CN115413450A - 一种谷物条播机及其播种深度控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种谷物条播机及其播种深度控制装置及方法，该谷物条播机包括播种深度控制装置，该播种深度控制装置包括：播种深度控制器；数据采集模块，与该播种深度控制器连接；挡土板角度调节机构，分别与该播种深度控制器和谷物条播机的挡土板连接；种床高度传感器和覆土层高度传感器，均与该数据采集模块连接；及挡土板角度传感器，安装在该挡土板与机架连接点的轴心处；其中，根据种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值，通过模糊自适应PID控制算法获得挡土板目标控制量，通过该挡土板角度调节机构调整该挡土板角度，控制该播种深度反馈值稳定于预设的该播种深度目标值。本发明还提供了相应的播种深度控制方法。

Description

一种谷物条播机及其播种深度控制装置及方法
技术领域
本发明涉及农业机械技术，特别是一种用于条播作业的谷物条播机及其播种深度控制装置及方法。
背景技术
播种作为农作物全程机械化生产的重要环节之一，其作业效果对农作物的产量起着决定性的作用。播种深度对种子出苗及出苗后的生长都有较大的影响，主要表现在对种子的出苗率、出苗时间一致性、千粒重等方面。一般在土壤墒情适宜的条件下，适期播种，播种深度一般以3-5厘米为宜；如果是底墒充足、地力较差和播种偏晚的地块，播种深度以3厘米左右为宜；而墒情较差、地力较肥的地块以4-5厘米为宜。播种深度一致性要求对不同的地块因地制宜地采取适宜的播种深度并在播种作业过程中保证播种深度不随地面起伏和土壤含水率差异而发生变化。现有的谷物条播机大多采取作业前调节限深轮的方式对播种深度进行调节，在复杂的田间环境复杂的条件下无法实现在作业过程中对播种深度进行自动调节，难以保证播种深度的一致性。因此，如何实现谷物条播机播种深度的自适应调节为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种谷物条播机及其播种深度控制装置及方法，以解决现有谷物条播机播种深度调节自动化水平低，缺乏播种深度的实时反馈和主动调节等问题，满足在大田复杂作业环境下对条播作物播种深度的自适应精确调节的农艺需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种播种深度控制装置，其中，安装在谷物条播机上，所述播种深度控制装置包括：
播种深度控制器；
数据采集模块，与所述播种深度控制器连接；
挡土板角度调节机构，安装在所述谷物条播机的机架上，并分别与所述播种深度控制器和谷物条播机的挡土板连接；
种床高度传感器，设置于所述谷物条播机的播前镇压轮的支撑臂上方并与所述数据采集模块连接，用于检测种床高度值发送至所述数据采集模块；
覆土层高度传感器，设置于所述谷物条播机的播后镇压轮的支撑臂上方并与所述数据采集模块连接，用于检测覆土层高度值发送至所述数据采集模块；以及
挡土板角度传感器，设置在所述挡土板与机架连接点的轴心处，用于检测挡土板角度变化量并发送至所述数据采集模块；
其中，所述播种深度控制器根据所述数据采集模块将获得的所述种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值，播种深度控制器对比所述播种深度反馈值与预设的播种深度目标值，通过模糊自适应PID控制算法获得挡土板目标控制量，并将所述挡土板目标控制量发送所述挡土板角度调节机构，通过所述挡土板角度调节机构调整所述挡土板角度，控制所述播种深度反馈值稳定于预设的所述播种深度目标值。
上述的播种深度控制装置，其中，所述挡土板角度调节机构包括底座、电推杆驱动器和电动推杆，所述底座与所述机架连接，所述电推杆驱动器与所述电动推杆连接，所述电动推杆的一端安装在所述底座上，所述电动推杆的另一端与所述挡土板后侧连接，用于驱动所述挡土板绕所述挡土板与机架连接点的轴心转动，以调节所述挡土板角度。
上述的播种深度控制装置，其中，所述电动推杆为梯形丝杆式电动推杆，通过所述电推杆驱动器对挡土板转动角度进行精确调节，所述挡土板与垂直方向的夹角θ为：
Figure BDA0003844547970000021
其中，V为所述电动推杆的伸缩速度，所述电动推杆伸出时速度方向为正，所述电动推杆缩回时速度方向为负；t为所述电动推杆运行到目标位置所用的时间。
上述的播种深度控制装置，其中，所述种床高度传感器的信号为4-20mA的模拟量信号，量程为0-90°，通过检测所述播前镇压轮的支撑臂与地面之间的俯仰角α，转化为所述种床高度值：
h1＝L1sin[S1×(Iout1-Ioffset1)]+R1；
其中，h1为所述播前镇压轮的支撑臂回转中心距离种床表面的垂直高度，L1为所述播前镇压轮的支撑臂长度，S1为所述种床高度传感器的传感器倾角变化时对应的电流变化的比例，Iout1为所述种床高度传感器输出的电流值，Ioffset1为所述种床高度传感器零点位置输出的电流值，R1为所述播前镇压轮的半径。
上述的播种深度控制装置，其中，所述覆土层高度传感器的信号为4-20mA的模拟量信号，量程为0-90°，通过检测所述播后镇压轮的支撑臂与地面之间的俯仰角β，转化为所述覆土层高度值：
h2＝L2sin[S2×(Iout2-Ioffset2)]+R2；
其中，h2为所述播后镇压轮的支撑臂回转中心距离覆土层表面的垂直高度，L2为所述播后镇压轮的支撑臂长度，S2为所述覆土层高度传感器的传感器倾角变化时对应的电流变化的比例，Iout2为所述覆土层高度传感器输出的电流值，Ioffset2为所述覆土层高度传感器零点位置输出的电流值，R2为所述播后镇压轮的半径。
上述的播种深度控制装置，其中，所述播种深度反馈值为所述种床高度值与覆土层高度值之差：
h＝h1-h2-d＝L1sin[S1×(Iout1-Ioffset1)]-L2sin[S2×(Iout2-Ioffset2)]+R1-R2-d
其中，h为播种深度反馈值，d为所述播前镇压轮的支撑臂与所述播后镇压轮的支撑臂在机架固定位置轴心的垂直方向距离。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种谷物条播机，其中，包括：
机架；
旋耕整地装置，安装在所述机架上并设置于所述机架前部，用于细碎土壤和混合土肥并将细碎后的土壤抛向后方；
播前镇压轮，安装在所述机架上并设置于所述旋耕整地装置后方，用于镇压由所述旋耕整地装置细碎过的土壤，压制出紧实度一致的种床；
导种管，安装在所述机架上并设置于所述播前镇压轮后方，种子从所述导种管流出并落入所述种床中；
挡土板，设置于所述导种管后方，与所述机架枢接并绕枢接点转动，所述旋耕整地装置向后方抛送的土壤越过所述播前镇压轮与所述挡土板发生碰撞，经所述挡土板阻挡后下落，并覆盖到落入所述种床的种子上方，完成覆土；
播后镇压轮，安装在所述机架上设置于所述挡土板后方，用于镇压落入所述种床的覆土层，以保墒并促进出苗；以及
播种深度控制装置，为上述的播种深度控制装置。
上述的谷物条播机，其中，所述旋耕整地装置为双轴分层旋耕整地装置，包括一次旋耕刀组和二次旋耕刀组，所述一次旋耕刀组的旋转方向为正转，用于对深层土壤进行初次旋抛作业；所述二次旋耕刀组的旋转方向为反转，用于对浅层土壤进行二次旋抛作业；所述二次旋耕刀组的刀辊回旋半径和旋耕深度分别小于所述一次旋耕刀组的刀辊回旋半径和旋耕深度，所述二次旋耕刀组的转速大于所述一次旋耕刀组的转速。
上述的谷物条播机，其中，通过调节所述挡土板与垂直方向的夹角θ，以改变所述二次旋耕刀组向后抛土与所述挡土板碰撞后的运动方向，所述挡土板与垂直方向的夹角θ与播种深度成反比。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种播种深度控制方法，其中，采用上述的播种深度控制装置基于模糊自适应PID算法控制播种深度，包括如下步骤：
S100、连续采样获得种床高度值和覆土层高度值，并根据所述种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值；
S200、对比所述播种深度反馈值与预设的播种深度目标值，获得播种深度偏差e和播种深度偏差变化量ec作为播种深度控制器的输入变量，并进行模糊化处理得到对应的输入语言变量E和EC；
S300、播种深度控制器对经过模糊化处理得到的输入语言变量E和EC进行模糊推理和逆模糊化运算，通过查询模糊控制规则表获取三个输出语言变量所对应的隶属度，最终输出播种深度控制参数的修正值ΔKP、ΔKI、ΔKD，以实现PID参数的在线自动调整，确定挡土板转动角度α的目标值；以及
S400、将挡土板转动角度α的目标值发送给电推杆控制器，所述电推杆控制器根据挡土板转动角度α的目标值控制电动推杆伸缩调整挡土板角度，直至所述播种深度反馈值稳定于预设的所述播种深度目标值，完成对播种深度的调节。
本发明的技术效果在于：
本发明用于条播作业，通过对种床高度值和覆土层高度的反馈值求差运算实现对播种深度的实时反馈，利用调节挡土板角度改变覆土层厚度对播种深度进行调节，通过引入模糊自适应PID控制算法对挡土板角度实现精确调节，提高了播种深度控制的响应速度和控制精度，与现有技术中谷物条播机采用播种深度手动调节相比自动化水平更高，在高低不平的残茬地进行播种作业依然能保证播种深度一致性，有利于提高种子出苗率和提高产量。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明一实施例的谷物条播机结构示意图；
图2为本发明一实施例的播种深度控制装置结构框图；
图3为本发明一实施例的播种深度控制原理图；
图4为本发明一实施例的播种深度控制方法流程图。
其中，附图标记
1 机架
2 旋耕整地装置
21 一次旋耕刀组
22 二次旋耕刀组
3 播前镇压轮
4 播后镇压轮
5 导种管
6 挡土板
7 播种深度控制装置
71 播种深度控制器
72 挡土板角度调节机构
721 电动推杆
722 电推杆驱动器
73 数据采集模块
74 种床高度传感器
75 覆土层高度传感器
76 挡土板角度传感器
S100-S400 步骤
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
在本发明的描述中需要理解的是，术语“上”“下”“左”“右”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述本发明的结构和操作方式，而不是指示或者暗示所指的部分必须具有特定的方位、以特定的方位操作，因而不能理解为对本发明的限制。
参见图1，图1为本发明一实施例的谷物条播机结构示意图。本发明的谷物条播机，包括：机架1；旋耕整地装置2，安装在所述机架1上并设置于所述机架1前部，用于细碎土壤和混合土肥并将细碎后的土壤抛向后方；播前镇压轮3，安装在所述机架1上并设置于所述旋耕整地装置2后方，用于镇压由所述旋耕整地装置2双轴分层细碎过的土壤，压制出紧实度一致的种床；导种管5，安装在所述机架1上并设置于所述播前镇压轮3后方，种子从所述导种管5流出并落入由播前镇压轮3镇压后的所述种床中；挡土板6，设置于所述导种管5后方，与所述机架1枢接并绕枢接点转动，所述旋耕整地装置2向后方抛送的土壤越过所述播前镇压轮3与所述挡土板6发生碰撞，经所述挡土板6阻挡后下落，并覆盖到落入所述种床的种子上方，完成覆土；播后镇压轮4，安装在所述机架1上设置于所述挡土板6后方，用于镇压落入所述种床的覆土层，以保墒并促进出苗；以及播种深度控制装置7。
其中，所述旋耕整地装置2为双轴分层旋耕整地装置2，包括一次旋耕刀组21和二次旋耕刀组22，所述一次旋耕刀组21的旋转方向为正转，用于对深层土壤进行初次旋抛作业，一次旋耕刀组21的刀辊回旋半径优选为225mm，旋耕深度优选为150mm，转速优选为260r/min；所述二次旋耕刀组22的旋转方向为反转，用于对浅层土壤进行二次旋抛作业，二次旋耕刀组22的刀辊回旋半径优选为195mm，旋耕深度优选为50mm，转速优选为330r/min；所述二次旋耕刀组22的刀辊回旋半径和旋耕深度分别小于所述一次旋耕刀组21的刀辊回旋半径和旋耕深度，所述二次旋耕刀组22的转速大于所述一次旋耕刀组21的转速。通过调节所述挡土板6与垂直方向的夹角θ，以改变所述二次旋耕刀组22向后抛土与所述挡土板6碰撞后的运动方向，所述挡土板6与垂直方向的夹角θ与播种深度成反比。
因该谷物条播机其他部件的组成、结构、相互位置关系、连接关系及其功用等均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本发明的播种深度控制装置7予以详细说明。参见图2，图2为本发明一实施例的播种深度控制装置7结构框图。本发明的播种深度控制装置7，安装在谷物条播机上，所述播种深度控制装置7包括：播种深度控制器71；数据采集模块73，与所述播种深度控制器71连接；挡土板角度调节机构72，设置于挡土板6后方，安装在所述谷物条播机的机架1上，并分别与所述播种深度控制器71和谷物条播机的挡土板6连接；种床高度传感器74，设置于所述谷物条播机的播前镇压轮3的支撑臂上方并与所述数据采集模块73连接，用于检测播前镇压轮3镇压后的种床高度值发送至所述数据采集模块73；覆土层高度传感器75，设置于所述谷物条播机的播后镇压轮4的支撑臂上方并与所述数据采集模块73连接，用于检测播后镇压轮4镇压后的覆土层高度值发送至所述数据采集模块73；以及挡土板角度传感器76，设置在所述挡土板6与机架1连接点的轴心处，用于检测挡土板6角度变化量并发送至所述数据采集模块73；其中，所述播种深度控制器71根据所述数据采集模块73将获得的所述种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值，播种深度控制器71对比所述播种深度反馈值与预设的播种深度目标值，通过模糊自适应PID控制算法获得挡土板6目标控制量，并将所述挡土板6目标控制量发送所述挡土板角度调节机构72，通过所述挡土板角度调节机构72调整所述挡土板6角度，控制所述播种深度反馈值稳定于预设的所述播种深度目标值。
本实施例中，所述挡土板角度调节机构72包括底座、电推杆驱动器722和电动推杆721，所述底座与所述机架1连接，所述电推杆驱动器722与所述电动推杆721连接，所述电动推杆721的一端安装在所述底座上，所述电动推杆721的另一端与所述挡土板6后侧连接，用于驱动所述挡土板6绕所述挡土板6与机架1连接点的轴心转动，以调节所述挡土板6角度。
其中，所述电动推杆721优选为梯形丝杆式电动推杆721，推拉力优选为500KG，行程优选为500mm，通过所述电推杆驱动器722对挡土板6转动角度进行精确调节，所述挡土板6与垂直方向的夹角θ为：
Figure BDA0003844547970000081
其中，V为所述电动推杆721的伸缩速度，所述电动推杆721伸出时速度方向为正，所述电动推杆721缩回时速度方向为负；t为所述电动推杆721运行到目标位置所用的时间。
本实施例的所述种床高度传感器74的信号为4-20mA的模拟量信号，量程为0-90°，通过检测所述播前镇压轮3的支撑臂与地面之间的俯仰角α，转化为所述种床高度值：
h1＝L1 sin[S1×(Iout1-Ioffset1)]+R1；
其中，h1为所述播前镇压轮3的支撑臂回转中心距离种床表面的垂直高度(简称种床高度)，L1为所述播前镇压轮3的支撑臂长度，S1为所述种床高度传感器74的传感器倾角变化时对应的电流变化的比例，Iout1为所述种床高度传感器74输出的电流值，Ioffset1为所述种床高度传感器74零点位置输出的电流值，R1为所述播前镇压轮3的半径。
本实施例所述覆土层高度传感器75可采用与所述种床高度传感器74型号相同的传感器，其信号为4-20mA的模拟量信号，量程为0-90°，通过检测所述播后镇压轮4的支撑臂与地面之间的俯仰角β，转化为所述覆土层高度值：
h2＝L2 sin[S2×(Iout2-Ioffset2)]+R2；
其中，h2为所述播后镇压轮4的支撑臂回转中心距离覆土层表面的垂直高度(简称覆土层高度)，L2为所述播后镇压轮4的支撑臂长度，S2为所述覆土层高度传感器75的传感器倾角变化时对应的电流变化的比例，Iout2为所述覆土层高度传感器75输出的电流值，Ioffset2为所述覆土层高度传感器75零点位置输出的电流值，R2为所述播后镇压轮4的半径。
其中，所述播种深度反馈值为所述种床高度值与覆土层高度值之差：
h＝h1-h2-d＝L1 sin[S1×(Iout1-Ioffset1)]-L2 sin[S2×(Iout2-Ioffset2)]+R1-R2-d
其中，h为播种深度反馈值，d为所述播前镇压轮3的支撑臂与所述播后镇压轮4的支撑臂在机架1固定位置轴心的垂直方向距离。
参见图3，图3为本发明一实施例的播种深度控制原理图。所述播种深度控制装置7的工作原理是通过调节挡土板6与垂直方向的夹角θ，从而改变所述二次旋耕刀组22向后抛土与挡土板6的碰撞角度，从而改变所述二次旋耕刀组22向后抛土与挡土板6碰撞后的运动方向，挡土板6与垂直方向的夹角θ与播种深度成反比，θ越大，二次旋耕刀组22向后抛土覆盖种子形成的覆土层越薄，播种深度越浅，反之播种深度越深。种床高度传感器74和覆土层高度传感器75分别安装于播前镇压轮3和播后镇压轮4支撑臂，分别检测种床高度和覆土层高度，两传感器的反馈值经数据采集模块73传递给播种深度控制器71，首先对种床高度和覆土层高度进行求差，得到的值为播种深度反馈值，播种深度控制器71内部运行模糊自适应PID控制算法并根据播种深度的反馈值与预设值的偏差计算，向电推杆驱动器722输出电推杆目标控制量，电推杆驱动挡土板6转动一定角度，直至播种深度反馈值稳定于预设值，挡土板角度传感器76用于检测挡土板6转动角度，经数据采集模块73传送至播种深度控制器71。
参见图4，图4为本发明一实施例的播种深度控制方法流程图。本发明的播种深度控制方法，采用上述的播种深度控制装置7基于模糊自适应PID算法控制播种深度，包括如下步骤：
步骤S100、连续采样获得种床高度值和覆土层高度值，并根据所述种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值；
步骤S200、对比所述播种深度反馈值与预设的播种深度目标值，获得播种深度偏差e和播种深度偏差变化量ec作为播种深度控制器71的输入变量，并进行模糊化处理得到对应的输入语言变量E和EC；
步骤S300、播种深度控制器71对经过模糊化处理得到的输入语言变量E和EC进行模糊推理和逆模糊化运算，通过查询模糊控制规则表和获取三个输出语言变量ΔKP、ΔKI、ΔKD所对应的隶属度，最终输出PID控制器控制参数的修正值ΔKP、ΔKI、ΔKD，从而实现PID参数的在线自整定，确定挡土板6转动角度α的目标值；以及
步骤S400、发送挡土板6转动角度α的目标值给电推杆控制器，所述电推杆控制器根据挡土板6转动角度α的目标值控制电动推杆721伸缩一定量位移实现挡土板6转动，调整挡土板6角度，直至所述播种深度反馈值稳定于预设的所述播种深度目标值，完成对播种深度的调节。
其中，所述播种深度偏差E和播种深度偏差变化量EC的模糊子集采用三等级对称划分方法，即：
E＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
EC＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
其中，所述输出语言变量ΔKP、ΔKI、ΔKD的模糊子集划分为7档，即：
U＝{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}
所述输入语言变量E和EC和输出语言变量ΔKP、ΔKI、ΔKD的基本论域和量化论域如表1所示：
表1论域设计表
变量 基本论域 量化论域 k
E [-200，200] [-6，6] 0.03
EC [-50，50] [-6，6] 0.12
ΔK<sub>P</sub> [-0.9，0.9] [-3，3] 0.3
ΔK<sub>I</sub> [-0.06，0.06] [-3，3] 0.02
ΔK<sub>D</sub> [-1.5，1.5] [-3，3] 0.5
具体进一步，所述播种深度控制器71参数自整定公式为：
Figure BDA0003844547970000101
式中，KP′、KI′和KD′代表PID参数的预设值；ΔKP、ΔKI和ΔKD代表PID参数的修正值；KP、KI和KD代表PID参数的瞬时值。
所述播种深度控制器71在模糊推理中采用Mamdani推理法，模糊推理表达式为：
Figure BDA0003844547970000102
Figure BDA0003844547970000103
具体进一步，所述播种深度控制器71采利用重心法对模糊集合R进行解模糊过程，并得到一个清晰化数值u，关于ΔKP的清晰化公式如下所示：
Figure BDA0003844547970000104
式中：
Figure BDA0003844547970000111
——ΔKP的模糊论域；
Figure BDA0003844547970000112
——ΔKP的清晰化值；
Figure BDA0003844547970000113
——ΔKP在论域
Figure BDA0003844547970000114
上的模糊集合μR的隶属度函数。
其中，所述输出语言变量ΔKP、ΔKI和ΔKD的模糊规则如表2-4所示：
表2ΔKP模糊规则表
ec
ΔK<sub>P</sub> NB NM NS ZO PS PM PB
NB PB PB PM PM PS ZO ZO
NM PB PB PM PS PS ZO NS
NS PM PM PM PS ZO NS NS
e ZO PM PM PS ZO NS NM NM
PS PS PS ZO NS NS NM NM
PM PS ZO NS NM NM NM NB
PB ZO ZO NM NM NM NB NB
表3ΔKI模糊规则表
ec
ΔK<sub>I</sub> NB NM NS ZO PS PM PB
NB NB NB NM NM NS ZO ZO
NM NB NB NM NS NS ZO ZO
NS NB NM NS NS ZO PS PS
e ZO NM NM NS ZO PS PM PM
PS NM NS ZO PS PS PM PB
PM ZO ZO PS PS PM PB PB
PB ZO ZO PS PM PM PB PB
表4ΔKD模糊规则表
Figure BDA0003844547970000115
Figure BDA0003844547970000121
本发明通过对种床高度值和覆土层高度的反馈值求差运算的方式实现了对播种深度的实时反馈，利用调节挡土板6角度改变覆土层厚度的方式对条播作业播种时深度进行调节，所述控制方法通过引入模糊自适应PID控制算法对挡土板6角度实现精确调节，提高了条播作业播种深度控制的响应速度和控制精度，有利于提高条播作物出苗率和产量。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种播种深度控制装置，其特征在于，安装在谷物条播机上，所述播种深度控制装置包括：
播种深度控制器；
数据采集模块，与所述播种深度控制器连接；
挡土板角度调节机构，安装在所述谷物条播机的机架上，并分别与所述播种深度控制器和谷物条播机的挡土板连接；
种床高度传感器，设置于所述谷物条播机的播前镇压轮的支撑臂上方并与所述数据采集模块连接，用于检测种床高度值发送至所述数据采集模块；
覆土层高度传感器，设置于所述谷物条播机的播后镇压轮的支撑臂上方并与所述数据采集模块连接，用于检测覆土层高度值发送至所述数据采集模块；以及
挡土板角度传感器，设置在所述挡土板与机架连接点的轴心处，用于检测挡土板角度变化量并发送至所述数据采集模块；
其中，所述播种深度控制器根据所述数据采集模块将获得的所述种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值，播种深度控制器对比所述播种深度反馈值与预设的播种深度目标值，通过模糊自适应PID控制算法获得挡土板目标控制量，并将所述挡土板目标控制量发送所述挡土板角度调节机构，通过所述挡土板角度调节机构调整所述挡土板角度，控制所述播种深度反馈值稳定于预设的所述播种深度目标值。
2.如权利要求1所述的播种深度控制装置，其特征在于，所述挡土板角度调节机构包括底座、电推杆驱动器和电动推杆，所述底座与所述机架连接，所述电推杆驱动器与所述电动推杆连接，所述电动推杆的一端安装在所述底座上，所述电动推杆的另一端与所述挡土板后侧连接，用于驱动所述挡土板绕所述挡土板与机架连接点的轴心转动，以调节所述挡土板角度。
3.如权利要求2所述的播种深度控制装置，其特征在于，所述电动推杆为梯形丝杆式电动推杆，通过所述电推杆驱动器对挡土板转动角度进行精确调节，所述挡土板与垂直方向的夹角θ为：
Figure FDA0003844547960000011
其中，V为所述电动推杆的伸缩速度，所述电动推杆伸出时速度方向为正，所述电动推杆缩回时速度方向为负；t为所述电动推杆运行到目标位置所用的时间。
4.如权利要求1、2或3所述的播种深度控制装置，其特征在于，所述种床高度传感器的信号为4-20mA的模拟量信号，量程为0-90°，通过检测所述播前镇压轮的支撑臂与地面之间的俯仰角α，转化为所述种床高度值：
h1＝L1sin[S1×(Iout1-Ioffset1)]+R1；
其中，h1为所述播前镇压轮的支撑臂回转中心距离种床表面的垂直高度，L1为所述播前镇压轮的支撑臂长度，S1为所述种床高度传感器的传感器倾角变化时对应的电流变化的比例，Iout1为所述种床高度传感器输出的电流值，Ioffset1为所述种床高度传感器零点位置输出的电流值，R1为所述播前镇压轮的半径。
5.如权利要求4所述的播种深度控制装置，其特征在于，所述覆土层高度传感器的信号为4-20mA的模拟量信号，量程为0-90°，通过检测所述播后镇压轮的支撑臂与地面之间的俯仰角β，转化为所述覆土层高度值：
h2＝L2sin[S2×(Iout2-Ioffset2)]+R2；
其中，h2为所述播后镇压轮的支撑臂回转中心距离覆土层表面的垂直高度，L2为所述播后镇压轮的支撑臂长度，S2为所述覆土层高度传感器的传感器倾角变化时对应的电流变化的比例，Iout2为所述覆土层高度传感器输出的电流值，Ioffset2为所述覆土层高度传感器零点位置输出的电流值，R2为所述播后镇压轮的半径。
6.如权利要求5所述的播种深度控制装置，其特征在于，所述播种深度反馈值为所述种床高度值与覆土层高度值之差：
h＝h1-h2-d＝L1sin[S1×(Iout1-Ioffset1)]-L2sin[S2×(Iout2-Ioffset2)]+R1-R2-d
其中，h为播种深度反馈值，d为所述播前镇压轮的支撑臂与所述播后镇压轮的支撑臂在机架固定位置轴心的垂直方向距离。
7.一种谷物条播机，其特征在于，包括：
机架；
旋耕整地装置，安装在所述机架上并设置于所述机架前部，用于细碎土壤和混合土肥并将细碎后的土壤抛向后方；
播前镇压轮，安装在所述机架上并设置于所述旋耕整地装置后方，用于镇压由所述旋耕整地装置细碎过的土壤，压制出紧实度一致的种床；
导种管，安装在所述机架上并设置于所述播前镇压轮后方，种子从所述导种管流出并落入所述种床中；
挡土板，设置于所述导种管后方，与所述机架枢接并绕枢接点转动，所述旋耕整地装置向后方抛送的土壤越过所述播前镇压轮与所述挡土板发生碰撞，经所述挡土板阻挡后下落，并覆盖到落入所述种床的种子上方，完成覆土；
播后镇压轮，安装在所述机架上设置于所述挡土板后方，用于镇压落入所述种床的覆土层，以保墒并促进出苗；以及
播种深度控制装置，为上述权利要求1-6中任意一项所述的播种深度控制装置。
8.如权利要求7所述的谷物条播机，其特征在于，所述旋耕整地装置为双轴分层旋耕整地装置，包括一次旋耕刀组和二次旋耕刀组，所述一次旋耕刀组的旋转方向为正转，用于对深层土壤进行初次旋抛作业；所述二次旋耕刀组的旋转方向为反转，用于对浅层土壤进行二次旋抛作业；所述二次旋耕刀组的刀辊回旋半径和旋耕深度分别小于所述一次旋耕刀组的刀辊回旋半径和旋耕深度，所述二次旋耕刀组的转速大于所述一次旋耕刀组的转速。
9.如权利要求8所述的谷物条播机，其特征在于，通过调节所述挡土板与垂直方向的夹角θ，以改变所述二次旋耕刀组向后抛土与所述挡土板碰撞后的运动方向，所述挡土板与垂直方向的夹角θ与播种深度成反比。
10.一种播种深度控制方法，其特征在于，采用上述权利要求1-6中任意一项所述的播种深度控制装置基于模糊自适应PID算法控制播种深度，包括如下步骤：
S100、连续采样获得种床高度值和覆土层高度值，并根据所述种床高度值和覆土层高度值计算得到播种深度反馈值；
S200、对比所述播种深度反馈值与预设的播种深度目标值，获得播种深度偏差e和播种深度偏差变化量ec作为播种深度控制器的输入变量，并进行模糊化处理得到对应的输入语言变量E和EC；
S300、播种深度控制器对经过模糊化处理得到的输入语言变量E和EC进行模糊推理和逆模糊化运算，通过查询模糊控制规则表获取三个输出语言变量所对应的隶属度，最终输出播种深度控制参数的修正值ΔKP、ΔKI、ΔKD，以实现PID参数的在线自动调整，确定挡土板转动角度α的目标值；以及
S400、将挡土板转动角度α的目标值发送给电推杆控制器，所述电推杆控制器根据挡土板转动角度α的目标值控制电动推杆伸缩调整挡土板角度，直至所述播种深度反馈值稳定于预设的所述播种深度目标值，完成对播种深度的调节。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4600060A (en) * 1983-10-28 1986-07-15 Deere & Company Depth sensing structure for an agricultural implement
JPH05176603A (ja) * 1992-01-08 1993-07-20 Iseki & Co Ltd 耕深制御装置
JP2007006821A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Yanmar Co Ltd 農作業機の耕耘制御装置
CN204217355U (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 河北丰顺机械科技有限公司 一种深松耕整播种喷施联合作业机
US20170172058A1 (en) * 2013-04-15 2017-06-22 Veris Technologies, Inc. Agricultural planter with automatic depth and seeding rate control
CN111373909A (zh) * 2020-04-13 2020-07-07 中国农业机械化科学研究院 免耕播种机播种深度控制方法及装置
CN211959962U (zh) * 2019-12-31 2020-11-20 江苏省农垦农业发展股份有限公司 一种正反旋开沟限深播种机
CN112042299A (zh) * 2020-08-19 2020-12-08 农业农村部南京农业机械化研究所 宽种带撒播后抛覆土装置及播种机
CN112119688A (zh) * 2020-09-02 2020-12-25 北京农业信息技术研究中心 一种分层精准施肥播种机及其控制方法
US20200404831A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-31 Cnh Industrial Canada, Ltd. Smart sensor system for seeding implement
CN112616332A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 西安户县双永农具制造有限公司 一种深松施肥苗带旋耕精量播种方法
CN113519238A (zh) * 2021-07-12 2021-10-22 安徽建筑大学 一种播种深度检测装置及检测方法
CN114651542A (zh) * 2022-02-15 2022-06-24 王涛 一种多功能播种机及其播种方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4600060A (en) * 1983-10-28 1986-07-15 Deere & Company Depth sensing structure for an agricultural implement
JPH05176603A (ja) * 1992-01-08 1993-07-20 Iseki & Co Ltd 耕深制御装置
JP2007006821A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Yanmar Co Ltd 農作業機の耕耘制御装置
US20170172058A1 (en) * 2013-04-15 2017-06-22 Veris Technologies, Inc. Agricultural planter with automatic depth and seeding rate control
CN204217355U (zh) * 2014-11-06 2015-03-25 河北丰顺机械科技有限公司 一种深松耕整播种喷施联合作业机
US20200404831A1 (en) * 2019-06-26 2020-12-31 Cnh Industrial Canada, Ltd. Smart sensor system for seeding implement
CN211959962U (zh) * 2019-12-31 2020-11-20 江苏省农垦农业发展股份有限公司 一种正反旋开沟限深播种机
CN111373909A (zh) * 2020-04-13 2020-07-07 中国农业机械化科学研究院 免耕播种机播种深度控制方法及装置
CN112042299A (zh) * 2020-08-19 2020-12-08 农业农村部南京农业机械化研究所 宽种带撒播后抛覆土装置及播种机
CN112119688A (zh) * 2020-09-02 2020-12-25 北京农业信息技术研究中心 一种分层精准施肥播种机及其控制方法
CN112616332A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 西安户县双永农具制造有限公司 一种深松施肥苗带旋耕精量播种方法
CN113519238A (zh) * 2021-07-12 2021-10-22 安徽建筑大学 一种播种深度检测装置及检测方法
CN114651542A (zh) * 2022-02-15 2022-06-24 王涛 一种多功能播种机及其播种方法

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