CN107733321A - 一种播种机监控系统和监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种播种机监控系统和监控方法，一种播种机监控系统，包括工控机和驱动电机；所述工控机包括机组速度融合模块、排种流量监测模块、驱动电机理论转速决策模块、转速偏差推理模块、控制参数整定模块、排种轴转速调整模块和排种轴转速控制模块；定位信号接收器固定在驾驶室顶部，用于接收地理位置信号；所述定位信号接收器与驱动电机理论转速决策模块连接；速度传感器安装在播种机驱动轮上，用于测量播种机驱动轮转速；所述速度传感器与机组速度融合模块连接，加速度传感器安装在播种机机架横梁上，用于测量播种机加速度；所述加速度传感器与机组速度融合模块连接。本发明可以解决的是机组作业状态参数监测以及播量精准调控的问题。

Description

一种播种机监控系统和监控方法
技术领域
本发明涉及农业机械自动化领域，特别涉及一种播种机监控系统和监控方法。
背景技术
播种过程智能化已成为农业工程领域的一大热点研究问题，播种机自适应监控系统由此应运而生。通过设定或导入播种处方图，实现智能播种。传统由链传动驱动排种器的播种机械，在潮湿、泥泞的土壤环境中，易受驱动轮空转及打滑的影响造成重播或漏播等问题，为降低播种机具作业过程中驱动轮滑移对播种质量的影响，采用电力拖动系统代替以地轮为动力源的链条传动系统已成为播种机发展的新趋势，专利CN201110398048.9以步进电机代替地轮链条系统驱动排种器，简化了机械结构，但其仍以地轮转速作为获取机具前进速度的单一因素，没有消除由于地轮空转、滑移导致的机具前进速度测量偏差，从而造成播种机漏播、重播现象。
为加快播种机智能化进程，降低人工劳动力，实现信息化播种作业，为后续田间管理、收获等工作提供数据支撑，需在机组关键位置安装传感器，除反馈机具前进速度外，还要求能够实时反馈机具空间位置、单位距离内种子流量，作为调整排种器转速的重要依据。专利CN201210144176.5提供一种播种机的智能监控方法，该方法缺乏转速监控手段，由主控制系统直接控制调速电机，易在作业过程中受到信号干扰，无法及时消除播量偏差，从而造成实际播量与理论播量的误差。
目前，虽然国内外播种机监控系统不断推陈出新，但实际应用中排种轴转速仍以固定参数的调节算法为主，不涉及控制参数的在线优化功能。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种播种机监控系统和监控方法，解决的是机组作业状态参数监测以及播量精准调控的问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种播种机监控系统，包括工控机和驱动电机；所述工控机包括机组速度融合模块、排种流量监测模块、驱动电机理论转速决策模块、转速偏差推理模块、控制参数整定模块、排种轴转速调整模块和排种轴转速控制模块；
定位信号接收器固定在驾驶室顶部，用于接收地理位置信号；所述定位信号接收器与驱动电机理论转速决策模块连接，驱动电机理论转速决策模块通过查表法将地理位置信号转换为所在区域的理论播量Q，即；Q＝f(N,E)，式中：N为播种机的北纬坐标，E为播种机东经坐标；
速度传感器安装在播种机驱动轮上，用于测量播种机驱动轮转速；所述速度传感器与机组速度融合模块连接，用于将第u次采样的播种机驱动轮转速nu作为机组速度融合模块的输入；加速度传感器安装在播种机机架横梁上，用于测量播种机加速度；所述加速度传感器与机组速度融合模块连接，用于将第u次采样的播种机加转速au作为机组速度融合模块的输入；
所述机组速度融合模块将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：
式中：
nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；
nu-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n0＝0；
D为播种机驱动轮直径，m；
au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；
vu-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v0＝0；
u为当前采样次数，1≤u≤m，m为总采样次数；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
若干流量传感器安装在播种机各个排种口上，用于测量播种机各个排种口的流量；若干所述流量传感器与排种流量监测模块连接，用于将播种机各个排种口的流量作为排种流量监测模块的输入；所述排种流量监测模块输出为总播量，且所述排种流量监测模块与驱动电机理论转速决策模块连接，用于将播种机总播量作为驱动电机理论转速决策模块输入；
所述驱动电机理论转速决策模块将输入的总播量、所在区域的理论播量Q和第u次采样的播种机速度vu，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：
式中：
Q为所在区域的理论播量，kg；
qu为第u次采样的总播量，kg；
vu为第u次采样的播种机速度，m/s；
A为播种机作业幅宽，m；
q为单行排种轴每转理论播量，kg；
N为播种机行数，行；
r为排种轴驱动电机与排种轴之间的传动比；
u为当前采样次数，m为总采样次数，1≤u≤m；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
所述驱动电机上安装编码器，用于测量驱动电机实际转速所述编码器和驱动电机理论转速决策模块分别与转速偏差推理模块连接，所述转速偏差推理模块将输入的驱动电机实际转速和排种轴理论转速通过差门运算得出转速偏差eu，即
所述控制参数整定模块与转速偏差推理模块连接，将转速偏差eu输入控制参数整定模块，通过模糊神经网络推算，得到第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，
其中，式中：
eu为第u次采样的转速偏差；
Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu-eu-1，且e0为初始值，e0＝0；
mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；
m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；
δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；
δ'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集标准差；
为修正比例参数的权值系数；
为修正积分参数的权值系数；
为修正微分参数的权值系数；
所述控制参数整定模块与排种轴转速调整模块连接，用于将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数作为排种轴转速调整模块输入；所述转速偏差推理模块与排种轴转速调整模块连接，用于将转速偏差eu作为排种轴转速调整模块输入；所述排种轴转速调整模块将输入的第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差eu，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：
所述排种轴转速调整模块与排种轴转速控制模块连接，通过排种轴转速控制模块将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；驱动电机控制器与排种轴转速控制模块连接，用于通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机的转速。
进一步，所述定位信号接收器为GPS定位器。
进一步，所述定位信号接收器、若干流量传感器、速度传感器、加速度传感器和编码器与工控机的传输方式为无线传输。
进一步，所述无线传输为Zigbee无线网络传输。
进一步，所述采样周期T为0.02秒。
一种播种机监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：驱动电机理论转速决策模块将第u次采样时刻定位信号接收器输入的地理位置信号通过查表法转换为第u次采样时刻所在区域的理论播量Q，即；Q＝f(Nu,Eu)，式中：Nu为第u次采样时刻播种机的北纬坐标，Eu为第u次采样时刻播种机东经坐标；
S02：所述机组速度融合模块将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：
式中：
nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；
nu-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n0＝0；
D为播种机驱动轮直径，m；
au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；
vu-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v0＝0；
u为当前采样次数，1≤u≤m，m为总采样次数；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
S03：若干所述流量传感器用于测量第u次采样时刻播种机各个排种口的流量，并且输入到排种流量监测模块(12)，通过排种流量监测模块转换为第u次采样时刻的总播量qu；
S04：将第u次采样时刻所在区域的理论播量Q、第u次采样时刻的总播量qu和第u次采样的播种机速度vu作为驱动电机理论转速决策模块的输入，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：
式中：
Q为所在区域的理论播量，kg；
qu为第u次采样的总播量，kg；
vu为第u次采样的播种机速度，m/s；
A为播种机作业幅宽，m；
q为单行排种轴每转理论播量，kg；
N为播种机行数，行；
r为排种轴驱动电机与排种轴之间的传动比；
u为当前采样次数，m为总采样次数，1≤u≤m；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
S05：将驱动电机理论转速和编码器反馈的实际转速输入转速偏差推理模块，通过差门运算得出转速偏差eu，即
S06：将转速偏差eu输入控制参数整定模块，通过模糊神经网络推算，输出第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，
其中，式中：
eu为第u次采样的转速偏差；
Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu-eu-1，且e0为初始值，e0＝0；
mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；
m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；
δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；
δ'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集标准差；
为修正比例参数的权值系数；
为修正积分参数的权值系数；
为修正微分参数的权值系数；
S07：将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差eu输入所述排种轴转速调整模块，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：
S08：通过排种轴转速控制模块将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；驱动电机控制器通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机的转速；所述编码器将实际转速反馈输出到转速偏差推理模块；
S09：若u＜m时，则进入下一采样周期u＝u+1，循环执行S1至S8步骤；若u＝m时或工控机接收到停止命令，播种机停止播种作业。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的播种机监控系统和监控方法，通过设置控制参数整定模块利用模糊神经网络算法，进行在线优化，加强PID算法在变量播种应用中的适应性，减小排种轴驱动电机实际转速至理论转速的调整时间与超调量。
2.本发明所述的播种机监控系统和监控方法，通过设置机组速度融合模块利用速度融合算法以消除单一传感器带来的测速误差，得到机组前进速度最优值。
3.本发明所述的播种机监控系统和监控方法，通过设置Zigbee无线通信技术代替现有CAN总线进行信息通信，解决了所述车载终端与各终端模块之间连线复杂且互相干扰的问题，可有效提升播种机作业参数的监测准确性，并且有效降低功耗，可使蓄电池续航时间更加持久。
附图说明
图1为本发明所述的播种机监控系统控制图。
图2为本发明所述的播种机监控方法流程图。
图中：
1-工控机；11-机组速度融合模块；12-排种流量监测模块；13-驱动电机理论转速决策模块；14-转速偏差推理模块；15-控制参数整定模块；16-排种轴转速调整模块；17-排种轴转速控制模块；2-驱动电机控制器；3-驱动电机；4-编码器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种播种机监控系统，包括工控机1和驱动电机3；所述工控机1包括机组速度融合模块11、排种流量监测模块12、驱动电机理论转速决策模块13、转速偏差推理模块14、控制参数整定模块15、排种轴转速调整模块16和排种轴转速控制模块17；
定位信号接收器固定在驾驶室顶部，用于接收地理位置信号；所述定位信号接收器与驱动电机理论转速决策模块13连接，驱动电机理论转速决策模块13通过查表法将地理位置信号转换为所在区域的理论播量Q，即；Q＝f(N,E)，式中：N为播种机的北纬坐标，E为播种机东经坐标；所述定位信号接收器为GPS定位器。
速度传感器安装在播种机驱动轮上，用于测量播种机驱动轮转速；所述速度传感器与机组速度融合模块11连接，用于将第u次采样的播种机驱动轮转速nu作为机组速度融合模块11的输入；加速度传感器安装在播种机机架横梁上，用于测量播种机加速度；所述加速度传感器与机组速度融合模块11连接，用于将第u次采样的播种机加转速au作为机组速度融合模块11的输入；
所述机组速度融合模块11将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：
式中：
nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；
nu-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n0＝0；
D为播种机驱动轮直径，m；
au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；
vu-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v0＝0；
u为当前采样次数，m为总采样次数，1≤u≤m；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
若干流量传感器安装在播种机各个排种口上，用于测量播种机各个排种口的流量；若干所述流量传感器与排种流量监测模块12连接，用于将播种机各个排种口的流量作为排种流量监测模块12的输入；所述排种流量监测模块12输出为总播量，且所述排种流量监测模块12与驱动电机理论转速决策模块13连接，用于将播种机总播量作为驱动电机理论转速决策模块13输入；
所述驱动电机理论转速决策模块13将输入的总播量、所在区域的理论播量Q和第u次采样的播种机速度vu，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：
式中：
Q为所在区域的理论播量，kg；
qu为第u次采样的总播量，kg；
vu为第u次采样的播种机速度，m/s；
A为播种机作业幅宽，m；
q为单行排种轴每转理论播量，kg；
N为播种机行数，行；
r为排种轴驱动电机与排种轴之间的传动比；
u为当前采样次数，m为总采样次数，1≤u≤m；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
所述驱动电机3上安装编码器4，用于测量驱动电机3实际转速所述编码器4和驱动电机理论转速决策模块13分别与转速偏差推理模块14连接，所述转速偏差推理模块14将输入的驱动电机3实际转速和排种轴理论转速通过差门运算得出转速偏差eu，即
所述控制参数整定模块15与转速偏差推理模块14连接，将转速偏差eu输入控制参数整定模块15，通过模糊神经网络推算，得到第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，
其中，式中：
eu为第u次采样的转速偏差；
Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu-eu-1，且e0为初始值，e0＝0；
mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；
m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；
δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；
δ'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集标准差；
为修正比例参数的权值系数；
为修正积分参数的权值系数；
为修正微分参数的权值系数；
所述控制参数整定模块15与排种轴转速调整模块16连接，用于将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数作为排种轴转速调整模块16输入；所述转速偏差推理模块14与排种轴转速调整模块16连接，用于将转速偏差eu作为排种轴转速调整模块16输入；所述排种轴转速调整模块16将输入的第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差eu，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：
所述排种轴转速调整模块16与排种轴转速控制模块17连接，通过排种轴转速控制模块17将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；具体公式为：其中，为排种轴驱动电机调节转速，转/min；ag为排种轴驱动电机步进角，度；d为排种轴驱动电机细分数；驱动电机控制器2与排种轴转速控制模块17连接，用于通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机3的转速。
所述定位信号接收器、若干流量传感器、速度传感器、加速度传感器和编码器4与工控机1的传输方式为无线传输。所述无线传输为Zigbee无线网络传输。
所述采样周期T为0.02秒。
所述工控机1安装有用户软件程序，可进行人机交互，包括机组参数设置界面和机组状态监视界面；所述机组参数设置界面，用于设定作业区间、播种区域选择、拖拉机前轮直径以及是否打开种箱余量及播种量异常报警；所述机组状态监视界面，用于实时更新机具当前地理位置信息、机具前进速度、种箱储种余量值、储种余量作业时间与各播种单组播量，并且设有作业区间越界报警、播量异常报警与储种余量不足报警指示灯。
如图2所示，本发明所述的播种机监控方法，包括如下步骤：
S01：驱动电机理论转速决策模块13将第u次采样时刻定位信号接收器输入的地理位置信号通过查表法转换为第u次采样时刻所在区域的理论播量Q，即；Q＝f(Nu,Eu)，式中：Nu为第u次采样时刻播种机的北纬坐标，Eu为第u次采样时刻播种机东经坐标；
S02：所述机组速度融合模块11将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：
式中：
nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；
nu-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n0＝0；
D为播种机驱动轮直径，m；
au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；
vu-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v0＝0；
u为当前采样次数，m为总采样次数，1≤u≤m；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
S03：若干所述流量传感器用于测量第u次采样时刻播种机各个排种口的流量，并且输入到排种流量监测模块12，通过排种流量监测模块12转换为第u次采样时刻的总播量qu；
S04：将第u次采样时刻所在区域的理论播量Q、第u次采样时刻的总播量qu和第u次采样的播种机速度vu作为驱动电机理论转速决策模块13的输入，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：
式中：
Q为所在区域的理论播量，kg；
qu为第u次采样的总播量，kg；
vu为第u次采样的播种机速度，m/s；
A为播种机作业幅宽，m；
q为单行排种轴每转理论播量，kg；
N为播种机行数，行；
r为排种轴驱动电机与排种轴之间的传动比；
u为当前采样次数，m为总采样次数，1≤u≤m；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
S05：将驱动电机理论转速和编码器4反馈的实际转速输入转速偏差推理模块14，通过差门运算得出转速偏差eu，即
S06：将转速偏差eu输入控制参数整定模块15，通过模糊神经网络推算，输出第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，
其中，式中：
eu为第u次采样的转速偏差；
Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu-eu-1，且e0为初始值，e0＝0；
mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；
m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；
δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；
δ'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集标准差；
为修正比例参数的权值系数；
为修正积分参数的权值系数；
为修正微分参数的权值系数；
S07：将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差eu输入所述排种轴转速调整模块16，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：
S08：通过排种轴转速控制模块17将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；驱动电机控制器2通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机3的转速；所述编码器4将实际转速反馈输出到转速偏差推理模块14；
S09：若u＜m时，则进入下一采样周期u＝u+1，循环执行S1至S8步骤；若u＝m时或工控机1接收到停止命令，播种机停止播种作业。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种播种机监控系统，其特征在于，包括工控机(1)和驱动电机(3)；所述工控机(1)包括机组速度融合模块(11)、排种流量监测模块(12)、驱动电机理论转速决策模块(13)、转速偏差推理模块(14)、控制参数整定模块(15)、排种轴转速调整模块(16)和排种轴转速控制模块(17)；
定位信号接收器固定在驾驶室顶部，用于接收地理位置信号；所述定位信号接收器与驱动电机理论转速决策模块(13)连接，驱动电机理论转速决策模块(13)通过查表法将地理位置信号转换为所在区域的理论播量Q，即；Q＝f(N,E)，式中：N为播种机的北纬坐标，E为播种机东经坐标；
速度传感器安装在播种机驱动轮上，用于测量播种机驱动轮转速；所述速度传感器与机组速度融合模块(11)连接，用于将第u次采样的播种机驱动轮转速nu作为机组速度融合模块(11)的输入；加速度传感器安装在播种机机架横梁上，用于测量播种机加速度；所述加速度传感器与机组速度融合模块(11)连接，用于将第u次采样的播种机加转速au作为机组速度融合模块(11)的输入；
所述机组速度融合模块(11)将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：
<mrow> <msub> <mi>v</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>T</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>|</mo> <mo>&amp;le;</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>T</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&lt;</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>T</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中：
nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；
nu-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n0＝0；
D为播种机驱动轮直径，m；
au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；
vu-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v0＝0；
u为当前采样次数，1≤u≤m，m为总采样次数；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
若干流量传感器安装在播种机各个排种口上，用于测量播种机各个排种口的流量；若干所述流量传感器与排种流量监测模块(12)连接，用于将播种机各个排种口的流量作为排种流量监测模块(12)的输入；所述排种流量监测模块(12)输出为总播量，且所述排种流量监测模块(12)与驱动电机理论转速决策模块(13)连接，用于将播种机总播量作为驱动电机理论转速决策模块(13)输入；
所述驱动电机理论转速决策模块(13)将输入的总播量、所在区域的理论播量Q和第u次采样的播种机速度vu，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：
<mrow> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>60</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>Q</mi> <mo>-</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>u</mi> </munderover> <msub> <mi>q</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>A</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mn>666.7</mn> <mo>-</mo> <mi>A</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>u</mi> </munderover> <msub> <mi>v</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>N</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>q</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>r</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中：
Q为所在区域的理论播量，kg；
qu为第u次采样的总播量，kg；
vu为第u次采样的播种机速度，m/s；
A为播种机作业幅宽，m；
q为单行排种轴每转理论播量，kg；
N为播种机行数，行；
r为排种轴驱动电机与排种轴之间的传动比；
所述驱动电机(3)上安装编码器(4)，用于测量驱动电机(3)实际转速所述编码器(4)和驱动电机理论转速决策模块(13)分别与转速偏差推理模块(14)连接，所述转速偏差推理模块(14)将输入的驱动电机(3)实际转速和排种轴理论转速通过差门运算得出转速偏差eu，即
所述控制参数整定模块(15)与转速偏差推理模块(14)连接，将转速偏差eu输入控制参数整定模块(15)，通过模糊神经网络推算，得到第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，
<mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mi>u</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi> </munderover> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>k</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;Delta;e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>m</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi> </munderover> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;Delta;e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>m</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
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其中，式中：
eu为第u次采样的转速偏差；
Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu-eu-1，且e0为初始值，e0＝0；
mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；
m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；
δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；
δ'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集标准差；
为修正比例参数的权值系数；
为修正积分参数的权值系数；
为修正微分参数的权值系数；
所述控制参数整定模块(15)与排种轴转速调整模块(16)连接，用于将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数作为排种轴转速调整模块(16)输入；所述转速偏差推理模块(14)与排种轴转速调整模块(16)连接，用于将转速偏差eu作为排种轴转速调整模块(16)输入；所述排种轴转速调整模块(16)将输入的第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差eu，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：
所述排种轴转速调整模块(16)与排种轴转速控制模块(17)连接，通过排种轴转速控制模块(17)将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；驱动电机控制器(2)与排种轴转速控制模块(17)连接，用于通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机(3)的转速。
2.根据权利要求1所述的播种机监控系统，其特征在于，所述定位信号接收器为GPS定位器。
3.根据权利要求1所述的播种机监控系统，其特征在于，所述定位信号接收器、若干流量传感器、速度传感器、加速度传感器和编码器(4)与工控机(1)的传输方式为无线传输。
4.根据权利要求1所述的播种机监控系统，其特征在于，所述无线传输为Zigbee无线网络传输。
5.根据权利要求1所述的播种机监控系统，其特征在于，所述采样周期T为0.02秒。
6.一种播种机监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：驱动电机理论转速决策模块(13)将第u次采样时刻定位信号接收器输入的地理位置信号通过查表法转换为第u次采样时刻所在区域的理论播量Q，即；Q＝f(Nu,Eu)，式中：Nu为第u次采样时刻播种机的北纬坐标，Eu为第u次采样时刻播种机东经坐标；
S02：所述机组速度融合模块(11)将输入的第u次采样的播种机驱动轮转速nu和第u次采样的播种机加转速au通过速度融合算法转换为第u次采样的播种机速度vu，具体为：
<mrow> <msub> <mi>v</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>T</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>|</mo> <mo>&amp;le;</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>T</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&lt;</mo> <mo>|</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>D</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>T</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>u</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中：
nu为第u次采样的播种机驱动轮转速，转/min；
nu-1为第u-1次采样的播种机驱动轮转速，转/min；当u＝1时，n0＝0；
D为播种机驱动轮直径，m；
au为第u次采样的播种机加转速，m/s2；
vu-1为第u-1次采样的播种机速度，m/s；当u＝1时，v0＝0；
u为当前采样次数，1≤u≤m，m为总采样次数；采样周期T为第u次采样次数和第u-1次采样次数的时间间隔，且T为常数；
S03：若干所述流量传感器用于测量第u次采样时刻播种机各个排种口的流量，并且输入到排种流量监测模块(12)，通过排种流量监测模块(12)转换为第u次采样时刻的总播量qu；
S04：将第u次采样时刻所在区域的理论播量Q、第u次采样时刻的总播量qu和第u次采样的播种机速度vu作为驱动电机理论转速决策模块(13)的输入，通过驱动电机转速算法输出驱动电机理论转速即：
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式中：
Q为所在区域的理论播量，kg；
qu为第u次采样的总播量，kg；
vu为第u次采样的播种机速度，m/s；
A为播种机作业幅宽，m；
q为单行排种轴每转理论播量，kg；
N为播种机行数，行；
r为排种轴驱动电机与排种轴之间的传动比；
S05：将驱动电机理论转速和编码器(4)反馈的实际转速输入转速偏差推理模块(14)，通过差门运算得出转速偏差eu，即
S06：将转速偏差eu输入控制参数整定模块(15)，通过模糊神经网络推算，输出第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数和第u次采样的微分系数具体为，
<mrow> <msubsup> <mi>K</mi> <mi>u</mi> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi> </munderover> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;theta;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>k</mi> </mrow> <mi>p</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;Delta;e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>m</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>k</mi> </munderover> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <mi>m</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <msub> <mi>&amp;Delta;e</mi> <mi>u</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msub> <msup> <mi>m</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>j</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <msup> <msub> <mrow></mrow> <mi>k</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </msup> </mrow> </mfrac> </mrow>
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其中，式中：
eu为第u次采样的转速偏差；
Δeu为相邻两采样周期的转速偏差变化量，即Δeu＝eu-eu-1，且e0为初始值，e0＝0；
mj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集的均值；j为转速偏差eu对应的模糊子集个数，优选取值区间为{j∈N|5≤j≤11}；
m'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集的均值；k为转速偏差变化量Δeu对应的模糊子集的个数，优选取值区间为{k∈N|5≤k≤11}；
δj为转速偏差eu对应的第j个模糊子集标准差；
δ'k为转速偏差变化量Δeu对应的第k个模糊子集标准差；
为修正比例参数的权值系数；
为修正积分参数的权值系数；
为修正微分参数的权值系数；
S07：将第u次采样的比例系数第u次采样的积分系数第u次采样的微分系数和第u次采样的转速偏差eu输入所述排种轴转速调整模块(16)，通过增量式PID算法转换为调节转速输出，具体为：
S08：通过排种轴转速控制模块(17)将输入的调节转速转换为脉冲频率Pu输出；驱动电机控制器(2)通过频率为Pu的脉冲信号控制驱动电机(3)的转速；所述编码器(4)将实际转速反馈输出到转速偏差推理模块(14)；
S09：若u＜m时，则进入下一采样周期u＝u+1，循环执行S1至S8步骤；若u＝m时或工控机(1)接收到停止命令，播种机停止播种作业。
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