱼群在不同饱腹阶段表现的摄食行为创建了含有5种不同饱腹程度的数据集，并采用数据增强操作对图像进行预处理。其次在原始模型ResNet34的基础上，本文提出使用坐标注意力机制，使模型在对图像进行特征提取的过程中能够做到专注于更大区域范围。并且使用深度可分离卷积的方式来代替传统卷积，减少模型参数量。为了评估改进的有效性，分析了改进后的模型在鱼群饱腹程度数据集上的性能，并将其与原模型ResNet34、AlexNet、VGG16、MobileNet-v2、GoogLeNet等经典卷积神经网络架构进行比较。综合实验结果表明，该模型相较于原模型参数量减少46.7%，准确率达到93.4%，相较于原模型提升3.4个百分点，同时改进后的模型在准确率、精确度、召回率等方面也都优于其他卷积神经网络。综上所述，本模型实现了性能与参数量之间的良好平衡，为后续模型在实际养殖环境中的部署并指导养殖户改善和制定投喂策略提供了可能。

摘要:为提高奶牛体尺测量的效率与精度，降低劳动强度，提出一种基于关键帧提取与头颈部去除的奶牛体尺测量方法。首先，搭建奶牛俯视深度视频采集平台，利用分水岭算法提取深度图像中的奶牛目标；其次，使用图像扫描策略获取奶牛左右两侧轮廓，利用基于霍夫变换的直线检测方法，提取图像序列中含有完整奶牛躯干的关键帧；然后，根据奶牛头部区域骨架特征判定头部是否存在，若头部存在，则基于凸包分析方法去除图像中奶牛头部，并利用多项式曲线拟合方法去除奶牛颈部；最后，根据奶牛体尺测点的空间特征，自动计算奶牛体直长、肩宽、腹宽、臀宽及体高。利用35头奶牛的2.163帧深度图像对本文方法精度进行测试，结果分析表明，关键帧提取方法准确率为97.36%，可有效代替人工进行关键帧的选取；头部检测方法准确率为94.04%，提高了奶牛体尺测点定位的效率；体尺测量平均相对误差在3.3%以内。本文研究成果可提高奶牛体尺自动测量的效率与精度。

摘要:针对当前奶牛动态称量研究对动态称量信号的信息利用率偏低，不能充分提取称量信号深层信息的问题，提出一种基于变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）与长短期记忆网络（Long short-term memory，LSTM）的动态称量算法，以提高奶牛体质量预测精度。首先，使用阈值过滤的方法从采集到的奶牛动态称量信号中获取有效信号；其次，使用VMD算法将预处理后的有效信号分解为5个本征模态函数（Intrinsic mode function, IMF），以提取奶牛动态称量信号中蕴含的深层信息，并降低有效信号的非平稳性对预测精度产生的影响；最后，分别将归一化后的各IMF分量与有效信号结合，作为特征输入到LSTM神经网络进行训练，预测奶牛体质量。通过对使用不同特征的模型的预测结果进行对比，选用误差最小的模型作为本文的奶牛体质量预测模型。试验结果表明，本文提出的动态称量算法能够有效提取奶牛动态称量信号的深层信息，体质量预测的平均相对误差为0.81%，均方根误差为6.21kg。与EMD算法和GRU算法相比，本文算法误差更小，更能满足养殖场的实际需求。

摘要:我国大型牧场在营养免疫与管理效率等方面对犊牛集约化养殖要求不断提高，为此设计了犊牛饲喂信息系统，与养殖管理人员工作模式变革的需求相适应，实现不同日龄犊牛饲喂全过程数据的可视化管理，利用改进的Logistic回归算法预测犊牛的给奶量，实现自动化精确饲喂，保障犊牛的健康发育。基于B/S架构设计了犊牛饲喂信息管理系统，能够采集犊牛基本信息、犊牛体质量、犊牛历史饮奶信息、犊牛实时饮奶信息、饮奶站工作状态等全流程、全要素的各类数据，并实现数据的前端显示和后端保存，实现犊牛饲喂全过程中数据的可视化。基于改进的Logistic回归算法，建立了犊牛给奶量和代乳粉浓度预测模型，改进后的算法运行时间可缩短至0.3s，算法的效率提高12倍。犊牛养殖试验表明，预测模型具有良好的准确性，试验中犊牛平均实际饮奶率达到95%以上。提高了牧场犊牛管理的智能化、精细化水平，降低了饲喂成本，提高了奶牛场的综合效益。

摘要:针对酒糟沼液氨氮浓度高，采用氨吹脱技术回收氮养分存在碱剂利用率低、气液接触效果差和氨吸收率低等问题。为提高酒糟沼液氨回收效率和工艺经济性，对酒糟沼液氨吹脱工艺进行了条件优化，探索了不同温度、Ca(OH)2投加量和填料种类对氨吹脱与酸吸收一体试验装置运行效果的影响，并进行了酒糟沼液氨吹脱工艺经济性评价。结果表明，经正交试验得到影响因素重要性由强到弱依次为：Ca(OH)2投加量、气流量、温度，较优工艺参数组合为Ca(OH)2投加量6.6g/L、气流量6L/min和温度52℃，相应的氨氮去除率为99.0%；Ca(OH)2对SCOD和TP有较好的去除效果，Ca(OH)2投加量6.6g/L条件下对应的SCOD和TP去除率分别为32.5%和65.7%。氨氮吹脱与酸吸收一体试验中，相对于不投碱情景，投加Ca(OH)2大幅提高了吹脱过程中氨氮、TN、EC、SCOD和TP去除率，分别达97.4%~97.7%、79.8%~84.2%、68.3%~77.4%、36.8%~45.3%和77.1%~91.0%。对比不同温度、填料种类和Ca(OH)2投加量条件下，获得较适宜氨吹脱参数为多面空心球填料、温度37℃、两次（吹脱8h投9.9g/L和30h投7.4g/L）投加Ca(OH)2，其氨氮去除率达到了97.4%，出水氨氮质量浓度低（100mg/L左右），氨回收量达1.22kg/m3。对氨吹脱与酸吸收一体试验装置处理酒糟沼液工艺运行进行比较，相比于不投碱和一次投碱情景，两次投碱方案达到97%氨氮去除率需要的工艺运行时间短，处理成本为9.75元/m3，具有较好的经济性。因此，氨吹脱对于高氨氮浓度的酒糟沼液处理体现出较好的适宜性，通过氨吹脱高效回收氮养分可缓解沼液农田利用压力，对沼液资源化利用具有重要意义。

摘要:畜禽养殖过程中排泄的粪污中残存大量抗生素给环境带来潜在风险。为进一步了解水热预处理和厌氧消化对畜禽粪污中典型抗生素降解变化特征，同时明晰抗生素与产甲烷性能的相关性，以猪粪为研究对象，考察了不同温度（70、90、120、150、170℃）水热预处理对3种抗生素（磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星）的消减作用，研究了3种抗生素在中温厌氧消化过程中的降解规律及其对产甲烷性能的影响。结果表明，磺胺嘧啶和恩诺沙星在70℃水热处理条件下100%去除，而土霉素在90℃水热处理条件下100%去除；3种抗生素的去除率随着厌氧消化时间的延长而逐渐增加，恩诺沙星在厌氧消化5d基本达到100%的去除；土霉素在厌氧消化15d基本达到100%去除，而磺胺嘧啶在厌氧消化30d去除率达52.9%；厌氧消化过程中磺胺嘧啶的去除率随着起始浓度的增加而降低，低浓度组（SDZ-1、SDZ-2和SDZ-3）在前12d均能够完全降解，高浓度组SDZ-4和SDZ-5在厌氧消化36d后的去除率分别为65%和71%。此外，猪粪中磺胺嘧啶为5~150mg/kg范围内，未见对猪粪厌氧消化产甲烷性能产生负面影响作用，厌氧消化累积沼气和甲烷产量与磺胺嘧啶浓度呈负线性相关（R2=0.9546和R2=0.8654）。因此，水热预处理和厌氧消化对猪粪中磺胺嘧啶、土霉素和恩诺沙星具有明显的消减作用，可为后续水热预处理耦合厌氧消化处理含抗生素粪污的研究提供数据支撑。

摘要:针对规模化猪舍人工劳动强度大、重复作业多、疫病传播与防控形势严峻等问题，设计了猪舍消杀巡检机器人系统。该系统融合基于2D激光雷达的即时定位与建图(Simultaneous localization and mapping, SLAM)和超宽带(Ultra wide band, UWB)技术，实现舍内地图构建和系统实时定位；在确定热红外模组安装高度为125cm和安装倾角水平向下夹角5°的基础上，运用Jetson Xavier NX边缘计算单元进行视觉处理与识别算法的部署，完成在线猪只体温巡检；边缘计算单元依据终端指令对消杀模块中超声波雾化单元、紫外线辐射单元等进行决策控制，实现多模式舍内环境消杀；通过传感器技术对舍内环境参数进行实时监测；并搭建人机交互界面，实现监测信息的显示、报警、存储等。测试结果表明，该系统可完成地图构建、自动导航、猪只体温检测，记录异常猪只热红外图像及圈舍所在位置；依据设定的消杀模式，在目标点开启相应消杀功能的准确率为100%；机器人在巡检状态和静止状态下，舍内CO2浓度、温度、相对湿度的相对误差分别为0.04%、3.00%、2.10%。本研究可为疫情形势下猪舍巡检消杀少人化/无人化作业提供技术装备参考。

摘要:莱克多巴胺俗称“瘦肉精”，可被用来饲养牲畜以提高胴体瘦肉率。食用含有莱克多巴胺的畜禽肉或内脏可引起健康问题甚至危害生命。传统的莱克多巴胺检测周期较长，费时费力，不利于实际大范围推广使用。在一些屠宰场往往采用抽检的方式进行检测，存在严重滞后性。研发了一种猪肉中“瘦肉精”莱克多巴胺便携式快速筛查装置，该装置主要包括光谱采集模块、光源模块、控制模块和电源。并基于NI LabVIEW软件开发工具，采用G语言编写猪肉“瘦肉精”智能快速检测的控制软件。首先，在碱性环境下利用乙酸乙酯对猪肉中莱克多巴胺进行提取，并采用表面增强拉曼散射（SERS）方法进行检测。研究对比了不同浓度NaCl水溶液作为聚集剂对莱克多巴胺SERS光谱的影响，结果表明以1mol/L NaCl为聚集剂的增强效果最好。其次，比较了液滴蒸发对拉曼信号的影响，结果表明在滴加样品后，4s后采集的拉曼信号较好。然后，制备不同莱克多巴胺含量（1、2、4、6、8、10μg/g）的猪肉样品进行定量分析，采用自动惠塔克拟合算法（AWF）对光谱数据进行预处理，扣除原始拉曼光谱中包含的荧光背景。建立836cm-1处SERS强度与猪肉样品中莱克多巴胺含量之间的一元线性回归模型。结果表明，模型具有较好的线性关系，决定系数R2为0.99，均方根误差为0.178μg/g。最后，重新制作一批莱克多巴胺含量相同的猪肉样本，利用研发的装置对猪肉中莱克多巴胺进行检测，预测值与样品标准理化值具有较好的线性关系，决定系数R2为0.99，均方根误差为0.317μg/g。本装置简单便携，价格便宜，检测时间小于1h，检出限为1μg/g，可以用于猪肉中莱克多巴胺的快速筛查。

摘要:为了提高玉米果穗干燥均匀性和干燥效率，降低干燥品质损失，通过研制玉米果穗深床层干燥试验台，并进行不同风速（0.5、1m/s）、热风温度（常温（即室温），50、60、70℃）以及料层厚度（180、360、540、720mm）下玉米果穗干燥特性以及品质试验研究，确定最佳的玉米果穗深床层干燥工艺与参数。试验结果表明，提高热风温度和风速均会提高干燥速率，风速0.5m/s时，热风温度50、60、70℃条件下第1层的干燥时间分别为28、20、14h，而常温通风干燥下192h后含水率仅下降到20%，随着热风温度的降低，干燥时间显著延长；提高热风风速有利于提高干燥速率，第3、4层玉米果穗干燥速率受风速的影响大于第1、2层；随着料层的增加，各干燥条件下干燥速率显著降低，干燥时间延长；常温条件下果穗各料层长时间处于高湿环境，从而在玉米果穗高含水率阶段采用常温通风干燥方式容易造成内部高湿和发热现象；干燥过程中玉米籽粒含水率先下降，果穗芯轴的含水率高于籽粒。与对照组相比，各组干燥物料的亮度均下降，提高热风风速和温度会降低亮度；常温通风干燥玉米籽粒电导率最低，随着温度和风速的提高，电导率升高，表明籽粒内部结构破坏较大；干燥后玉米籽粒淀粉含量和可溶性糖含量均有所减小，其中70℃、0.5m/s条件下玉米淀粉含量最低，60℃和70℃、0.5m/s条件下玉米可溶性糖含量较低。根据研究结果，确定玉米果穗深床层干燥工艺为先热风干燥后常温通风干燥的方式，热风温度50℃或60℃、风速0.5m/s、通风管路单侧料层厚度为360mm为较优的果穗热风干燥工艺参数。

摘要:针对果蔬干燥过程模拟时未能考虑收缩对几何模型及热质传递的影响而导致求解精度较差的问题，采用动网格技术优化果蔬热风干燥过程中热质传递的数学模型。选择结构均匀、干燥过程收缩率较明显的白萝卜作为代表性物料，试验结果表明：样品长度对收缩特性具有显著影响，当样品长径比为10时，干燥收缩的各向同性率最优，此时Hatamipour模型是最适合描述白萝卜热风干燥收缩规律的模型。基于动网格技术将收缩方程与热质传递方程耦合后探究白萝卜热风干燥的热质传递规律，结果表明：考虑收缩后由于迁移路径变短，物料内部水分脱除速率加快且表层水分梯度降低；与未考虑收缩情况相比，干燥前中期水分蒸发量较大而后期含水率较小，使得物料温度先迅速升高至30℃后缓慢提升至60℃的平衡温度，该趋势更接近试验值；考虑收缩方程后，物料内、外部含水率和温度模拟结果的偏差分别从17%~8%、12~2℃降低至14%~3%、3~2℃。结果表明：基于动网格的数值模拟具有更高的计算精度，为分析热风干燥过程中的热质传递规律提供了可靠的模型。

摘要:针对目前拖拉机驾驶室设计中人机工程操纵性和舒适性存在的不足，根据GB/T 21935—2008标准对人体各个关节部位角度及长度的定义，结合GB/T 6235—2004对座椅标志点位置的推荐，通过理论计算建立人体各关节的数学模型。基于RAMSIS软件对人体操纵进行仿真分析，提出针对GB/T 21935—2008标准中规定的人机操纵舒适区和可及区优化后的范围，构建驾驶座椅两侧人体操作舒适区三维模型，结合RAMSIS软件对现有的拖拉机驾驶室内部操纵部件进行了校核优化。脚油门踏板面由最初与地板面夹角45°调整为35°，并将脚油门位置整体向外移25mm，制动踏板面宽度减短40mm，同时将主变速杆距离地面265mm处结构向外调整20mm，手制动初始位置抬高45mm。对优化后样机内各部件操纵力和行程进行实际测量及场地试验，验证了提出的人体操作舒适区三维模型的正确性。本研究为拖拉机驾驶室人机工程设计提供了一个操纵部件布置位置舒适区的数学模型，为后续拖拉机驾驶室设计提供参考，拓展了人机工程学在拖拉机设计领域内的应用，并提高拖拉机驾驶的舒适性。

摘要:为实现大功率拖拉机变速箱箱体在强度、刚度要求下的轻量化，提出一种基于改进非支配排序遗传算法（Non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）的大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化方法。首先，分析大功率拖拉机变速箱箱体的受力情况，提出承载式变速箱箱体的静力学仿真分析方法，利用ANSYS分析箱体的强度、刚度；然后，引入K-均值聚类算法、正态分布交叉算子（Normal distribution crossover，NDX）和差分变异搜索策略改进NSGA-Ⅱ算法，并开展算例测试，结果表明，改进NSGA-Ⅱ的解集分布均匀性和算法稳定性均优于NSGA-Ⅱ，寻优效果更好，验证了所提算法的有效性与优越性；最后，基于改进NSGA-Ⅱ算法开展变速箱箱体多目标优化，对优化后的箱体进行仿真分析验证。结果表明，优化后的箱体质量、最大变形量、最大应力分别为168.16kg、0.449mm、215MPa，优于NSGA-Ⅱ的168.16kg、0.454mm、216.12MPa，在满足强度、刚度要求的前提下达到了轻量化的目的，同时进一步验证了本文算法在解决大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化问题中的有效性和优越性。研究可为大功率拖拉机变速箱箱体的仿真、优化过程提供方法参考。

摘要:针对拖拉机在斜坡行驶中受复杂路况激扰易引发的极限态侧翻失稳问题，基于单框架控制力矩陀螺设计了主动侧翻回稳控制系统。以单侧轮胎离地侧翻工况为主要研究对象，利用欧拉-拉格朗日方程构建了整机和力矩陀螺耦合系统的非线性侧倾动力学方程，并基于反步设计法推导了状态反馈控制律。该控制律可依据侧翻危险程度实时调整陀螺转子的进动角速度，定量输出侧翻回稳力矩。以环境障碍物和整机行驶速度为变量，开展了极限态侧翻失稳控制比例模型试验。结果表明，与无控制组相比，采用力矩陀螺主动侧翻回稳系统可显著调控拖拉机的侧倾过程，且在实际侧倾角大于静态临界侧倾角9.58%时仍能有效实现侧翻回稳。研究表明，提出的控制方法可适用于不同危险程度的极限侧翻工况，为拖拉机主动安全控制提供理论依据和技术参考。

摘要:针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统田间试验困难、可重复性差等问题，基于半实物仿真技术开展电液悬挂控制系统试验研究。首先通过对试验拖拉机和悬挂作业装置进行受力分析，建立了丘陵山地拖拉机整机动力学模型、铧犁体的土壤阻力模型和拖拉机悬挂装置动力学模型。然后对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统横向仿形控制、位控制、牵引力控制以及力位综合控制的系统原理进行了分析，设计了丘陵山地拖拉机电液悬挂模糊PID控制器。之后搭建拖拉机电液悬挂控制系统半实物仿真试验平台，开发电液悬挂控制系统，开展电液悬挂系统仿地形控制、力控制、位控制和力位综合控制等试验，对比分析模糊PID控制和经典PID控制方法性能。试验结果表明，模糊PID控制性能较好：在位置控制模式下，模糊PID控制无超调，控制系统响应时间为0.6s，较经典PID控制提高约33.3%；耕深控制系统稳态误差约为0.05cm，较经典PID控制降低约50%；在力控制模式下，模糊PID控制耕深的跟随误差最大值为0.38cm，标准差为0.17cm，较经典PID控制分别下降了64.5%、39.3%，验证了所开发的电液悬挂控制系统的有效性。

摘要:为提高山地拖拉机在复杂农田环境中的作业平稳性，基于Matlab/Simulink仿真平台，搭建了半主动悬架拖拉机七自由度时域仿真模型，包括四轮路面激励模型、半主动悬架振动模型、半主动悬架拖拉机车体受力分析模型、车身姿态分析模型以及半主动悬架拖拉机时域仿真模型，以车身垂向位移、车身倾斜角和车身俯仰角作为拖拉机的姿态变化参数进行仿真试验。通过构建增量式比例积分微分（Proportion integration differentiation, PID）控制器和反向传播（Back propagation, BP）神经网络PID控制器仿真模型实现对半主动悬架拖拉机车身姿态的自动控制，并分别对两种控制器的控制性能进行测试与评价。利用车身垂直向加速度和车轮相对动载作为半主动悬架系统性能的评价指标，对两种控制方式下的半主动悬架性能进行了评价。仿真结果表明：基于传统增量式PID控制算法的半主动悬架拖拉机，其车身垂直位移均方根减少42.17%、侧倾角均方根减少36.76%、俯仰角均方根减少57.85%，其车身垂向加速度为0.0177m/s2，4个车轮的动载荷均方根分别为0.0284、0.0346、0.0239、0.0304N。基于BP神经网络PID控制算法的半主动悬架拖拉机，其车身垂直位移均方根减少74.54%、侧倾角均方根减少74.66%、俯仰角均方根减少75.03%，其车身垂向加速度为7.5758×10-5m/s2，4个车轮的动载荷均方根值分别为0.0197、0.0235、0.0166、0.0198N。相比增量式PID控制的半主动悬架拖拉机，基于BP神经网络PID控制的半主动悬架拖拉机，其车体平稳性得到了较好的提高。