穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)研制

張桐林， 翟學(xué)迪， 高江永， 華榮江， 唐遵峰， 李軍葉

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083； 2.中機(jī)美諾科技股份有限公司，北京 100083；3.現(xiàn)代農(nóng)裝科技股份有限公司，北京 100083）

0 引言

現(xiàn)有收獲機(jī)割臺(tái)高度調(diào)整控制的傳統(tǒng)方法有機(jī)械式、液壓式和電液式[1]。劉偉建等[2]設(shè)計(jì)了一種再生稻自適應(yīng)仿形割臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)割臺(tái)高度及水平自適應(yīng)調(diào)整。曹向虎等[3]為提高玉米收獲機(jī)的作業(yè)效率，降低其勞動(dòng)強(qiáng)度，解決割臺(tái)高度調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度差的問(wèn)題，提出一種基于模糊PID 算法的割臺(tái)高度控制策略。為提高玉米收獲機(jī)割臺(tái)仿形機(jī)構(gòu)對(duì)田間地形變化感知的靈敏度和對(duì)田間地形仿形的準(zhǔn)確度，金誠(chéng)謙等[4]設(shè)計(jì)了一種主副板壓緊式割臺(tái)仿形機(jī)構(gòu)。廖勇等[5]為碧浪4 LZ-1.2 型履帶自走式聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)了一種割臺(tái)高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要組成分為作物高度檢測(cè)裝置、割臺(tái)高度檢測(cè)裝置、液壓執(zhí)行裝置和控制單元。中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司[6]發(fā)明了一種收割機(jī)及其割臺(tái)仿形液壓控制系統(tǒng)，主要由壓力油口、減壓溢流閥、割臺(tái)仿形油缸和回油口等部件組成，可優(yōu)化割臺(tái)作業(yè)負(fù)載，提高收割作業(yè)效率。新疆牧神機(jī)械有限責(zé)任公司等[7]發(fā)明了一種割臺(tái)仿形系統(tǒng)及其控制方法，可通過(guò)自動(dòng)升降機(jī)構(gòu)輔助液壓蓄能器控制割臺(tái)升降，使得割臺(tái)仿形能力更佳。中國(guó)鐵建重工集團(tuán)股份有限公司[8]發(fā)明了一種番茄收獲機(jī)及其割臺(tái)仿形系統(tǒng)，可在機(jī)械左右不平整的情況下實(shí)現(xiàn)調(diào)平。還有其他文獻(xiàn)也在控制策略和控制結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了深入研究[9-11]。這些都為穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)割臺(tái)仿形系統(tǒng)的研制提供參考。

針對(duì)穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)結(jié)構(gòu)特征、割臺(tái)調(diào)整方式等特點(diǎn)，基于超聲波測(cè)距原理與多傳感器應(yīng)用，研制了一種穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)的割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)，以1 臺(tái)4 行190 kW 的穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)為樣機(jī)，搭載所研制的割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)，開(kāi)展仿形系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)。

1 割臺(tái)仿形原理

割臺(tái)仿形原理為依據(jù)割臺(tái)與地面之間的高度變化，對(duì)割臺(tái)距地面高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使割臺(tái)隨地形起伏變化而自適應(yīng)調(diào)整，保證割臺(tái)與地面高度維持在適當(dāng)?shù)母叨取Ｒ虼耍钆_(tái)仿形中關(guān)鍵在于割臺(tái)高度的感知與調(diào)控。

根據(jù)玉米收獲機(jī)實(shí)際作業(yè)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本研究中，采用超聲波測(cè)距傳感器進(jìn)行割臺(tái)高度感知。割臺(tái)高度傳感器安裝位置如圖1 所示。在割臺(tái)前方放置超聲波傳感器S1，用于感知預(yù)測(cè)地面信息h1，中部放置超聲波傳感器S2，用于測(cè)量實(shí)時(shí)的割臺(tái)離地高度h2，前后傳感器水平間距L1，同時(shí)在控制割臺(tái)升降的液壓缸處裝上拉線傳感器S3，用于測(cè)量液壓缸伸縮的長(zhǎng)度h3，仿形系統(tǒng)控制器通過(guò)液壓缸伸縮的長(zhǎng)度與割臺(tái)高度之間的比例計(jì)算出割臺(tái)的調(diào)整高度值，此高度主要用于輔助確定割臺(tái)的離地高度是否準(zhǔn)確。

為準(zhǔn)確反映割臺(tái)即將經(jīng)過(guò)的地形，不產(chǎn)生誤報(bào)、漏報(bào)等情況，應(yīng)盡可能檢測(cè)前方全地形特征和高差等信息，這將需要處理大量的數(shù)據(jù)，無(wú)法及時(shí)地完成割臺(tái)控制，為此，在割臺(tái)前方左右兩端安裝超聲波高度傳感器的同時(shí)，在割臺(tái)中間也安裝了一個(gè)傳感器，以降低數(shù)據(jù)處理量的同時(shí)，盡可能全面地反映前方地形特征。在割臺(tái)前端安裝的多個(gè)高度傳感器S1，用于測(cè)量割臺(tái)即將經(jīng)過(guò)的地勢(shì)信息，此傳感器選用超聲波傳感器來(lái)對(duì)地面信息進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算。通過(guò)對(duì)左、中、右3 個(gè)高度傳感器傳回的高度信息進(jìn)行處理，得到一條近似垂直于車輛前進(jìn)方向的高度折線，而后通過(guò)這條高度折線來(lái)判斷整個(gè)割臺(tái)是否需要提升或降低高度。當(dāng)控制器發(fā)送控制命令后，再通過(guò)割臺(tái)中部的傳感器與拉線傳感器輸出的高度信息進(jìn)行反饋，判斷割臺(tái)是否達(dá)到控制高度，讓整個(gè)割臺(tái)高度控制形成閉環(huán)控制體系，使玉米收獲機(jī)在收獲過(guò)程中不斷地調(diào)節(jié)割臺(tái)高度，維持割臺(tái)高度在最佳收獲范圍內(nèi)，保證收獲效率，同時(shí)提高收凈率。

根據(jù)超聲波傳感器的硬件已知參數(shù)，傳感器測(cè)量并分析結(jié)果的反應(yīng)時(shí)間為0.1～0.2 s，根據(jù)控制器CPU的處理能力可知，從控制器接收到上位機(jī)輸出控制信號(hào)，控制器輸出對(duì)應(yīng)的割臺(tái)高度控制信號(hào)的時(shí)間為微秒級(jí)，可忽略不計(jì)，控制玉米收獲機(jī)割臺(tái)高度的液壓閥在接收到控制器輸出的高度控制信號(hào)后，使割臺(tái)高度產(chǎn)生變化的反應(yīng)時(shí)間為0.4～0.5 s，整體割臺(tái)高度控制的反應(yīng)時(shí)間在0.5～0.7 s，取中間值0.6 s。當(dāng)車速為5 km/h 時(shí)，0.6 s 的行走距離約為0.8 m，為保證割臺(tái)仿形及時(shí)反映，確保割臺(tái)不觸地，L1距離應(yīng)不小于該長(zhǎng)度。

2 自適應(yīng)仿形控制系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件構(gòu)成

控制系統(tǒng)硬件組成部分主要由上位機(jī)觸摸屏、玉米收獲機(jī)控制器、各種傳感器和液壓控制部分等組成。其中，上位機(jī)觸摸屏主要用于展示各類信息及下發(fā)各類控制操作命令；玉米收獲機(jī)控制器則是整個(gè)控制系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)接收各種傳感器輸出的參數(shù)，采集玉米收獲機(jī)各種運(yùn)行信息，以及接收上位機(jī)命令和控制對(duì)應(yīng)部件工作等；其他還有各種用于采集車輛運(yùn)行信息的傳感器，保證了在機(jī)器工作中各個(gè)部件的信息化和可視化，液壓缸負(fù)責(zé)執(zhí)行割臺(tái)高度的升降調(diào)整動(dòng)作。

上位機(jī)觸摸屏使用昆侖通態(tài)MCGS 觸摸屏，該觸摸屏具有容量小、速度快、成本低及穩(wěn)定性高，提供中斷處理，定時(shí)掃描精度可達(dá)到毫秒級(jí)，提供計(jì)算機(jī)通訊的RS232 串行接口，通訊方便，操作簡(jiǎn)便，并內(nèi)置多種設(shè)備連接的固化協(xié)議等特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。MCGS 嵌入版具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，支持串口通訊、Modem 串口通訊、以太網(wǎng)TCP/IP 通訊，并且提供多種不同的報(bào)警方式，具有豐富的報(bào)警類型，方便用戶進(jìn)行報(bào)警設(shè)置并且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示報(bào)警信息，對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與應(yīng)答，方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程。最后，用戶可用自建的文件系統(tǒng)來(lái)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，系統(tǒng)可靠性更高。

我國(guó)在電子商務(wù)相關(guān)立法方面還存在立法空白，相對(duì)于西方國(guó)家，我國(guó)對(duì)客戶的信息安全、交易安全以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)還是不到位。宿遷市司法機(jī)關(guān)和相關(guān)政府部門(mén)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格落實(shí)既有的法律和行政法規(guī)，維護(hù)從事電子商務(wù)雙方主體的合法權(quán)益。通過(guò)調(diào)研，對(duì)于實(shí)踐中立法的缺失，宿遷市人大常委會(huì)可以報(bào)請(qǐng)省級(jí)人大及其常委會(huì)在不抵觸上位法的前提下，及時(shí)制定地方性法規(guī)，宿遷市政府也可以制定不與法律、法規(guī)相抵觸的行政規(guī)章，從法律層面規(guī)范電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，在農(nóng)村地區(qū)，宿遷市政府應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)相關(guān)法律的宣傳工作，使得村民在從事電子商務(wù)過(guò)程中能夠知法守法，并通過(guò)法律解決糾紛，維護(hù)交易的安全性和穩(wěn)定性[7-8]。

玉米收獲機(jī)控制器是自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一款適用于各類農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的控制器，可以監(jiān)測(cè)車輛的各部位模擬量信號(hào)輸入輸出，開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入輸出的控制管理，可訪問(wèn)車輛ECU、具備GPS/BDS 定位等功能，可實(shí)現(xiàn)車輛割臺(tái)轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)和監(jiān)控車輛安全等各種智能控制功能。控制器采用STM32F4 系列高性能CPU，以高效執(zhí)行各種控制功能。同時(shí)控制器還支持MOSBUS 串口通訊、CAN 通訊等多種通訊方式，并且擁有8 路數(shù)字量信號(hào)采集通道、4 路數(shù)字量信號(hào)控制模塊、8 路模擬量信號(hào)輸入通道及4 路模擬量信號(hào)輸出模塊，滿足各種控制需求和信號(hào)采集。

傳感器主要用于采集機(jī)器在工作過(guò)程中的各類工作參數(shù)，其功能主要有采集高度信息、各類轉(zhuǎn)速信息、發(fā)動(dòng)機(jī)ETU 信息及定位信息等。割臺(tái)高度信息通過(guò)超聲波傳感器和拉線傳感器進(jìn)行采集，其中割臺(tái)前端傳感器負(fù)責(zé)感知和預(yù)測(cè)地面信息，中部的傳感器負(fù)責(zé)測(cè)量割臺(tái)整體實(shí)時(shí)離地高度的采集，拉線傳感器則是通過(guò)采集液壓缸伸縮的長(zhǎng)度換算得到割臺(tái)高度，用于對(duì)比和校驗(yàn)超聲波傳感器采集的高度信息。轉(zhuǎn)速信息使用接近開(kāi)關(guān)傳感器采集，可實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前狀態(tài)下的割臺(tái)轉(zhuǎn)速信息，方便操作人員調(diào)整割臺(tái)轉(zhuǎn)速，使機(jī)器達(dá)到最佳收獲質(zhì)量。BDS/GPS 定位功能采用由杭州中科微電子有限公司生產(chǎn)的ATGM332D-5N 定位模塊，該模塊支持多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有高靈敏度、低功耗和低成本等優(yōu)勢(shì)，ATGM332D-5N 系列模塊通過(guò)UART 作為主要輸出通道，按照NMEA0183 的協(xié)議格式輸出，可采集到車輛的經(jīng)緯度、車速和航向角等多種信息。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)主要分為上位機(jī)觸摸屏界面開(kāi)發(fā)及控制器軟件控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。上位機(jī)觸摸屏開(kāi)發(fā)平臺(tái)為MCGS 嵌入版組態(tài)軟件，此軟件為昆侖通態(tài)廠商自帶的觸摸屏開(kāi)發(fā)軟件，是在MCGS 通用版的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，專門(mén)應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。MCGS 嵌入版包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。此外MCGS嵌入版還帶有一個(gè)模擬運(yùn)行環(huán)境，用于對(duì)組態(tài)后的工程進(jìn)行模擬測(cè)試，方便用戶對(duì)組態(tài)過(guò)程的調(diào)試。主要界面如圖2、圖3 所示。

圖2 上位機(jī)主界面Fig.2 Main interface of host computer

圖3 割臺(tái)高度控制界面Fig.3 Header height control interface

玉米收獲機(jī)控制器為自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的線路板，并采用Keil uVision5 平臺(tái)對(duì)控制程序進(jìn)行編寫(xiě)，采用C語(yǔ)言并且使用ST 官方提供的HAL 固件庫(kù)函數(shù)輔助程序編譯，是控制系統(tǒng)的核心，并負(fù)責(zé)具體實(shí)施和執(zhí)行觸摸屏輸入和系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種功能。

3 割臺(tái)仿形控制策略

為提高割臺(tái)控制準(zhǔn)確性，割臺(tái)離地高度根據(jù)作物的不同和地勢(shì)特點(diǎn)可以進(jìn)行修改，以控制青飼的收凈率。每次開(kāi)始工作前，需要由上位機(jī)開(kāi)始設(shè)定工作時(shí)的割臺(tái)高度，并且下發(fā)命令至控制器，控制器控制割臺(tái)升降，當(dāng)割臺(tái)高度為設(shè)定高度時(shí)，機(jī)器的收獲質(zhì)量為最佳。機(jī)器在行進(jìn)過(guò)程中會(huì)遭遇各種障礙，若前方地勢(shì)有凸起，機(jī)器繼續(xù)前進(jìn)可能使割刀觸地，碰壞割臺(tái)或污染莖稈青飼，此時(shí)需通過(guò)控制器控制割臺(tái)上升；反之前方地勢(shì)如果出現(xiàn)凹陷，機(jī)器在前進(jìn)過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生下陷，或割臺(tái)與地面夾角過(guò)大導(dǎo)致收割玉米不完全，此時(shí)控制器需降低割臺(tái)高度，等到機(jī)器越過(guò)障礙，即測(cè)得實(shí)時(shí)割臺(tái)高度與之前設(shè)定的割臺(tái)高度相等時(shí)，控制器完成一次割臺(tái)高度的仿形控制。之后控制器仍然實(shí)時(shí)檢測(cè)割臺(tái)前端離地高度，以備進(jìn)行下次割臺(tái)高度仿形。

在整個(gè)控制系統(tǒng)中，由上位機(jī)觸摸屏設(shè)定的數(shù)值均由大寫(xiě)字母表示，由控制器采集的傳感器數(shù)值均由小寫(xiě)字母表示。在整個(gè)割臺(tái)高度仿形過(guò)程中，首先通過(guò)上位機(jī)觸摸屏下發(fā)設(shè)定的最佳收獲割臺(tái)高度H2和容差Δα；在控制器接收到設(shè)定的割臺(tái)高度時(shí)，將此時(shí)采集的實(shí)時(shí)割臺(tái)高度h2與設(shè)定高度H2進(jìn)行比較，通過(guò)輸出升高或降低割臺(tái)命令使割臺(tái)實(shí)際高度h2逼近設(shè)定高度H2。機(jī)器通過(guò)液壓缸的伸縮來(lái)控制割臺(tái)升降，控制器采集液壓缸的長(zhǎng)度h3來(lái)判斷割臺(tái)是否達(dá)到設(shè)定高度H2，當(dāng)采集的h2與h3同時(shí)與設(shè)定的割臺(tái)高度H2的差值在允差Δα范圍內(nèi)時(shí)，表示當(dāng)前割臺(tái)達(dá)到了設(shè)定高度，控制器調(diào)整割臺(tái)高度完畢。此時(shí)控制器記錄下割臺(tái)前端的離地高度H1，此高度為之后機(jī)器進(jìn)行收獲任務(wù)時(shí)的基準(zhǔn)高度，并且控制器向上位機(jī)觸摸屏發(fā)送允許開(kāi)始進(jìn)行收獲任務(wù)及允許割臺(tái)仿形標(biāo)志。

當(dāng)上位機(jī)接收到開(kāi)始工作標(biāo)志時(shí)，操作人員才可以進(jìn)行收獲任務(wù)，在收獲過(guò)程中，控制器不斷采集割臺(tái)前端的實(shí)時(shí)高度h1，同時(shí)與之前記錄的割臺(tái)前端基準(zhǔn)高度H1進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)兩者差值的絕對(duì)值＞3Δα?xí)r，控制器分析得出當(dāng)前傳感器檢測(cè)位置存在障礙的結(jié)論，之后割臺(tái)立即執(zhí)行割臺(tái)仿形控制。

控制器根據(jù)實(shí)際高度h1與基準(zhǔn)高度H1之間的大小來(lái)進(jìn)行分析，當(dāng)h1的高度小于基準(zhǔn)高度H1時(shí)，表示割臺(tái)下方有突起物或其他因素，需升高割臺(tái)高度，反之則表示割臺(tái)前方有凹陷地形，需降低割臺(tái)高度。控制器輸出相應(yīng)控制信號(hào)給液壓控制器，液壓控制器控制液壓缸將割臺(tái)抬升或降低。控制器控制割臺(tái)升降由控制器上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出模塊實(shí)現(xiàn)，共兩路分別控制割臺(tái)的上升與下降，其原理為控制器的CPU 輸出高低電平控制相應(yīng)的繼電器線圈是否帶電，當(dāng)繼電器線圈有電時(shí)，該模塊常閉斷開(kāi)，常開(kāi)閉合，依此便能對(duì)割臺(tái)的高度進(jìn)行控制。當(dāng)控制割臺(tái)上升時(shí)，繼電器線圈帶電，其控制上升回路閉合，將割臺(tái)抬起，同時(shí)安裝在液壓控制器上的拉線傳感器測(cè)量的長(zhǎng)度h3隨之發(fā)生變化，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)高度時(shí)，繼電器線圈掉電，控制回路斷開(kāi)，割臺(tái)停止上升；同理進(jìn)行割臺(tái)下降控制。控制割臺(tái)升降時(shí)控制器采集的割臺(tái)中部的高度h2會(huì)伴隨控制發(fā)生變化，當(dāng)機(jī)器越過(guò)故障后，控制器采集到的高度h2與設(shè)定的割臺(tái)高度H2的差值會(huì)回到Δα 范圍內(nèi)，此時(shí)停止控制割臺(tái)高度，完成一次割臺(tái)高度仿形控制，同時(shí)控制器再不斷采集割臺(tái)前端的實(shí)際高度h1，預(yù)備進(jìn)行下次遇到障礙時(shí)的割臺(tái)高度控制。

割臺(tái)高度仿形流程如圖4 所示。

4 收獲作業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證

以1 臺(tái)4 行190 kW 的穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)為樣機(jī)，主要參數(shù)如表1 所示。

表1 樣機(jī)主要參數(shù)Tab.1 Parameter of harvester

試驗(yàn)樣機(jī)搭載所研制的割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)，開(kāi)展仿形系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，玉米收獲機(jī)作業(yè)行走平均速度4 km/h，割臺(tái)轉(zhuǎn)速400 r/min，在割臺(tái)前端安裝2 個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，傳感器與割臺(tái)最低點(diǎn)距離L1為1.05 m，割茬高度控制在90～110 mm 范圍內(nèi)。本次割臺(tái)仿形穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)試驗(yàn)在河北省固安縣中機(jī)美諾科技股份有限公司固安試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，在試驗(yàn)過(guò)程中將采集割臺(tái)高度和割臺(tái)轉(zhuǎn)速信息，以及工作狀態(tài)下玉米收獲機(jī)的前進(jìn)速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。將采集的數(shù)據(jù)繪制成折線圖，可分析玉米機(jī)在收獲狀態(tài)下，各個(gè)部件的參數(shù)信息。試驗(yàn)樣機(jī)與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖5 所示。

圖5 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及樣機(jī)Fig.5 Test site and harvester

玉米收獲機(jī)前進(jìn)速度可反映車輛的收獲效率，在正常收獲狀態(tài)下，如前方無(wú)障礙且地面信息平整時(shí)，機(jī)器的收獲速度最大可到6 km/h。割臺(tái)高度信息則是割臺(tái)高度仿形中最重要的參數(shù)，在試驗(yàn)前，需要提前確定割臺(tái)收獲高度，作為上位機(jī)的設(shè)定高度，控制器生成在平整地面環(huán)境下的地面信息趨勢(shì)折線，之后在收獲過(guò)程中可根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)割臺(tái)高度，生成新的地面信息趨勢(shì)折線，之后通過(guò)割臺(tái)高度仿形系統(tǒng)的軟件控制邏輯，完成對(duì)應(yīng)的割臺(tái)高度控制。

在累計(jì)作業(yè)8 h 的驗(yàn)證試驗(yàn)中，割臺(tái)調(diào)整平穩(wěn)，割臺(tái)無(wú)觸地現(xiàn)象，截取部分代表性數(shù)據(jù)，繪制割臺(tái)仿形實(shí)際控制效果如圖6 所示。

圖6 割臺(tái)仿形高度隨時(shí)間的變化Fig.6 Variation of header profile height over time

由圖6 可知，割臺(tái)調(diào)整均在合理范圍內(nèi)，整體試驗(yàn)過(guò)程并未發(fā)生觸土現(xiàn)象，同時(shí)試驗(yàn)完畢，對(duì)玉米割茬進(jìn)行抽樣檢查，割茬高度控制在90～110 mm，符合預(yù)期設(shè)定，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所研制的割臺(tái)仿形系統(tǒng)的有效性。

5 結(jié)論

（1）基于超聲測(cè)距原理，研制了一種穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)的割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，超聲波測(cè)距傳感器安裝在割臺(tái)分禾器前端，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)割臺(tái)分禾器與地面高度差，將高度差信號(hào)傳輸至玉米收獲機(jī)的中心控制終端，由控制器發(fā)出相應(yīng)調(diào)整指令，控制割臺(tái)調(diào)整液壓油缸進(jìn)行割臺(tái)高度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)玉米收獲機(jī)在作用過(guò)程中的割臺(tái)自適應(yīng)仿形。

（2）以1 臺(tái)4 行190 kW 的穗莖兼收鮮食玉米收獲機(jī)為樣機(jī)，搭載割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)，開(kāi)展仿形系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，累計(jì)作業(yè)8 h，割臺(tái)調(diào)整平穩(wěn)，割臺(tái)無(wú)觸地現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所研制的基于超聲測(cè)距的割臺(tái)自適應(yīng)仿形系統(tǒng)的可行性與有效性。