本文選題：取苗裝置　切入點(diǎn)：數(shù)學(xué)模型　出處：《西南大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：目前,我國的蔬菜移栽方式主要是人工移栽與半自動(dòng)化移栽,其勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)一直制約著我國蔬菜行業(yè)的發(fā)展。提高蔬菜移栽機(jī)自動(dòng)化程度,對(duì)于增加蔬菜產(chǎn)量、解放勞動(dòng)力以及提高生產(chǎn)效率有著十分重要的意義。而蔬菜移栽機(jī)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)在于取苗過程自動(dòng)化,取苗過程自動(dòng)化包括取苗點(diǎn)定位、夾持秧苗、投放秧苗三個(gè)過程,本文在現(xiàn)有蔬菜移栽機(jī)取苗裝置的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)針對(duì)取苗點(diǎn)定位過程開展了一系列研究,設(shè)計(jì)了一套基于單神經(jīng)元PID算法的取苗點(diǎn)定位過程的控制系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容有:(1)根據(jù)已有取苗裝置的實(shí)際情況,對(duì)裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括使裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)以及推動(dòng)裝置達(dá)到取苗點(diǎn)的雙軸氣缸;裝置使用的傳感器包括測量步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的角度傳感器以及測量雙軸氣缸伸長量的位移傳感器。根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的功能,分別建立以步進(jìn)電機(jī)與角度傳感器為被控對(duì)象的傳遞函數(shù),以雙軸氣缸和位移傳感器為被控對(duì)象的傳遞函數(shù)。根據(jù)穴盤傳輸裝置及取苗裝置的運(yùn)動(dòng)情況,對(duì)其運(yùn)動(dòng)過程分別進(jìn)行分析,得到關(guān)于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度與雙軸氣缸伸長量的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。(2)以取苗裝置中的步進(jìn)電機(jī)與雙軸氣缸為控制對(duì)象,設(shè)計(jì)了單神經(jīng)元PID控制算法。在Simulink中對(duì)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳感器所組成的被控對(duì)象,分別進(jìn)行建模仿真分析,并與傳統(tǒng)PID控制算法進(jìn)行對(duì)比。仿真結(jié)果表明:單神經(jīng)元PID控制算法比傳統(tǒng)PID控制算法精度高,超調(diào)量小,系統(tǒng)性能更優(yōu)異。(3)以STM32F103C8T6為控制核心,結(jié)合單神經(jīng)元PID控制算法,搭建控制系統(tǒng)所需的硬件和軟件平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn),記錄分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。最終結(jié)果表明:采用單神經(jīng)元PID算法對(duì)取苗裝置取苗點(diǎn)定位的過程中,步進(jìn)電機(jī)角度最大誤差絕對(duì)值不超過3%,雙軸氣缸取苗位移最大絕對(duì)值誤差不超過5%。取苗裝置在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程中,經(jīng)過加速度傳感器測得,在x軸方向上加速度最大振幅減小約為0.1g,y軸方向上加速度最大振幅減小約為0.22g,z軸方向上加速度最大振幅減小約為0.18g。其振動(dòng)減小較為明顯,系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高,能夠很好的滿足實(shí)際工作需求。同時(shí)也說明,在現(xiàn)有蔬菜移栽機(jī)取苗裝置平臺(tái)上采用單神經(jīng)元PID控制算法是可行的。
[Abstract]:At present, the main ways of vegetable transplanting in our country are manual transplanting and semi-automatic transplanting. Its disadvantages, such as high labor intensity and low production efficiency, have been restricting the development of vegetable industry in our country. It is very important for increasing vegetable yield, liberating labor force and improving production efficiency. The key technology of vegetable transplanter automation lies in the automation of seedling collection process, which includes the location of seedling point and the holding of seedling. On the basis of the existing vegetable transplanting machine, this paper carried out a series of research on the positioning process of the seedling point. A control system based on single neuron PID algorithm is designed to locate the seedling point. The main research content of this paper is: 1) according to the actual situation of the existing seedling collection device, The actuator and sensor of the device are modeled mathematically. The actuator of the device comprises a stepping motor for rotating the device and a two-axis cylinder for driving the device to reach the seedling point. The sensors used in the device include an angle sensor for measuring the rotation angle of a stepping motor and a displacement sensor for measuring the elongation of a biaxial cylinder. The transfer function of stepper motor and angle sensor is established, and the transfer function of two-axis cylinder and displacement sensor is established respectively. Based on the analysis of the motion process, the motion parameters of the step motor rotation angle and the two-axis cylinder elongation are obtained. The stepper motor and the two-axis cylinder in the seedling device are taken as the control objects. A single neuron PID control algorithm is designed. The controlled objects composed of different actuators and sensors are modeled and simulated in Simulink. Compared with the traditional PID control algorithm, the simulation results show that the single neuron PID control algorithm has higher precision, less overshoot and better system performance than the traditional PID control algorithm. The hardware and software platform needed for the control system is built to test and record the test data. The final results show that the single neuron PID algorithm is used to locate the seedling point of the seedling sampling device. The absolute value of the maximum angular error of the stepping motor is not more than 3 and the maximum absolute error of the displacement of the two-axis cylinder is not more than 5. The maximum amplitude of acceleration in the direction of x axis is reduced by about 0.1 g / y axis direction, and the maximum amplitude of acceleration in the direction of 0.22 g / z axis decreases to about 0.18 g. The vibration decreases obviously and the stability of the system is improved. At the same time, it shows that it is feasible to adopt single neuron PID control algorithm on the platform of seedling collecting device of vegetable transplanter.
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S223.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1633503