穴盤苗自動取苗機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、種植作業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié),采用穴盤育苗移栽技術(shù),研發(fā)基于穴盤苗的自動移栽機(jī),對于減輕人工勞動強(qiáng)度、解放勞動生產(chǎn)力、提高移栽效率具有重要的意義。目前國內(nèi)還未涉足到適合大田作業(yè)的穴盤苗全自動移栽機(jī)械的研究,同時所研究的溫室智能化機(jī)具還都處于實(shí)驗(yàn)階段,其控制系統(tǒng)總體上存在著:定位精度不高,柔性和可靠性差;控制性能不穩(wěn)定,智能化程度較低;作業(yè)效率不高等問題。穴盤苗自動取苗機(jī)構(gòu)是全自動大田移栽機(jī)的關(guān)鍵部件之一,本文針對一種新型的穴盤苗自

2、動取苗機(jī)構(gòu),對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究,主要包括以下幾部分內(nèi)容:
　　(1)對該穴盤苗自動取苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析,提出了相應(yīng)的控制要求,并對該取苗機(jī)構(gòu)的動力系統(tǒng)進(jìn)行了選擇,以及對動力系統(tǒng)的控制方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中,苗盤的間歇式輸送定位采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)來提供動力,并對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的位移、方向、速度的控制方式進(jìn)行了分析,提出采用S形升降速曲線來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。而秧苗頂桿的動作選擇氣壓傳動來提供動力,并設(shè)計(jì)了該氣動系統(tǒng)的控

3、制方案及其氣動回路。
　　(2)鑒于苗盤間歇式步進(jìn)輸送定位在該取苗機(jī)構(gòu)整個控制系統(tǒng)中的重要性,對苗盤步進(jìn)輸送定位的精度要求及其在簡單閉環(huán)步進(jìn)定位控制下的控制精度進(jìn)行了具體的計(jì)算和分析,同時對簡單閉環(huán)步進(jìn)定位控制以及采用固定參數(shù)PID控制或模糊控制進(jìn)行定位控制的局限性進(jìn)行了分析,提出采用參數(shù)自整定的Fuzzy-PID控制算法來實(shí)現(xiàn)苗盤的步進(jìn)輸送定位控制。設(shè)計(jì)了自適應(yīng)Fuzzy-PID控制器,在Matlab中進(jìn)行了仿真建模和實(shí)驗(yàn)分析,

4、結(jié)果表明采用自適應(yīng)Fuzzy-PID控制算法來實(shí)現(xiàn)取苗機(jī)構(gòu)中苗盤輸送的步進(jìn)定位控制,能夠滿足苗盤輸送的定位精度要求以及改善系統(tǒng)的抗干擾性和作業(yè)穩(wěn)定性,為該取苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行高效作業(yè)提供了保障。
　　(3)對取苗機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。以STC89C54RD+單片機(jī)作為控制器,采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,根據(jù)系統(tǒng)的硬件功能將控制電路劃分為以下幾個模塊:處理器模塊、電源模塊、信號采集模塊、控制量輸出模塊以及人機(jī)交互模塊,并分別對各部分電

5、路模塊進(jìn)行了器件選型、控制引腳分配和電路設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)簡單可靠,所設(shè)計(jì)的PCB板布局布線合理、實(shí)用、抗干擾。
　　(4)對取苗機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行了開發(fā)。采用C51語言進(jìn)行程序編寫,采用KeiluVision2集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件開發(fā),采用程序燒錄軟件STC-ISP進(jìn)行程序燒寫。以硬件模塊為基礎(chǔ)對程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),整個軟件部分由信號采集程序模塊、控制量輸出程序模塊和人機(jī)交互程序模塊以及主控程序組成,分析了各部分的控制信