蔬菜钵苗全自动移栽机控制系统设计与研究

发布时间：2019-03-03 19:34

【摘要】：现阶段我国蔬菜穴盘苗移栽主要采用半自动完成移栽作业,需人工进行苗杯投苗动作,省力但不省工,且作业效率低,效益不明显。移栽机全自动化可以很好的解决半自动移栽存在的喂苗不及时、效率不足、耗费人力等主要问题,无可厚非的是未来移栽的发展的主要方向。而目前国内的全自动移栽机械主要依靠进口和仿制国外机型,市场常见的自动化移栽机的控制体系还是以机构、机械传动控制为主。如何实现我国移栽作业智能化,其首要关键问题在于如何实现半自动移栽机械转向全自动移栽机械的转变,这就需要一套与之相匹配的控制体系,完成人工操作工序,且该控制体系与机构相结合既要适合我国穴盘育苗技术又要满足旱地与大棚移栽要求。因此本文针对新型自走式蔬菜移栽机对其控制系统开展研究工作,设计了一套机、电、气相结合的控制系统,完成移栽机自动供苗、取投苗、分苗植苗全程自动化控制,并对该系统进行试验分析。主要研究内容包括:(1)针对移栽机械自动化进程和发展现状进行研究分析,总结移栽机械控制要求,确定控制系统研究对象,对比国外移栽机自动化控制特点,根据我国国情确定自走式蔬菜穴盘苗移栽机的机械结构。分析研究对象(新型自走式移栽机)的结构特点,明确各部件功能动作,并根据模块划分,确定各模块控制要求,根据各模块间耦合关系,确定总体控制要求,得到移栽工作流程和时序关系,提出总体控制方案,后期细化改进。(2)供苗控制方案的设计与试验。确定间隔取苗方案,规划"几"字型移位穴盘供苗路线,以节省驱动力。选定双作用气缸驱动穴盘横向移位,步进电机驱动纵向移位。为实现不同规格穴盘的进盘精度控制,防止扎盘,针对尺寸差与进盘速度进行延迟补偿。同时建立PID位移量反馈调节控制系统,运用编码器检测实际下移距离,经仿真整定确定调节参数为:K_P=27、K_I=5、K_D=21.0,运用PLC实现对反馈差值的整定,并将结果作用于电机输出脉冲,提高苗盘实际下移精度。对影响穴盘下移精度主要影响因素:工作速度、启动频率、加速时间进行试验分析,设计3因素混合水平正交试验,检测试验中穴盘每次下移距离,对试验测得数据进行处理分析,得出工作速度对其影响显著。(3)取苗、投苗运动控制方案设计与试验。对比插入夹取和边插边夹苗两种方式,确定边插边夹苗的取苗控制形式,对取苗机构运动轨迹进行仿真分析,根据其运动轨迹还原取苗原理图,计算出夹苗时间点对应气缸行程位置。(4)鉴于连续运动分苗机构,提出一种恒定位置点的投苗控制方式,运用编码器与光电漫反射传感器配合作用完成。同时考虑钵苗下落过程中的横向移动距离,为实现钵苗一半落入杯中其中心线与苗杯中心线重合的投苗状态,根据投苗位置与苗杯速度(移栽频率)的线性耦合关系,建立速度自适应投苗控制系统,根据苗杯速度调节苗钵落苗时间点,得到栽植频率为40、50、60、70株/min/行时,相对应的投苗时间脉冲。分析不同投苗高度范围内的理论投苗运动情况和苗钵姿态,以栽植速度做为试验因素,进行单因素试验证试验,测量取苗爪投苗位置偏移量,得出不同栽植速度下投苗最状态偏差值变化不大,绝对偏差小于2mm,对投苗精度影响可忽略不计,表明自适应系统对投苗位置有调控作用,且精度可达到左右偏差2mm内。(5)控制系统的软硬件设计。对可PLC编程控制器、信号检测传感器、编码器等元器件进行选型。根据元件的供电需求设计电源模块,完成电气元件线路图规划,控制系统的程序流程,编排PLC程序并试调完善。(6)自走式移栽机控制系统性能试验。在栽植频率为40、50、60、70株/min/行的栽植频率下进行72孔穴盘和128孔穴盘进行田间移栽试验,统计每次试验取苗、投苗环节的成功率以及计算出总体取喂成功率。结果表明,自走式蔬菜穴盘苗全自动移栽机的控制系统能顺利流畅的完成整个移栽动作过程,且该系统可实现70株/min/行的作业速度下,总取喂达到成功率达96.02%。
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【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S223.9

【参考文献】