CN109937685A - 一种联合收获机割台作业参数的控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合收获机割台作业参数的控制装置及其控制方法，属于农业收获机械自动化领域，包括：前进速度监测模块，收集机器速度信息并传送给控制模块；作物状态监测模块，获取作物光学图像，提取株高、密度、留茬以及倒伏程度信息并传送给控制模块；控制模块根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速、根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮位置、根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率、根据留茬高度控制割台高度；人机交互模块，实时显示监测数据，具备手动自动切换功能，并通过按键控制割台作业参数。本装置对割台系统作业参数的手动按键控制和智能化自动调节，更好地发挥联合收获机的性能，提高了收获作业的智能化水平和效率。

Description

一种联合收获机割台作业参数的控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于农业收获机械自动化领域，具体地说，涉及了一种联合收获机割台作业参数的控制装置及其控制方法。

背景技术

联合收获机是一种机器，是机电液一体化技术在农业收获中的应用。智能控制是应用人工智能理论与技术，使用运筹学优化方法，结合控制理论方法与技术，在未知环境下，效仿人的智能，实现对系统的控制。联合收获机智能控制包括对小麦、水稻、玉米、油菜等作物收获作业的智能控制。

在联合收获作业过程中，机手在操控过程中主要观察割台前方作物的长势，判断作物的株高、疏密程度和倒伏程度，再凭借经验调节割台作业参数；因此，人工操控的效果不仅取决于机手经验的多少，还受机手精神集中程度的影响。田间收获作业时间长，作物品种和特性复杂，地况不平，天气多变，人工操控的精度和可靠性很难保证，不利于联合收获机针对不同作物和不同环境的广泛使用。

发明内容

联合收获机区域作业环境复杂，各地块作物长势不尽相同，且机器操纵杆档位繁多，机手需要根据实际情况调整操纵杆，很大程度上依赖机手的感官和经验。本发明的目的为提供一种联合收获机割台作业参数的控制装置及其控制方法，实时监测作物状态，实现对割台系统作业参数的手动按键控制和智能化自动调节，大大提升了联合收获机的智能化水平和收获效率。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种联合收获机割台作业参数的控制装置包括：

前进速度监测模块，通过支架固定于联合收获机主体中部偏下位置，收集机器行进过程中的速度信息并将信号传送给控制模块；

作物状态监测模块，通过支架固定于割台系统两侧挡板和驾驶室前端顶部，用于获取机器前进过程中作物的光学图像，提取株高、密度、留茬以及倒伏程度信息，并将数据传送给控制模块；

控制模块包括拨禾轮转速控制模块、拨禾轮位置控制模块、切割器速度控制模块和割台高度控制模块，安装在驾驶室顶部。其中，拨禾轮转速控制模块，根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速；拨禾轮位置控制模块，根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置；切割器速度控制模块，根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率；割台高度控制模块，根据留茬高度控制割台高度。

人机交互模块，包括按键式操控台和触摸屏，安装在驾驶室内部，实时显示监测数据，具备手动自动切换功能，并能通过按键方便地控制割台作业参数。

上述技术方案中，将装置集成在联合收获机机体上，利用作物状态监测模块监测当前收获作物状态，利用人机交互模块选择手动或者自动控制，利用控制模块自动控制拨禾轮转速、拨禾轮位置、切割器速度和割台高度，该装置大大提升了联合收获机智能化水平，减小了操控强度，提高了生产效率。

具体的方案为前进速度监测模块安装在联合收获机主体中部偏下位置，面对履带轮，履带轮上沿圆周方向贴有均匀的n个磁钢，履带轮每旋转一周发送n个信号，前进速度监测模块根据单位时间获取的信号数量计算当前的前进速度。

另一个具体的方案为作物状态监测模块包括用于测量作物株高和留茬高度的光学摄像头和用于测量作物密度和倒伏程度的光学摄像头；前者朝向前方并向下偏一定的角度，视野中包含地面刚刚割完的留茬和前方即将收割的作物，共两个摄像头，安装于割台两侧；后者安装于驾驶室前端顶部，居高临下俯视割台前方作物疏密程度和倒伏程度。

另一个具体的方案为控制模块置于防尘防水防震外罩内，固定在驾驶室顶部的外侧；外罩内部集成电源转换模块，电源转换模块的一端与机器自带的可充电电源相连取电，另外的端口为控制模块和各监测模块相连供电；电源总开关位于取电电路干路上，固定在外罩下侧，机手走出驾驶室向上伸手即可按下。

另一个具体的方案为人机交互模块的按键式操控台、触摸屏与控制模块相连，按键式操控台上集成有手动自动切换、割台升降、切割器频率快慢、拨禾轮前后、拨禾轮上下和拨禾轮转速快慢共六组功能按键，触摸屏上显示机器当前行进速度，作物状态监测区域中以3D动画形式显示当前收获作物的株高、疏密程度、倒伏程度和实时收割后的留茬高度，控制状态监控区域中以3D动画形式显示当前割台高度、切割器频率、拨禾轮位置和转速的控制目标值。

进一步具体的方案为当切换到手动时，按键式操控台的功能按键被激活，通过按键控制割台系统作业参数；当切换到自动时，按键式操控台的功能按键被屏蔽，通过触摸屏上的反馈数据获得自动控制状态下机器的工况；

进一步具体的方案为触摸屏周期显示监测值，显示周期在触屏上选择。

为了实现上述另一目的，本发明提供的联合收获机割台作业参数的控制方法包括以下步骤：

(1)开机，获取机器当前前进速度，将速度值传送给控制模块，并在触摸屏上显示；

(2)机手在按键式操控台上按下自动控制键，按键式操控台的手动功能被屏蔽，机手通过触摸屏上的反馈数据获得自动控制状态下机器的工况；

(3)驾驶室前端顶部的摄像头获取机器行走时拨禾轮正前方作物的图像，对该图像进行处理，得到当前作物的疏密程度值和倒伏程度值；

(4)割台两侧挡板上的摄像头获取机器行走时即将收割的作物图像和刚刚割完的留茬图像，计算株高和留茬高度。

(5)根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速；根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置；根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率；根据留茬高度控制割台高度。

(6)触摸屏的作物状态监测区域中以3D动画形式显示当前收获作物的株高、疏密程度、倒伏程度和实时收割后的留茬高度，控制状态监控区域中以3D动画形式显示当前割台高度、切割器频率、拨禾轮位置和转速的控制目标值。

以上割台参数控制方法基于联合收获机实现，装置的安装固定方法不再赘述。

具体的方案步骤(1)包括：

利用单位时间内前进速度监测模块传感器产生的脉冲信号进行计数，根据计数值计算机器当前前进速度；

另一个具体的方案，步骤(3)包括：

1)采用HSL颜色空间最小穂头连通域局部阈值分割法，针对穂头像素大小设定固定阈值，将彩色图片转化为二值图，再进行去噪、补洞、开闭运算等处理，获得割台前方作物ROI特征图；

2)提取ROI特征图中所有连通域特征值，包括紧致因子、海伍德圆度因子、延伸因子、类别因子，人工对照原图识别并标记所有联通域中的穂头颗粒群，将特征数据和人工识别数据写入电子表格，形成训练数据集；

3)采用C4.5决策树算法对训练数据集进行机器学习，形成树形决策模型并使用十折交叉验证法评估模型的精度、查全率和查准率；

4)利用树形决策模型自动识别穂头数量n，同时分析该幅图像对应的田间实际面积A，计算穂头当前作物疏密程度值ρ＝n/A。

采用分水岭算法获取图像中的倒伏边界，提取出边界内的实际倒伏面积，计算倒伏面积和图像实际面积的比值，即为当前作物的倒伏程度值。

另一个具体的方案，步骤(4)包括：

使用与摄像头固连的光源校准实际株高和留茬尺寸，内置光源发射水平光束照射前方作物，形成圆形光斑，摄像头捕获带有光斑的作物图像。

株高计算方法如下式：

其中，h₁为株高；H为内置光源相对于联合收获机履带底部的安装位置；ε为泥脚深度；n为图像中作物底部到光斑中心的像素数量；m为图像中作物顶部到光斑中心的像素数量。

留茬高度计算方法如下式：

其中，h₂为留茬高度；k为图像中留茬高度的像素数量；c为修正系数。

另一个具体的方案，步骤(5)包括：

对拨禾轮转速进行自动控制：

分析拨禾轮运动过程，有如下所示运动学方程：

式中，X为拨禾轮水平位移(m)，Y为高度位移(m)，后文中将Y视为常量时用L表示，V_m为收获机作业速度(m/s)，t为运动时间(s)，R_b为拨禾轮半径(m)，ω为拨禾轮角速度(rad/s)，H为拨禾轮相对割刀垂直距离(m)，h为割台(留茬)高度(m)。

为了减小拨禾轮拨齿对作物的打击力度，拨齿进入作物茎杆的水平分速度尽可能小，理想状态下应为0(即式中拨禾轮水平位移X方程等号两边对时间t求导后得解得

又，速比λ、拨禾轮转速V_b和收获机前进速度V_m的关系如下：

即：

联立(1)、(2)、(3)式，解得

上式即为通过轮速比确定的拨禾轮转速目标数学模型，即为所述速比模型，其中n_b表示拨禾轮转速。

结合所述速比模型，利用模糊PID对拨禾轮转速进行控制，步骤如下：

第一，确定输入输出变量。拨禾轮转速监测传感器获取实时的拨禾轮转速信号，把当前的行进速度、拨禾轮高度、割台高度监测值代入速比模型计算得到拨禾轮转速目标值，计算出转速偏差e及其变化速度ec，将转速误差e和偏差变化率ec作为输入语言变量，模糊PID控制器的三个参数K_p、K_i、K_d为输出语言变量。

第二，确定输入输出变量模糊化与隶属度函数。将转速偏差e和偏差变化率ec的模糊化量化域大小表示为{-3、-2、-1、0、1、2、3}，控制器调节过程的三个参数K_p、K_i、K_d的模糊化量化域大小表示为{-3、-2、-1、0、1、2、3}，语言变量的模糊子集表示为{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，输入输出的隶属函数采用三角形函数。

第三，建立模糊控制规则表。根据模糊控制理论和实际操作经验将设定好的规则语言在MATLAB软件中离线编辑，存储到控制单元的数据模块中。

第四，模糊推理与解模糊化。控制器根据转速偏差e和偏差变化率ec查找模糊控制规则表，获得模糊PID控制三个调节参数K_p、K_i、K_d的模糊值。

第五，反模糊化。将控制量由模糊量变为精确量，算法如下：

式中，T为系统采样时间，K_p、K_i、K_d为模糊PID控制器的比例、积分、微分调节系数，其线性组合构成对控制量的输出，从而实现拨禾轮转速自动控制。

同样地，将作物株高和倒伏程度作为模糊PID控制器的输入，将其转换为拨禾轮电动推杆的模拟电压值输出，电动推杆推动相应的距离，从而控制拨禾轮上下和前后位置。

将机器前进速度和作物疏密程度作为模糊PID控制器的输入，将其转换为切割器液压马达的模拟电压值输出，液压马达相应改变旋转速度，从而控制切割器频率。

将当前留茬高度和留茬设定值进行比对，计算割台当前需要调节的目标值，作为模糊PID控制器的输入，将其转换为割台液压调高平台的模拟电压值输出，从而控制割台高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明装置能够根据作物属性、机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速、根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置、根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率、根据留茬高度控制割台高度，实现联合收获机的高精度、智能化控制。

(2)加快了联合收获机产品的智能化应用进程，只需设置留茬高度和前进速度，即可针对不同地域不同品种的作物进行割台多作业参数的自动化调节，并且控制效果非常精准。采用按键对割台工作部件进行电控调节，相比传统的机械式操纵杆，大大降低了作业人员的劳动负荷。

(3)作业人员无需停机检查部件工作情况，显示装置能够实时显示作物状态和割台系统作业参数调控情况，提高了作业人员的操控安全水平。

附图说明

图1是联合收获机割台作业参数的控制装置布局示意图；

图2是本发明控制方法的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1为本发明联合收获机割台作业参数智能控制装置布局示意图；本发明的联合收获机割台作业参数智能控制装置包括：前进速度监测模块、作物状态监测模块、控制模块；所述前进速度监测模块采集收获机行进速度信息并传送给控制模块；所述作物状态监测模块获取作物图像，提取株高、密度、留茬以及倒伏程度信息，并将数据信息传送给控制模块；所述控制模块根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速、根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置、根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率、根据留茬高度控制割台高度。其中，A表示测量作物密度和倒伏程度的光学摄像头，B表示控制模块，C表示测量作物株高和留茬高度的光学摄像头，D表示前进速度监测模块。

进一步，本发明的智能控制装置还包括人机交互模块，人机交互模块包括按键式操控台和触摸屏，实时显示监测数据，通过按键控制割台作业参数。

进一步，所述人机交互模块的按键式操控台、触摸屏与控制模块相连，按键式操控台上集成有手动/自动切换、割台升降、切割器频率快慢、拨禾轮前后、拨禾轮上下和拨禾轮转速快慢共六组功能按键，触摸屏上显示机器当前行进速度，作物状态监测区域中以3D动画形式显示当前收获作物的株高、疏密程度、倒伏程度和实时收割后的留茬高度，控制状态监控区域中以3D动画形式显示当前割台高度、切割器频率、拨禾轮位置和转速的控制目标值。

进一步，当按键式操控台上的按键切换到手动时，按键式操控台的功能按键被激活，机手通过按键控制割台系统作业参数；当切换到自动时，按键式操控台的功能按键被屏蔽，机手通过触摸屏上的反馈数据获得自动控制状态下机器的工况；

所述触摸屏周期性显示监测值，显示周期能够在触屏上选择。

进一步，所述前进速度监测模块安装在联合收获机主体中部偏下位置，面对履带轮，履带轮上沿圆周方向贴有均匀的n个磁钢，履带轮每旋转一周发送n个信号，前进速度监测模块根据单位时间获取的信号数量计算当前的前进速度。

进一步，所述作物状态监测模块包含第一光学摄像头单元和第二光学摄像头单元；所述第一光学摄像头单元用于测量作物株高和留茬高度，安装于割台两侧；所述第二光学摄像头单元用于测量作物密度和倒伏程度，安装于驾驶室前端顶部。

进一步，所述控制模块置于防尘防水防震外罩内；外罩内部集成电源转换模块，一端与机器自带的可充电电源相连取电，另外的端口为控制模块和各监测模块相连供电。

图2所示为本发明控制装置的控制方法示意图，本发明控制方法包括如下步骤：

(1)开机，获取机器当前前进速度，将速度值通过数据采集卡传送给控制模块，并在触摸屏上显示；

(2)在按键式操控台上按下自动控制键，按键式操控台的手动功能被屏蔽，通过触摸屏上的反馈数据获得自动控制状态下机器的工况；

(3)驾驶室前端顶部的摄像头(即为工业相机)获取机器行走时拨禾轮正前方作物的图像，对该图像进行处理，得到当前作物的疏密程度值和倒伏程度值；

(4)割台两侧挡板上的摄像头获取机器行走时即将收割的作物图像和刚刚割完的留茬图像，计算株高和留茬高度。

(5)根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速；根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置；根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率；根据留茬高度控制割台高度。

(6)触摸屏的作物状态监测区域中以3D动画形式显示当前收获作物的株高、疏密程度、倒伏程度和实时收割后的留茬高度，控制状态监控区域中以3D动画形式显示当前割台高度、切割器频率、拨禾轮位置和转速的控制目标值。

以上割台参数控制方法基于联合收获机实现，装置的安装固定方法不再赘述。

具体的方案步骤(1)包括：

利用单位时间内前进速度监测模块传感器产生的脉冲信号进行计数，根据计数值计算机器当前前进速度；

另一个具体的方案步骤(3)包括：

1)采用HSL颜色空间最小穂头连通域局部阈值分割法，针对穂头像素大小设定固定阈值，将彩色图片转化为二值图，再进行去噪、补洞、开闭运算等处理，获得割台前方作物ROI特征图；

2)提取ROI特征图中所有连通域特征值，包括紧致因子、海伍德圆度因子、延伸因子、类别因子，人工对照原图识别并标记所有联通域中的穂头颗粒群，将特征数据和人工识别数据写入电子表格，形成训练数据集；

3)采用C4.5决策树算法对训练数据集进行机器学习，形成树形决策模型并使用十折交叉验证法评估模型的精度、查全率和查准率；

4)利用树形决策模型自动识别穂头数量n，同时分析该幅图像对应的田间实际面积A，计算穂头当前作物疏密程度值ρ＝n/A。

采用分水岭算法获取图像中的倒伏边界，提取出边界内的实际倒伏面积，计算倒伏面积和图像实际面积的比值，即为当前作物的倒伏程度值。

另一个具体的方案步骤(5)包括：

对拨禾轮转速进行自动控制：

分析拨禾轮运动过程，有如下所示运动学方程：

式中，X为拨禾轮水平位移(m)，Y为高度位移(m)，后文中将Y视为常量时用L表示，V_m为收获机作业速度(m/s)，t为运动时间(s)，R_b为拨禾轮半径(m)，ω为拨禾轮角速度(rad/s)，H为拨禾轮相对割刀垂直距离(m)，h为割台(留茬)高度(m)。

为了减小拨禾轮拨齿对作物的打击力度，拨齿进入作物茎杆的水平分速度尽可能小，理想状态下应为0(即式中拨禾轮水平位移X方程等号两边对时间t求导后得解得

又，速比λ、拨禾轮转速V_b和收获机前进速度V_m的关系如下：

即：

联立(1)、(2)、(3)式，解得

上式即为通过轮速比确定的拨禾轮转速目标数学模型，即为所述速比模型。

结合所述速比模型，利用模糊PID对拨禾轮转速进行控制，步骤如下：

第一，确定输入输出变量。拨禾轮转速监测传感器获取实时的拨禾轮转速信号，把当前的行进速度、拨禾轮高度、割台高度监测值代入速比模型计算得到拨禾轮转速目标值，计算出转速偏差e及其变化速度ec，将转速误差e和偏差变化率ec作为输入语言变量，模糊PID控制器的三个参数K_p、K_i、K_d为输出语言变量。

第二，确定输入输出变量模糊化与隶属度函数。将转速偏差e和偏差变化率ec的模糊化量化域大小表示为{-3、-2、-1、0、1、2、3}，控制器调节过程的三个参数K_p、K_i、K_d的模糊化量化域大小表示为{-3、-2、-1、0、1、2、3}，语言变量的模糊子集表示为{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，输入输出的隶属函数采用三角形函数。

第三，建立模糊控制规则表。根据模糊控制理论和实际操作经验将设定好的规则语言在MATLAB软件中离线编辑，存储到控制单元的数据模块中。

第四，模糊推理与解模糊化。控制器根据转速偏差e和偏差变化率ec查找模糊控制规则表，获得模糊PID控制三个调节参数K_p、K_i、K_d的模糊值。

第五，反模糊化。将控制量由模糊量变为精确量，算法如下：

式中，T为系统采样时间，K_p、K_i、K_d为模糊PID控制器的比例、积分、微分调节系数，其线性组合构成对控制量的输出，从而实现拨禾轮转速自动控制。

同样地，将作物株高和倒伏程度作为模糊PID控制器的输入，将其转换为拨禾轮电动推杆的模拟电压值输出，电动推杆推动相应的距离，从而控制拨禾轮上下和前后位置。

将机器前进速度和作物疏密程度作为模糊PID控制器的输入，将其转换为切割器液压马达的模拟电压值输出，液压马达相应改变旋转速度，从而控制切割器频率。

将当前留茬高度和留茬设定值进行比对，计算割台当前需要调节的目标值，作为模糊PID控制器的输入，将其转换为割台液压调高平台的模拟电压值输出，从而控制割台高度。

本发明实施例

实施例1：拨禾轮转速和切割器频率调节实施例。

拨禾轮和切割器分别与各自的液压马达通过传动链相连，液压马达通过比例阀与液压泵相连，控制模块输出模拟信号控制比例阀，从而控制液压马达的转速，最终实现拨禾轮转速和切割器频率的调节。

实施例2：割台高度调节实施例。

割台与液压缸相连，液压缸通过流量控制阀和方向控制阀与液压泵相连，流量控制阀控制液压缸运动的速度，方向控制阀控制液压缸运动的方向，控制模块输出信号控制流量控制阀和方向控制阀，从而控制液压缸的运动，最终实现割台高度的调节。

实施例3：拨禾轮位置调节实例。

两组电动推杆，每一组左右各一个电动推杆；一组竖直固定于割台机架上，一端和拨禾轮支撑架相连；另一组平行固定于拨禾轮支撑架；每一个电动推杆接收控制模块的模拟信号，推动拨禾轮上下前后运动，最终实现拨禾轮位置的调节。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (14)

1.一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，包括：前进速度监测模块、作物状态监测模块、控制模块；其中：

所述前进速度监测模块，用于采集收获机的行进速度信息并传送给控制模块；

所述作物状态监测模块，用于获取作物图像，提取株高、和/或密度、和/或留茬、和/或倒伏程度信息，并将数据信息传送给控制模块；

所述控制模块，用于根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速、根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置、根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率、根据留茬高度控制割台高度。

2.根据权利要求1所述的一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，还包括：

人机交互模块，用于展示监测数据，以及接收通过输入的按键控制割台作业参数。

3.根据权利要求2所述的一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，所述人机交互模块包含按键式操控台和触摸屏；

所述按键式操控台、触摸屏与控制模块相连，按键式操控台上集成有功能按键，所述功能按键包含手动/自动切换、割台升降、切割器频率快慢、拨禾轮前后、拨禾轮上下和拨禾轮转速快慢中的至少一种，

所述触摸屏用于显示机器当前行进速度，以及作物状态监测区域中以3D动画形式显示当前收获作物的株高、疏密程度、倒伏程度和实时收割后的留茬高度，控制状态监控区域中以3D动画形式显示当前割台高度、切割器频率、拨禾轮位置和转速的控制目标值。

4.根据权利要求3所述的一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，所述按键式操控台包含手动/自动切换的功能按键；

当按键式操控台上的按键切换到手动时，按键式操控台的功能按键被激活，通过按键控制割台系统作业参数；当切换到自动时，按键式操控台的功能按键被屏蔽，通过触摸屏上的反馈数据获得自动控制状态下机器的工况；

其中，所述触摸屏周期性显示监测值，显示周期能够在触屏上选择。

5.根据权利要求1所述的一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，所述前进速度监测模块安装在联合收获机主体中部偏下位置，面对履带轮，履带轮上沿圆周方向贴有均匀的n个磁钢，履带轮每旋转一周发送n个信号，前进速度监测模块根据单位时间获取的信号数量计算所述收获机当前的前进速度。

6.根据权利要求1所述的一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，所述作物状态监测模块包含第一光学摄像头单元和第二光学摄像头单元；所述第一光学摄像头单元安装于割台两侧，用于测量作物株高和留茬高度；所述第二光学摄像头单元安装于驾驶室前端顶部，用于测量作物密度和倒伏程度。

7.根据权利要求1所述的一种联合收获机割台作业参数的控制装置，其特征在于，所述控制模块置于防尘防水防震外罩内；外罩内部集成电源转换模块，电源转换模块的一端与联合收获机自带的可充电电源相连取电，另外的端口为控制模块和各监测模块相连供电。

8.一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，包括如下：

步骤1获取机器前进速度，将速度值传送给控制模块；

步骤2第二摄像头单元获取机器行走时拨禾轮正前方作物的图像，对该图像进行处理，得到当前作物的疏密程度值和倒伏程度值；

步骤3第一摄像头单元获取机器行走时即将收割的作物图像和刚刚割完的留茬图像，计算株高和留茬高度；

步骤4根据机器前进速度和速比模型控制拨禾轮转速；根据作物株高和倒伏程度控制拨禾轮上下和前后位置；根据机器前进速度和作物疏密程度控制切割频率；根据留茬高度控制割台高度。

9.根据权利要求8所述的一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，还包括：在按键式操控台上按下自动/手动控制键，通过触摸屏的反馈数据获得控制状态下机器的工况；

触摸屏的作物状态监测区域中以3D动画形式显示当前收获作物的株高、疏密程度、倒伏程度和实时收割后的留茬高度，控制状态监控区域中以3D动画形式显示当前割台高度、切割器频率、拨禾轮位置和转速的控制目标值。

10.根据权利要求8所述的一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，步骤2的具体过程包括：

步骤2.1，采用HSL颜色空间最小穂头连通域局部阈值分割法，针对穂头像素大小设定固定阈值，将彩色图片转化为二值图，再进行去噪、补洞、开闭运算处理，获得割台前方作物ROI特征图；

步骤2.2，提取ROI特征图中所有连通域特征值，包括紧致因子、海伍德圆度因子、延伸因子、类别因子，人工对照原图识别并标记所有联通域中的穂头颗粒群，将特征数据和人工识别数据写入电子表格，形成训练数据集；

步骤2.3，采用C4.5决策树算法对训练数据集进行机器学习，形成树形决策模型并使用十折交叉验证法评估模型的精度、查全率和查准率；

步骤2.4，利用树形决策模型自动识别穂头数量n，同时分析该幅图像对应的田间实际面积A，计算穂头当前作物疏密程度值ρ＝n/A；

采用分水岭算法获取图像中的倒伏边界，提取出边界内的实际倒伏面积，计算倒伏面积和图像实际面积的比值，该比值为当前作物的倒伏程度值。

11.根据权利要求8所述的一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现包括：

使用与摄像头固连的光源校准实际株高和留茬尺寸，内置光源发射水平光束照射前方作物，形成圆形光斑，摄像头捕获带有光斑的作物图像；

株高计算方法如下式：

其中，h₁为株高；H为内置光源相对于联合收获机履带底部的安装位置；ε为泥脚深度；n为图像中作物底部到光斑中心的像素数量；m为图像中作物顶部到光斑中心的像素数量；

留茬高度计算方法如下式：

其中，h₂为留茬；k为图像中留茬高度的像素数量；c为修正系数。

12.根据权利要求8所述的一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现包括：

利用模糊PID控制算法对拨禾轮转速进行控制，步骤如下：

计算拨禾轮转速目标值，计算出转速偏差e及其变化速度ec，将转速误差e和偏差变化率ec作为输入语言变量，模糊PID控制器的三个参数K_p、K_i、K_d为输出语言变量；

将转速偏差e和偏差变化率ec的模糊化量化域大小表示为{-3、-2、-1、0、1、2、3}，控制器调节过程的三个参数K_p、K_i、K_d的模糊化量化域大小表示为{-3、-2、-1、0、1、2、3}，语言变量的模糊子集表示为{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}分别表示负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，输入输出的隶属函数采用三角形函数；

根据模糊控制理论和实际操作经验将设定好的规则语言离线编辑，并存储；

控制器根据转速偏差e和偏差变化率ec查找模糊控制规则表，获得模糊PID控制三个调节参数K_p、K_i、K_d的模糊值；

将控制量由模糊量变为精确量，算法如下：

式中，T为系统采样时间，K_p、K_i、K_d为模糊PID控制器的比例、积分、微分调节系数，其线性组合构成对控制量的输出，实现拨禾轮转速自动控制。

13.根据权利要求12所述的一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，所述计算拨禾轮转速目标值是利用速比模型计算得到，所述速比模型的建模方法如下：

建立拨禾轮运动学方程：

式中，X为拨禾轮水平位移，Y为高度位移，将Y视为常量时用L表示，V_m为收获机作业速度，t为运动时间，R_b为拨禾轮半径，ω为拨禾轮角速度，H为拨禾轮相对割刀垂直距离，h为割台高度；

将上式中拨禾轮水平位移X方程等号两边对时间t求导后得：

根据速比λ、拨禾轮转速V_b和收获机前进速度V_m的如下关系：

即：

联合上述表达式求得

得到速比模型。

14.根据权利要求12所述的一种联合收获机割台作业参数的控制方法，其特征在于，所述模糊PID控制算法还用于控制拨禾轮上下和前后位置、切割频率、割台高度；具体：

将作物株高和倒伏程度作为模糊PID控制器的输入，将其转换为拨禾轮电动推杆的模拟电压值输出，电动推杆推动相应的距离，控制拨禾轮上下和前后位置；

将机器前进速度和作物疏密程度作为模糊PID控制器的输入，将其转换为切割器液压马达的模拟电压值输出，液压马达相应改变旋转速度，控制切割器频率；

将当前留茬高度和留茬设定值进行比对，计算割台当前需要调节的目标值，作为模糊PID控制器的输入，将其转换为割台液压调高平台的模拟电压值输出，控制割台高度。