丘陵山地移栽机自动调平系统设计与试验

来源：中国农机化学报杂志2023年第8期北京时间：

作者：柯超, 谢守勇, 邓成志, 刘凡一, 刘军,

单位：1. 西南大学工程技术学院，重庆市，400715；2. 丘陵山区农业装备重庆市重点实验室，重庆市，400715

摘要：针对丘陵山地移栽机车身在移栽时容易发生倾斜导致移栽效果差的问题，设计一种由状态测量单元、单片机嵌入式系统、电动传动系统组成的移栽机车身自动调平控制系统。首先，综合考虑位置误差调平和角度误差调平优劣势，提出一种多传感器耦合调平策略。其次，采用模糊PID控制器对执行机构中的电动推杆进行控制，并利用卡尔曼滤波器滤除移栽机底盘所受到的发动机振动干扰。然后，通过MATLAB/Simulink对所设计的模糊PID控制器及卡尔曼滤波器进行仿真分析。仿真结果表明，在相同初始参数条件下，模糊PID控制相较于传统PID具有更好的控制性能，系统调节时间缩短62.86%，上升时间缩短47.64%，峰值时间缩短45.54%，最大超调量减少12.23%。卡尔曼滤波器能有效抑制干扰和抖动信号。最后，对车身自动调平控制系统进行静态试验和动态试验。试验结果表明，当车身倾斜角在-8°~8°范围内时，该自动调平系统的调节时间小于3.5s，最大调平误差小于0.5°。当移栽机以3.6km/h的速度行驶时，在起伏较大的路面下车身倾斜角控制在±3°以内，起伏较小的路面下车身倾斜角基本维持在0°，调平速度较快，效果较好，对提高移栽机的移栽效果具有重要意义。

关键词：移栽机,自动控制,调平系统,卡尔曼滤波,模糊PID

基金资助：中华人民共和国工业和信息化部2021年适应丘陵山区农业作业的通用动力装备及高效作业机具攻关项目(TC210H02V)；重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(cstc2021jscx—gksb0016)