基于SSAPSO-PID的白胡椒熟化温度控制系统设计与试验

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作者 俞国燕 张嘉伟 +3 位作者 张园 韦丽娇 赵振华 沈德战 《农业机械学报》 北大核心 2025年第5期589-596,共8页

为解决白胡椒初加工生产线熟化环节长时间无法维持恒温控制、过度依赖人工辅助控温等问题,设计了基于PID的白胡椒初加工生产线熟化温度控制系统。利用STM32和触摸屏控制蒸汽发生器和电调节阀,PT100温度传感器实时监测温度并反馈至系统,... 为解决白胡椒初加工生产线熟化环节长时间无法维持恒温控制、过度依赖人工辅助控温等问题,设计了基于PID的白胡椒初加工生产线熟化温度控制系统。利用STM32和触摸屏控制蒸汽发生器和电调节阀,PT100温度传感器实时监测温度并反馈至系统,通过控制算法调节蒸汽流量以确保稳定控制。采用开环阶跃响应法建立并拟合了熟化机内温度与时间的数学模型,通过Simulink仿真试验对比了Ziegler-Nichols整定法、临界比例度法、衰减曲线法以及基于麻雀搜索算法的粒子群优化自整定法(SSAPSO)性能。最终确定PID最佳控制参数为比例系数K_(p)=0.8759,积分系数K_(i)=0.02,微分系数K_(d)=4.3255。系统试验结果表明,在8 min的熟化过程中,每隔1 min采集当前熟化温度,由于熟化机与空气直接对流换热,其温度稳定在(99±1.5)℃范围内,熟化温度平均相对误差小于1.2%、变异系数小于1.3%,基本实现了熟化过程中自动化精准高效控温的目的。 展开更多

关键词 白胡椒初加工生产线 熟化温度 粒子群优化算法 麻雀搜索算法 PID控制

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秸秆颗粒燃料胡椒熟化蒸汽发生器优化设计与试验

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作者 张园 何子健 +3 位作者 韦丽娇 赵振华 沈德战 张嘉伟 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第5期193-200,共8页

针对胡椒熟化配套用蒸汽发生器低效高排、单次进料燃烧时间短以及自动化程度低等问题,对胡椒熟化蒸汽发生器进行优化设计。基于胡椒熟化配套用蒸汽量、温控及产气速率需求分析,对进料机构的漏斗容量、推进绞龙尺寸、鼓风量等进行优化设... 针对胡椒熟化配套用蒸汽发生器低效高排、单次进料燃烧时间短以及自动化程度低等问题,对胡椒熟化蒸汽发生器进行优化设计。基于胡椒熟化配套用蒸汽量、温控及产气速率需求分析,对进料机构的漏斗容量、推进绞龙尺寸、鼓风量等进行优化设计;结合虚拟仿真软件对进料机构进行建模,通过模态分析确定相关参数与硬件型号。试验结果表明,改进后的蒸汽发生器一次进料可持续燃烧40 min以上,生产的蒸汽温度波动不超过4.17%;改进后的蒸汽发生器适配胡椒熟化机后效果更好,熟化合格率稳定在98.3%以上;进风量与进料量同比改变,有效降低污染气体的排放,提高能效。对蒸汽发生器提高热效率,降低排放具有一定参考价值,也为胡椒加工生产线自动化发展提供参考依据。 展开更多

关键词 胡椒 蒸汽发生器 秸秆颗粒 模态分析 熟化合格率

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无人机施药技术研究现状与趋势分析 被引量：2

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作者 沈德战 张园 +3 位作者 韦丽娇 赵振华 陈晓垚 姜蕾 《现代农业装备》 2024年第1期31-37,共7页

通过药物调控作物的生长和防控病虫草害是农业生产的一项重要措施。随着现代物联农业的快速发展,传统的施肥方式与技术已无法适应现代农业发展的需求,与传统的人工施药相比,无人机施药具有独特的优势,其应用技术已成为农业机械行业的热... 通过药物调控作物的生长和防控病虫草害是农业生产的一项重要措施。随着现代物联农业的快速发展,传统的施肥方式与技术已无法适应现代农业发展的需求,与传统的人工施药相比,无人机施药具有独特的优势,其应用技术已成为农业机械行业的热点。文章对无人机喷洒装置的组成和工作机理进行了论述,总结了无人机施药技术的应用优势和国内外技术现状,对其在国内应用中存在的问题进行了成因分析,结合行业研究方向提出了无人机施药技术发展对策及建议,并展望了其发展趋势。 展开更多

关键词 无人机 施药技术 研究现状 发展趋势

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基于YOLOv8的竹笋分割方法研究 被引量：1

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作者 郑镇辉 张淡然 +3 位作者 王槊 韦丽娇 吴海韵 肖景丰 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第4期114-119,共6页

现有的竹笋精准分割方法计算复杂度高,且模型庞大不利于在算力有限的边缘设备上部署。为解决这一问题,采用一种基于深度卷积网络的轻量化方法进行竹笋分割。首先,设计野外竹笋图像采集试验,通过人工标记构建训练集和测试集。然后,采用YO... 现有的竹笋精准分割方法计算复杂度高,且模型庞大不利于在算力有限的边缘设备上部署。为解决这一问题,采用一种基于深度卷积网络的轻量化方法进行竹笋分割。首先,设计野外竹笋图像采集试验,通过人工标记构建训练集和测试集。然后,采用YOLOv8深度卷积网络模型作为竹笋分割的基础模型,并进行模型训练和验证。最后,设计两组对比试验,验证其精准性和高效性。结果表明,所设计的竹笋分割方法在测试集上的检测平均精度和分割平均精度分别为0.927、0.931,较YOLOv7模型分别提升3.6%、5.7%,较YOLOv8_x模型分别提升0.1%、0.4%。此外,所设计的分割方法速度为169帧/s,参数量为43.8M,模型尺寸为92.3MB,相比YOLOv7模型,分割速度提高71帧/s;相比YOLOv8_x模型,分割速度提高51帧/s,参数量减少24.6 M,模型尺寸减少51.6 MB。为进一步验证该方法的实际部署可行性和高效性,将YOLOv8_l模型部署到英伟达边缘设备上,部署后的竹笋分割算法在测试集上的检测平均精度均值和分割平均精度均值分别为0.896、0.891,单帧图像推理时间仅为0.0914 s,所需显存为12.2 GB。 展开更多

关键词 竹笋 深度卷积网络 分割 轻量化 YOLOv8

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基于自适应RBF神经网络具有模型不确定性的四旋翼无人机指定时间预设性能控制方法 被引量：5

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作者 张园 郑鸿基 +3 位作者 刘海涛 韦丽娇 沈德战 赵振华 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期64-73,共10页

四旋翼无人机具有强耦合和欠驱动的特点,在飞行过程中很容易受到外界干扰,进而影响整个无人机系统的稳定性和精度。为此,提出了一种基于RBF神经网络的指定时间预设性能约束控制策略。首先,针对四旋翼无人机的不确定数学模型难以精确建立... 四旋翼无人机具有强耦合和欠驱动的特点,在飞行过程中很容易受到外界干扰,进而影响整个无人机系统的稳定性和精度。为此,提出了一种基于RBF神经网络的指定时间预设性能约束控制策略。首先,针对四旋翼无人机的不确定数学模型难以精确建立,并且在执行任务过程中存在外部未知扰动问题,提出了一种基于指定时间预设性能控制方法,将四旋翼无人机的轨迹跟踪问题转换为对位置子系统和姿态子系统的期望指令跟踪问题;其次,在设计控制器过程中,为了解决“微分爆炸”问题产生的滤波器误差,引入一种新型滤波误差补偿方法,通过RBF神经网络逼近外部未知扰动,并将预测结果补偿给控制器以提高轨迹跟踪的鲁棒性。最后,应用仿真模拟方法验证无人机控制系统稳定性和性能优势,通过飞行试验验证,微风聚拢环境下实际飞行轨迹与仿真模拟结果趋于一致,自主轨迹跟踪起降位置偏差小于1 cm,证明了所提出算法的有效性。 展开更多

关键词 四旋翼无人机 RBF神经网络 轨迹跟踪控制 预设性能约束 模型不确定性

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香蕉机械化采收装备研究现状及发展趋势

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作者 何留伟 王槊 +3 位作者 郑镇辉 杜冬杰 贾志伟 张园 《现代农业装备》 2024年第3期21-25,共5页

香蕉是我国重要的经济作物,发展香蕉机械化、智能化采收有助于提高生产效率、解决劳动力短缺、提升采收质量、降低生产成本,符合现代农业发展趋势。本文对我国目前香蕉采摘方式、装备的现状进行了综述和分析,指出了现阶段我国在香蕉机... 香蕉是我国重要的经济作物,发展香蕉机械化、智能化采收有助于提高生产效率、解决劳动力短缺、提升采收质量、降低生产成本,符合现代农业发展趋势。本文对我国目前香蕉采摘方式、装备的现状进行了综述和分析,指出了现阶段我国在香蕉机械化采收中存在的农机农艺不匹配、采摘与运输割裂以及相关机械优势不明显的问题,展望了未来香蕉采收及运输机械的发展趋势。 展开更多

关键词 香蕉 智能采摘 采摘装备 农机农艺

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一种新颖的轻量化甘蔗茎节检测方法

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作者 郑镇辉 吴昱汛 +3 位作者 熊敏饴 张淡然 黄伟华 韦丽娇 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第11期68-73,82,共7页

甘蔗茎节的精准检测可实现甘蔗智能切种和种植定位,对蔗园生产管理优化、提高产量和效益具有显著意义。然而,现有方法在检测性能、模型复杂度以及实时性等方面存在挑战。为解决该问题,利用EdgeYOLO模型,进行结构化场景下甘蔗茎节的视觉... 甘蔗茎节的精准检测可实现甘蔗智能切种和种植定位,对蔗园生产管理优化、提高产量和效益具有显著意义。然而,现有方法在检测性能、模型复杂度以及实时性等方面存在挑战。为解决该问题,利用EdgeYOLO模型,进行结构化场景下甘蔗茎节的视觉检测。设计野外甘蔗图像采集试验,对采集的甘蔗图像进行人工标记,并建立图像训练集和测试集。采用轻量化EdgeYOLO网络作为甘蔗茎节检测模型,确定最优超参数组合并进行模型训练。开展野外实际切种试验,验证其有效性和检测性能。试验结果表明:该方法在测试集上的精确率、召回率、mAP值、单帧耗时以及模型大小分别为0.966、0.988、0.961、0.035 s和23.8 MB,同比Edgeyolo_S_Coco网络分别提高0.7%、0.6%、0.4%、0.007 s和16.2MB。结果表明,Edgeyolo_Tiny网络更具有检测性能和泛化能力,有效满足室外环境下对甘蔗茎节检测算法精度和应用成本的要求,可为农业智能化生产中甘蔗的收获和种植提供技术支持。 展开更多

关键词 图像处理 甘蔗 茎节检测 深度学习 轻量化

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离心式胡椒脱粒装置结构设计与试验

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作者 赵振华 张园 +1 位作者 沈德战 韦丽娇 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第9期23-30,57,共9页

针对胡椒初加工生产线脱粒环节存在损失率和破损率高的问题,设计一种离心式胡椒脱粒装置,对其主要零部件进行受力及速度分析,得出最大理论进料量为3.78 kg/s,最大工作扭矩为554 N·m。应用ANSYS Workbench软件有限元分析,对关键部... 针对胡椒初加工生产线脱粒环节存在损失率和破损率高的问题,设计一种离心式胡椒脱粒装置,对其主要零部件进行受力及速度分析,得出最大理论进料量为3.78 kg/s,最大工作扭矩为554 N·m。应用ANSYS Workbench软件有限元分析,对关键部件结构进行轻量化设计并验证其可靠性,改进后的脱粒主轴最大应力为36.75 MPa、筛网最大应力为9.01 MPa,均具有高可靠性。通过中心拟合试验设计,开展三因素三水平二次回归响应面试验,研究脱粒主轴转速、脱粒间隙和喂入量对胡椒脱粒效果的影响,建立以损失率和破损率为响应值的多元二次回归模型,并通过对回归方程在约束条件下求最优解以获得最低损失率和破损率的最佳参数。结果表明各因素对损失率影响的主次关系为喂入量、脱粒主轴转速、脱粒间隙;对破损率影响的主次关系为脱粒主轴转速、脱粒间隙、喂入量。当脱粒主轴转速为552 r/min、喂入量为1.14 kg/s、脱粒间隙为15.2 mm时,达到最佳脱粒效果,此时的损失率为2.44%、破损率为1.14%。 展开更多

关键词 胡椒 脱粒装置 离心式 有限元分析 响应面试验

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基于遗传算法优化模糊PID的甘蔗收获机切割器控制系统 被引量：13

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作者 李腾辉 周德强 +4 位作者 何冯光 邓干然 崔振德 王翔 陈自宏 《华中农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期243-250,共8页

针对甘蔗收获机切割器无法自动控制入土深度,从而影响收获质量的问题,设计一套甘蔗收获机切割器入土深度自动控制系统。该系统主要包含角度式仿形机构、入土深度检测系统以及液压系统和控制系统。利用基于遗传算法优化的模糊PID控制算... 针对甘蔗收获机切割器无法自动控制入土深度,从而影响收获质量的问题,设计一套甘蔗收获机切割器入土深度自动控制系统。该系统主要包含角度式仿形机构、入土深度检测系统以及液压系统和控制系统。利用基于遗传算法优化的模糊PID控制算法进行入土深度的实时调节,通过Simulink阶跃响应以及带随机干扰的阶跃响应仿真,结果显示:基于遗传算法优化的模糊PID控制算法超调量为4.9%、调节时间为1.535 s,与PID控制算法以及模糊PID控制算法相比均有所改善。室内试验结果表明,基于遗传算法优化的模糊PID控制算法误差在(-0.5,0.5),误差最小,有效实现了切割器入土深度自动控制。 展开更多

关键词 甘蔗收获机 遗传算法 模糊PID 深度检测 仿形机构 智能农机

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基于YOLOv8的甘蔗茎节高效检测方法 被引量：1

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作者 郑镇辉 张淡然 +4 位作者 黄伟华 韦丽娇 郭昌进 陈思睿 吴海韵 《热带作物学报》 CSCD 北大核心 2024年第10期2223-2231,共9页

甘蔗茎节的精确识别对于智能化切种、种植定位及优化蔗园生产管理流程,进而提升产量与经济效益具有显著价值。然而,现有甘蔗茎节检测方法的性能、模型复杂度以及实时性等方面仍存在不足。为有效解决这一问题,本研究选择采用先进的YOLOv... 甘蔗茎节的精确识别对于智能化切种、种植定位及优化蔗园生产管理流程,进而提升产量与经济效益具有显著价值。然而,现有甘蔗茎节检测方法的性能、模型复杂度以及实时性等方面仍存在不足。为有效解决这一问题,本研究选择采用先进的YOLOv8模型,对结构化场景下的甘蔗茎节进行视觉检测。首先,设计野外甘蔗图像采集试验,对采集的甘蔗图像进行人工标记,并建立图像训练集和测试集;接着,采用YOLOv8网络作为甘蔗茎节检测模型,确定最优超参数组合并进行模型训练;最后,进行野外实际识别试验,验证本方法的有效性和高效性。结果表明:本方法在测试集上的精确率、召回率、mAP、单帧推理耗时以及模型大小分别为0.973、0.958、0.974、19.80 ms和6.30 MB。与Edgeyolo_S_Coco网络和Edgeyolo_Tiny网络相比,YOLOv8_n网络的mAP同比分别提高了1.70%和1.30%,单帧推理耗时同比分别降低了4.71 ms和1.50 ms,模型大小同比分别缩减了33.70 MB和17.50 MB。本研究提出的甘蔗茎节检测网络在检测性能和泛化能力上更具优势,能满足户外环境下对算法精度和模型复杂度的需求,为农业智能化生产中的甘蔗收获与种植提供坚实的技术支撑。 展开更多

关键词 目标检测 甘蔗 茎节检测 YOLOv8

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农用无人机自动续航装置归中平台升降系统设计

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作者 赵振华 张园 +5 位作者 韦丽娇 陈晓垚 沈德战 郭昌进 李兴贵 陈永健 《现代农业装备》 2023年第6期44-49,共6页

针对农用无人机自动续航装置平台调平精度和稳定性欠佳的问题,本文从无人机自动续航装置升降平台的托举升降和全向调平需求出发,设计了一种“对向推送+双联升降”自动调平升降系统;根据自动续航装置平台的升降功能需求,基于平台在空间... 针对农用无人机自动续航装置平台调平精度和稳定性欠佳的问题,本文从无人机自动续航装置升降平台的托举升降和全向调平需求出发,设计了一种“对向推送+双联升降”自动调平升降系统;根据自动续航装置平台的升降功能需求,基于平台在空间中横向和纵向的运动,采用单动双丝杆滑块作为大行程升降执行机构,利用嵌入式、运动控制板卡等硬件设施搭建伺服控制系统,同时采用4组对向双联电机控制平台至恒定水平姿态,为农用无人机自动换电程控过程的精准起降提供了可靠的平台技术支撑。 展开更多

关键词 自动调平 升降系统 自动续航装置

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