本文收录于《农业工程技术-农业信息化》2024年第5期，目次19
摘要：该文通过对小麦播种机械的自动化控制与性能优化的研究得出结论，小麦播种机械的自动化控制与性能优化，可以提高播种效率、降低播种成本、提高农作物产量和质量，进一步推动农业机械化水平的提升，为农业生产的可持续发展做出贡献。
关键词：小麦播种机械；自动化控制；性能优化
小麦播种机械的自动化控制与性能优化是农业机械领域的重要研究方向。随着科技的不断进步，自动化控制技术和性能优化方法在小麦播种机械中的应用越来越广泛。本文重点讨论传感技术、控制策略、执行机构和状态监测与故障诊断等自动化控制技术，以及播种机结构优化、播种精度优化、播种速度优化和播种深度优化等性能优化方法。
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小麦播种机械自动化控制技术
1.1 传感技术
传感器的应用可以实时获取播种机械所需的各种参数和环境信息，从而实现对播种过程的监测和控制。常见的传感技术包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光电传感器等。温度传感器用于监测播种机械的温度变化，以确保其正常工作温度范围内运行。湿度传感器可以测量土壤湿度，以确定播种的湿度条件是否适宜。压力传感器可以监测播种机械的工作压力，以保证播种的稳定性和一致性。光电传感器则可用于检测播种机械的位置和运动状态，以实现精确的控制和定位。传感技术的应用可以提高小麦播种机械的自动化程度，使其能够根据实际情况进行智能化的调控。通过传感器获取的数据，可以实时反馈给控制系统，从而实现对播种机械的精确控制和调节[1]。
1.2 控制策略
通过合理的控制策略，可以实现对播种机械的自动化控制和优化。常见的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。PID控制是一种经典的控制策略，通过对误差、积分和微分的综合调节，实现对播种机械的稳定控制。模糊控制则是一种基于模糊逻辑的控制策略，通过建立模糊规则库和模糊推理机制，实现对播种机械的模糊控制和自适应调节。神经网络控制则利用人工神经网络的学习和适应能力，实现对播种机械的非线性控制和优化。控制策略的选择和设计需要考虑到播种机械的特点和要求。不同的控制策略在不同的应用场景下具有不同的优势和适用性[2]。
1.3 执行机构
执行机构的设计和优化直接影响到播种机械的性能和效果。常见的执行机构包括电动机、气动元件、液压元件等。电动机是最常用的执行机构之一，通过电能转换为机械能，驱动播种机械的运动和操作。气动元件则利用气压能转换为机械能，实现播种机械的快速和精确控制。液压元件则利用液压能转换为机械能，实现播种机械的高压力和大力矩操作。执行机构的设计和选择需要考虑到播种机械的工作要求和环境条件。
1.4 状态监测与故障诊断
通过对播种机械的状态进行实时监测和故障诊断，可以及时发现问题并采取相应的措施。常见的状态监测与故障诊断方法包括振动监测、声音分析、图像识别等。振动监测可以通过对播种机械的振动信号进行采集和分析，判断其工作状态和故障情况。声音分析则通过对播种机械的声音信号进行处理和识别，判断其工作状态和异常情况。图像识别则利用计算机视觉技术，对播种机械的图像进行处理和分析，实现对其工作状态和故障情况的判断。状态监测与故障诊断的应用可以提高小麦播种机械的可靠性和稳定性，减少故障和停机时间，提高生产效率和质量。通过实时监测和故障诊断，可以及时采取维修和保养措施，延长播种机械的使用寿命[3]。
小麦播种机械性能优化方法
2.1 播种机结构优化
播种机结构优化是为了提高播种机的效率和性能而进行的改进。优化结构可以使播种机更加稳定、可靠，并且适应不同的播种条件和作物类型。在播种机结构优化中，一些关键的方面需要考虑。优化播种机的种子储存和供给系统。种子储存系统应设计合理，容易维护和清洁，并能够保持种子的质量。供给系统应确保种子的连续和均匀供给，以避免种子的堵塞或过量供给。优化播种机的排种器结构。排种器是播种机的核心部件，它需要能够准确地将种子按照规定的播量进行排种。优化排种器的结构可以提高排种的精度和稳定性，减少种子的损失和浪费。
2.2 播种精度优化
播种精度优化是指通过改进播种机的设计和控制系统，提高播种的准确性和一致性。优化播种精度可以确保种子的均匀分布和适当密度，从而提高农作物的生长和产量。优化种子供给系统。种子供给系统应能够精确控制种子的供给量，确保每个播种点都能得到适量的种子。通过使用精密的传感器和控制器，可以实现对种子供给量的实时监测和调节，从而提高播种的精度和一致性。优化排种器结构和工作机制。排种器是播种精度的关键部件，它需要能够准确地将种子排放到土壤中，并保持一定的间距和深度。
2.3 播种速度优化
播种速度优化是指通过改进播种机的结构和控制系统，提高播种的效率和速度。优化播种速度可以提高播种的生产力，减少播种时间，从而提高农作物的种植效益。首先，优化播种机的行走系统。行走系统应具备良好的操控性和稳定性，以确保播种机在不同地形和土壤条件下能够平稳行驶。通过提高行走系统的设计和性能，可以增加播种机的行走速度，从而提高播种的效率。其次，优化种子供给系统和排种器结构。种子供给系统应能够快速、连续地供给种子，以满足播种机高速运行的需求。排种器结构的优化可以提高排种的速度和稳定性，减少种子的堵塞和漏种现象。
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小麦播种机械自动化控制与性能优化实例
3.1 案例背景
研究选择了山东省西部、中部小麦主产区作为试验地点，选用了2款小麦高性能复式条播机和1款传统小麦条播机进行对比试验。其中，小麦高性能复式条播机使用潍柴雷沃和雷肯（进口）两种机型，具备整地播种一体、播前播后两次镇压，播种单体独立开沟仿形的特点，工作幅宽为3 m。传统小麦条播机则是市场上常见的一款机型，仅具备播后镇压功能，工作幅宽为1.3 m。
3.2 方案设计与实施
机具选型选择了小麦高性能复式条播机和传统小麦条播机进行对比试验，以评估高性能复式条播机的播种效果和性能优势。试验条件选择了山东省西部、中部小麦主产区的土地连片种植、集中统一管理的地块作为试验区域，使用相同的小麦种子、配套动力和驾驶员，采用相同的播种量进行对比，通过对比试验，对不同机具的播种效果进行评估和比较，包括播种质量、播种速度、播种深度等方面的指标。
3.3 优化效果评估
在该实例中，通过对比试验和数据分析，可以评估小麦高性能复式条播机与传统小麦条播机的播种效果和性能优势。评估指标可以包括播种质量、播种速度、播种深度等方面的指标。评估结果可以总结出高性能复式条播机相比传统条播机在播种效果和性能方面的优势，并提出改进建议。
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结语
该文探讨了小麦播种机械的自动化控制与性能优化。在自动化控制技术方面，传感技术、控制策略、执行机构和状态监测与故障诊断等方面起到关键作用。而在性能优化方面，播种机结构优化、播种精度优化、播种速度优化和播种深度优化等方法被提出。通过案例背景、方案设计与实施以及优化效果评估，可以进一步验证自动化控制与性能优化的实际效果。
参考文献：
[1]谢伟艺. 农业机械自动化应用与维修技术[J]. 南方农机,2017, 48(4):45-46.
[2]徐冬. 小麦精密播种机械的研究与应用[J]. 农业科技与装备, 2015,(6):79-80.
[3]王海燕. 不同小麦播种机械的性能比较[J]. 安徽农业科学,2014, 42(29):10439-10440.
作者单位：鄄城县引马镇人民政府
http://www.nygcjs.cn/cn/article/doi/10.16815/j.cnki.11-5446/s.2024.14.019
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