丘陵山地拖拉机车身调平双闭环模糊PID控制方法 被引量：42

1

作者 齐文超 李彦明 +3 位作者 张锦辉 覃程锦 刘成良 殷月朋 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期17-23,34,共8页

为提高丘陵山地拖拉机自动调平控制系统性能,基于已开发的丘陵山地拖拉机姿态调整机构,提出了利用双闭环模糊PID算法调整车轮摆动角度的自动调平控制方法。首先,建立被控对象状态空间模型,并基于该模型设计了双闭环模糊PID控制算法。然... 为提高丘陵山地拖拉机自动调平控制系统性能,基于已开发的丘陵山地拖拉机姿态调整机构,提出了利用双闭环模糊PID算法调整车轮摆动角度的自动调平控制方法。首先,建立被控对象状态空间模型,并基于该模型设计了双闭环模糊PID控制算法。然后,对自动调平控制系统进行仿真分析,结果表明,在使用相同PID参数条件下,双闭环模糊PID控制比双闭环PID控制性能更优,可有效减少超调量和调平时间。最后,开展了静态和动态试验验证,结果表明,采用所提出的自动调平双闭环模糊PID控制方法,在15°坡地上调平时间为12.5 s,调平误差小于0.5°,且无超调现象,左右两后轮摆角绝对值差在±1°以内;同时,以1.98 km/h的速度行驶在高低起伏的恶劣工作环境下,车身倾斜角可控制在±3°范围内,左右摆动机构摆动角度绝对值差在±5°范围内,相比于双闭环PID控制效果更优。 展开更多

关键词 拖拉机 自动调平 双闭环模糊PID控制 丘陵山地

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小麦播种量电容法检测系统设计与试验 被引量：28

2

作者 陈建国 李彦明 +1 位作者 覃程锦 刘成良 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第18期51-58,共8页

为实现小麦播种机播种量的精准检测,该文基于电容法设计了一套用于小麦播种量检测的系统,由检测分辨率和排种轮转速与采样频率约束关系确定传感器结构尺寸,建立了种子数量与电容变化量之间的线性关系。在采样周期为15 ms、排种轮转数20 ... 为实现小麦播种机播种量的精准检测,该文基于电容法设计了一套用于小麦播种量检测的系统,由检测分辨率和排种轮转速与采样频率约束关系确定传感器结构尺寸,建立了种子数量与电容变化量之间的线性关系。在采样周期为15 ms、排种轮转数20 r/min条件下,基于时间窗口建立了小麦播种量实时检测最小二乘回归模型。为了使检测系统适用于不同的排种轮转速,提出了一种通过改变采样周期的检测方法,即排种轮速度每增加5 r/min时,采样周期相应减少0.4ms,则上述建立的最小二乘回归模型仍适用,对不同的排种轮转速均具有较高的检测精度,相对误差介于-2.26%~2.17%之间。本文所设计的检测系统为实现小麦播种量的精准检测提供了一种有效途径,具有较好的实用性和经济性。 展开更多

关键词 农业机械 传感器 设计 播种量 电容法 最小二乘回归模型

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丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统设计与实验 被引量：27

3

作者 齐文超 李彦明 +3 位作者 陶建峰 覃程锦 刘成良 种昆 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期381-388,共8页

为保证拖拉机在丘陵山地的安全作业,并提高作业效率及乘坐舒适性,设计了基于双闭环PID算法的丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统。首先,根据丘陵山地特定作业需求设计了姿态主动调整系统,包括姿态调整机构、液压驱动系统和控制系统;然后,... 为保证拖拉机在丘陵山地的安全作业,并提高作业效率及乘坐舒适性,设计了基于双闭环PID算法的丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统。首先,根据丘陵山地特定作业需求设计了姿态主动调整系统,包括姿态调整机构、液压驱动系统和控制系统;然后,建立了系统动力学模型,通过数值分析验证了该自动调平控制算法的有效性;最后,在山东五征集团生产的拖拉机上安装此系统,并进行了实验验证。结果表明:所设计的姿态主动调整系统在±10°的坡地上调平时间为7.5s,最大调平误差小于0.5°,左右摆动机构摆角绝对值的差在±1°以内,能有效满足丘陵山地作业需求。同时,该拖拉机在高低起伏较大的坡地上以1挡速度(1.98km/h)行驶时,车身倾斜角可控制在±3°范围内,左右摆动机构摆角绝对值差在±5°范围内。所设计的姿态主动调整系统能适应恶劣作业环境的作业需求。 展开更多

关键词 拖拉机 姿态主动调整系统 丘陵山地 双闭环PID

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小麦精量播种机排种高精度检测系统设计与试验 被引量：24

4

作者 陈建国 李彦明 +1 位作者 覃程锦 刘成良 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期66-74,共9页

为实现小麦精量播种机播种量的精准检测,基于电容传感器设计了一套高精度小麦种子粒数检测系统。研究了小麦种子以单粒形式下落和多粒同时下落两种方式下的电容与小麦种子数目之间的关系。对于小麦种子以单粒形式下落,提出用差分动态阈... 为实现小麦精量播种机播种量的精准检测,基于电容传感器设计了一套高精度小麦种子粒数检测系统。研究了小麦种子以单粒形式下落和多粒同时下落两种方式下的电容与小麦种子数目之间的关系。对于小麦种子以单粒形式下落,提出用差分动态阈值法检测小麦种子数目,试验表明检测的最大相对误差为1. 54%;对于多粒小麦种子同时下落,排种轮转速从20 r/min到55 r/min,每增加5 r/min,分别建立小麦种子数目与电容积分值之间的最小二乘回归模型。试验结果表明,根据实际转速和速度最近原则选择相应的回归模型,该系统对不同的排种转速均具有较高的检测精度,相对误差介于-2. 16%～2. 23%之间。对于小麦精量播种机不同的排种模式或不同的排种速度,所设计的排种检测系统均有较高的检测精度。 展开更多

关键词 小麦播种机 播种量 电容传感器 差分动态阈值法 最小二乘法

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基于小波变换的农田图像光照不变特征提取算法 被引量：20

5

作者 蔡道清 周洪宇 +2 位作者 覃程锦 李彦明 刘成良 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期15-20,共6页

提出了基于小波变换的农田图像光照不变特征的提取算法。采用Retinex光照模型,对原始农田图像进行剪裁和归一化等预处理,选用Haar小波基多级分解预处理后的图像,从而得到图像的高低频成分;通过阈值法更新小波分解后的高频系数,重构获得... 提出了基于小波变换的农田图像光照不变特征的提取算法。采用Retinex光照模型,对原始农田图像进行剪裁和归一化等预处理,选用Haar小波基多级分解预处理后的图像,从而得到图像的高低频成分;通过阈值法更新小波分解后的高频系数,重构获得多尺度反射模型,以提取光照不变特征;进行了光照不变特征提取和农作物航线获取试验。结果表明,该算法提取的特征图受自然光照的影响很小,且能够极大程度保留场景中的物体特征。同时,农作物航线提取在不同光照条件下均具有较高精度,航线误差在±2°以内,能够满足农机导航的精度要求。在NVIDIA的Jetson TX2硬件平台上,该算法总耗时在300 ms以内,相机前视距离可达20 m,满足农机正常作业的实时性要求。 展开更多

关键词 农田图像 光照不变特征 小波变换 航线提取

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水田田埂边界支持向量机检测方法 被引量：16

6

作者 蔡道清 李彦明 +1 位作者 覃程锦 刘成良 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期22-27,109,共7页

提出了基于支持向量机的水田田埂边界线的检测算法。采用支持向量机分类算法代替传统的图像分割算法,分割水田图像,提高了在不同光照条件下田埂边界检测的鲁棒性。图像预处理阶段引入超像素分割算法,大大减少了后续图像处理的计算量,并... 提出了基于支持向量机的水田田埂边界线的检测算法。采用支持向量机分类算法代替传统的图像分割算法,分割水田图像,提高了在不同光照条件下田埂边界检测的鲁棒性。图像预处理阶段引入超像素分割算法,大大减少了后续图像处理的计算量,并为支持向量机的模型训练提供大量的样本。选取足够数量的超像素样本,提取其颜色特征和纹理特征,构成19维的特征向量,并作为训练支持向量机模型的输入。使用训练好的支持向量机模型识别新图像中的水田田埂区域,模型评价指标F1分数达到90.7%。采用霍夫变换提取田埂边界,在NVIDIA的Jetson TX2硬件平台上,算法总运行时间在0.8s以内,有效满足了水田直播机的实时性要求。 展开更多

关键词 田埂边界 机器视觉 支持向量机 霍夫检测

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随机丢弃和批标准化的深度卷积神经网络柴油机失火故障诊断 被引量：14

7

作者 张康 陶建峰 +2 位作者 覃程锦 李卫星 刘成良 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期159-166,共8页

针对已有的柴油机失火故障诊断方法需要精细且耗时的时频特征提取过程,且对实际含有噪声的样本诊断准确率低的问题,提出了一种随机丢弃和批标准化的深度卷积神经网络柴油机失火故障诊断方法。在不同的转速工况下进行柴油机失火故障模拟... 针对已有的柴油机失火故障诊断方法需要精细且耗时的时频特征提取过程,且对实际含有噪声的样本诊断准确率低的问题,提出了一种随机丢弃和批标准化的深度卷积神经网络柴油机失火故障诊断方法。在不同的转速工况下进行柴油机失火故障模拟试验,将采集到的原始缸盖振动信号作为深度卷积神经网络的输入,并在输入端引入随机丢弃抑制输入噪声,通过一维卷积操作自动提取失火故障模式特征,接着在各卷积输出层对特征信号进行批标准化处理,以减少信号在深度卷积层内部的方差偏移,最后基于多分类函数完成失火故障分类。不同噪声环境和方法的对比试验结果表明,所提方法的分类准确率最高可达100%,同时在保证算法准确率的前提下,其鲁棒性优于依赖时频提取特征的方法。 展开更多

关键词 失火故障诊断 深度卷积神经网络 噪声环境 随机丢弃 批标准化

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同步压缩小波与极限梯度提升树融合的柴油机失火故障诊断 被引量：11

8

作者 李卫星 陶建峰 +1 位作者 覃程锦 刘成良 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期47-54,169,共9页

针对柴油机失火故障诊断特征提取分辨率较低和分类评估容易出现过拟合的问题,提出了一种同步压缩小波变换和极限梯度提升树融合的诊断方法。在不同转速下进行柴油机失火性能试验,采集缸盖振动信号,对信号利用时域统计、同步压缩小波提... 针对柴油机失火故障诊断特征提取分辨率较低和分类评估容易出现过拟合的问题,提出了一种同步压缩小波变换和极限梯度提升树融合的诊断方法。在不同转速下进行柴油机失火性能试验,采集缸盖振动信号,对信号利用时域统计、同步压缩小波提取特征,再采用局部线性嵌入方法进行特征降维,最后利用极限梯度提升树进行失火评估分类。不同工况与评估方法下的对比实验结果表明,所提方法的分类准确率最高可达99.828%,相比小波包特征提取的评估方法提升至少10%。在低模型复杂度下,所提方法具有最小的模型预测均方根误差,证明了方法的鲁棒性和抑制模型过拟合的能力。 展开更多

关键词 失火故障诊断 同步压缩小波变换 极限梯度提升树 局部线性嵌入

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采用支持向量机的非对称阀控液压缸模型预测控制 被引量：10

9

作者 杨泰春 陶建峰 +1 位作者 覃程锦 刘成良 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期93-100,107,共9页

针对非对称阀控液压缸位置控制中出现超调与由阀芯换向引起的压力冲击问题,设计了基于支持向量机与序列二次规划算法的非线性模型预测控制器。采用支持向量机拟合控制信号与活塞速度的关系得到系统的近似模型,使用序列二次规划算法求解... 针对非对称阀控液压缸位置控制中出现超调与由阀芯换向引起的压力冲击问题,设计了基于支持向量机与序列二次规划算法的非线性模型预测控制器。采用支持向量机拟合控制信号与活塞速度的关系得到系统的近似模型,使用序列二次规划算法求解获取控制器输出;通过增加输出约束以及满足输入约束实现每次控制过程中阀芯不换向、活塞快速到达目标位置并且无超调。数值仿真结果表明:在相对位置误差信号大于8%时,控制器输出的控制信号始终大于最大控制信号的90%,有效缩短了系统的响应时间;在保证活塞位置无超调、阀芯不换向的条件下,实现了精确位置控制,稳态误差小于0.02%。所提算法实现了多约束条件下非对称阀控液压缸系统的无超调快速控制,具有一定的理论和工程价值。 展开更多

关键词 非对称阀控液压缸 模型预测控制 支持向量机 序列二次规划算法

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基于盾构机运行参数的局部切空间排列与Xgboost融合的地质类型识别 被引量：9

10

作者 刘明阳 余宏淦 +3 位作者 陶建峰 覃程锦 高浩寒 刘成良 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2080-2091,共12页

针对土压平衡盾构机掘进过程难以实时感知掌子面地质类型的问题,提出了局部切空间排列(LTSA)与极限梯度提升(Xgboost)相结合的盾构机掌子面地质类型实时识别方法。首先,通过分析众多盾构机运行参数与掌子面地质性质的相关性,选取177个... 针对土压平衡盾构机掘进过程难以实时感知掌子面地质类型的问题,提出了局部切空间排列(LTSA)与极限梯度提升(Xgboost)相结合的盾构机掌子面地质类型实时识别方法。首先,通过分析众多盾构机运行参数与掌子面地质性质的相关性,选取177个盾构机运行参数作为模型输入;其次,利用LTSA算法从高维盾构机运行参数中提取内蕴低维特征作为分类模型输入参数,基于Xgboost的识别模型实现掌子面地质类型识别;最后,采用新加坡某地铁施工数据验证算法的有效性和优越性。研究结果表明:所提算法对该工程沿线5种地质类型的识别准确率达到98.48%;采用本文方法所得的识别准确率相比于将运行参数直接作为模型输入的识别准确率提升20.96%,相比于采用总推进力、推进速度、刀盘总扭矩和刀盘转速4维特征作为输入,本文所提出方法的识别准确率提升50.16%。LTSA算法能够减少所选盾构运行参数中的冗余信息并保留其中的地质特征,解决了输入参数维度过高造成的识别模型准确率下降和训练效率降低的问题。 展开更多

关键词 土压平衡盾构 掘进参数 地质类型识别 LTSA Xgboost

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采用同步压缩变换和能量熵的机器人加工颤振监测方法 被引量：10

11

作者 薛雷 曾宏伟 +4 位作者 覃程锦 陶建峰 刘成良 汤海洋 黄稳 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期24-30,89,共8页

为避免机器人加工过程中颤振给加工质量及刀具寿命带来不利影响,提出了一种基于同步压缩变换和能量熵的机器人加工颤振监测方法。首先,利用同步压缩变换获取主轴振动信号高分辨率时频谱,并将获得的时频谱均分为有限个频带;然后,对各频... 为避免机器人加工过程中颤振给加工质量及刀具寿命带来不利影响,提出了一种基于同步压缩变换和能量熵的机器人加工颤振监测方法。首先,利用同步压缩变换获取主轴振动信号高分辨率时频谱,并将获得的时频谱均分为有限个频带;然后,对各频带对应的时域子信号进行重构并求取其能量值;最后,采用能量熵作为表征颤振能量分布变化的特征量,通过计算所有子信号的能量熵之和对颤振进行在线监测。在库卡工业机器人加工实验平台上,开展了机器人制孔加工实验验证,实验结果表明:在不同的机器人加工条件下,所提方法均能在颤振发生前22 ms左右有效地将其检测出来;计算一次能量熵的时长约为20 ms,能够基本满足颤振在线监测的实时性要求。 展开更多

关键词 机器人加工 颤振监测 同步压缩变换 能量熵

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基于随机森林与粒子群算法的隧道掘进机操作参数地质类型自适应决策 被引量：5

12

作者 刘明阳 陶建峰 +2 位作者 覃程锦 余宏淦 刘成良 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1311-1324,共14页

考虑到隧道掘进机的性能对地质条件比较敏感且其操作依赖于司机经验,提出基于随机森林和粒子群算法的隧道掘进机操作参数地质条件自适应决策方法。利用随机森林(RF)分别建立地质类型、操作参数与推进速度、刀盘转矩的映射关系模型;结合... 考虑到隧道掘进机的性能对地质条件比较敏感且其操作依赖于司机经验,提出基于随机森林和粒子群算法的隧道掘进机操作参数地质条件自适应决策方法。利用随机森林(RF)分别建立地质类型、操作参数与推进速度、刀盘转矩的映射关系模型;结合映射关系模型,构建以盾构机推进速度最大为目标,以刀盘转速、螺旋输送机转速、总推力、土仓压力4个操作参数为控制变量的优化方程;利用粒子群算法(PSO)求解各地质类型地层中的最优操作参数决策结果。通过新加坡某地铁工程施工数据验证所提方法的有效性和优越性。研究结果表明:建立的随机森林模型中推进速度和刀盘转矩预测的决定系数R^(2)分别达到0.936和0.961,均大于adaboost、多元线性回归、岭回归、支持向量回归和深度神经网络模型中相应的R2;基于粒子群算法的操作参数决策方法能够准确求解操作参数最优解,寻优用时均比遗传算法、蚁群算法和穷举法的短。本文所提决策方法使隧道掘进机在该施工段的福康宁卵石地层、句容地层IV、句容地层V、海洋黏土地层中的推进速度分别提升了67.2%、41.8%、53.6%和15.0%。 展开更多

关键词 隧道掘进机 操作参数决策 随机森林 粒子群优化

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变速条件下农业机械路径跟踪稳定控制方法 被引量：5

13

作者 段贤强 陶建峰 +3 位作者 覃程锦 蔡道清 李彦明 刘成良 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期18-24,32,共8页

为提高农业机械(农机)路径跟踪控制在不同速度条件下的稳定性和鲁棒性,提出了基于链式系统模型和小范围稳定性分析优化的直线路径跟踪控制方法。首先,根据几何约束建立农机非线性运动学模型,并基于链式系统模型将其转换为线性链式系统,... 为提高农业机械(农机)路径跟踪控制在不同速度条件下的稳定性和鲁棒性,提出了基于链式系统模型和小范围稳定性分析优化的直线路径跟踪控制方法。首先,根据几何约束建立农机非线性运动学模型,并基于链式系统模型将其转换为线性链式系统,进而对系统的误差项进行线性组合,得到农机路径跟踪控制方法;然后,基于控制方法在平衡位置小范围的稳定性分析,对控制方法进行优化,使得农机路径跟踪控制在平衡位置小范围的稳定性与行驶速度无关;最后,以水稻穴直播机为实验平台开展了直线跟踪对比实验和农机作业实验。结果表明,相比于PID控制方法,本文控制方法在3种不同速度下均能保持直线跟踪控制的稳定性,并且具有较高的控制精度。同时,本文路径跟踪控制方法的稳定性与行驶速度无关,农机作业的行驶速度在0.4~2.0 m/s范围内均能实现稳定控制,平均绝对误差均值为0.047 m,最大绝对误差为0.128 m。 展开更多

关键词 农业机械 跟踪控制 变速 链式系统 稳定性

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基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制 被引量：18

14

作者 张伟 杨刚 +3 位作者 雷军波 刘成良 陶建峰 覃程锦 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期21-28,共8页

针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微... 针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%~34%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.4583%和1.0780%,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。 展开更多

关键词 含水率 农业机械 微波 滑动平均滤波 试验研究

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