趙男 金誠謙 王超 唐小涵 郭榛

摘要：清選系統(tǒng)作為谷物聯(lián)合收獲機(jī)的核心部件，直接影響著收獲機(jī)的作業(yè)效率和清選效果。目前我國谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選系統(tǒng)的智能化程度普遍較低，如何實(shí)現(xiàn)清選裝置高效智能化技術(shù)發(fā)展和提高清選系統(tǒng)工作性能是谷物聯(lián)合收獲機(jī)研究的難點(diǎn)。從清選系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、損失監(jiān)測(cè)傳感器、信號(hào)處理電路以及自適應(yīng)控制系統(tǒng)研究等方面綜述分析國內(nèi)外谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選損失監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)調(diào)控等技術(shù)研究進(jìn)展，探究提高谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選系統(tǒng)損失監(jiān)測(cè)精度以及清選裝置自適應(yīng)調(diào)節(jié)效果，以期為實(shí)現(xiàn)谷物聯(lián)合收獲機(jī)整機(jī)智能化和信息化提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 谷物聯(lián)合收獲機(jī)；清選系統(tǒng)；智能化技術(shù)

中圖分類號(hào)：S225.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2023） 03-0163-08

Abstract： As the core part of the combined harvester， the cleaning system directly affects the efficiency and the cleaning effect of the harvester. At present， the intellectualization degree of the cleaning system of the grain combined harvester is generally low in China. How to realize the development of efficient intellectualization technology of the cleaning device and improve the performance of the cleaning system are the difficulties in the research of the grain combined harvester. Therefore， this paper summarizes and analyzes the research progress of intelligent technology in the cleaning system of grain combined harvester at home and abroad from the basic structure of the cleaning system， loss monitoring sensor， signal processing circuit and adaptive control system， and explores the development direction of intelligent technology in the cleaning system of grain combined harvester. It is expected to provide theoretical basis for realizing the intelligence and information of the whole grain combined harvester.

Keywords： grain combined harvester; cleaning system; intelligent technology

0引言

農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化技術(shù)研究對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著重要意義，智能化、自動(dòng)化是國內(nèi)收獲機(jī)械的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)。清選系統(tǒng)作為谷物聯(lián)合收獲機(jī)的關(guān)鍵部件，各結(jié)構(gòu)工作參數(shù)的調(diào)控對(duì)清選過程中籽粒損失率和含雜率有很大影響［12］。目前，我國谷物聯(lián)合收獲機(jī)械化水平逐漸提高，谷物收獲機(jī)械清選系統(tǒng)逐步走向信息化和智能化，但是智能化程度較低，而發(fā)達(dá)國家收獲機(jī)械化水平較高，智能化水平日益完善；為提高谷物機(jī)械收獲效率，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)收獲，谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選系統(tǒng)智能化技術(shù)研究成為提高收獲效率的研究重點(diǎn)。

本文從清選系統(tǒng)損失傳感器、信號(hào)處理電路、監(jiān)測(cè)裝置以及清選裝置自適應(yīng)控制系統(tǒng)等方面進(jìn)行綜述，分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，期望為谷物收獲機(jī)械清選系統(tǒng)智能化發(fā)展提供參考。

1清選系統(tǒng)的基本構(gòu)成

谷物聯(lián)合收獲機(jī)的清選系統(tǒng)通常可以分為兩大類：分別是氣流式清選裝置和風(fēng)篩式清選裝置。氣流式清選裝置的工作原理是按照谷粒的懸浮速度和空氣動(dòng)力特性來進(jìn)行清選，常見的有氣吹式、氣吸式和旋風(fēng)分離式。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、清選倉空間小、功率消耗低和噪聲小等。風(fēng)篩式清選裝置的工作原理是利用氣流和篩子之間的相互配合進(jìn)行清選，主要構(gòu)成部件有機(jī)架、風(fēng)機(jī)、篩子、抖動(dòng)板、調(diào)節(jié)裝置和傳動(dòng)系統(tǒng)等。兩者相比較風(fēng)篩式清選裝置的清選效果更好、效率更高，清選后得到的谷粒含雜率低、損失率低。氣流式清選裝置因?yàn)槠涔β市?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅靠氣流作用在喂入量較大時(shí)難以達(dá)到理想的清選效果，所以風(fēng)篩式清選裝置應(yīng)用范圍更廣，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2清選系統(tǒng)損失監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀

谷物聯(lián)合收獲機(jī)械清選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)谷物清選損失監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)整機(jī)收獲智能化和有效降低收獲損失率的重要措施。清選損失監(jiān)測(cè)研究主要集中在監(jiān)測(cè)傳感器、信號(hào)處理電路和監(jiān)測(cè)裝置研究等方面。

2.1監(jiān)測(cè)傳感器研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家對(duì)清選籽粒質(zhì)量監(jiān)測(cè)的研究較早，且谷物清選損失監(jiān)測(cè)傳感器發(fā)展至今已實(shí)現(xiàn)商品化，Case 2366IH聯(lián)合收獲機(jī)等都配備了清選損失監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)谷物收獲過程中清選損失參數(shù)，幫助駕駛員及時(shí)掌握籽粒清選情況，及時(shí)進(jìn)行參數(shù)反饋調(diào)控。谷物收獲損失監(jiān)測(cè)裝置多數(shù)采用不同形式的傳感器，目前對(duì)于電聲式傳感器和壓力傳感器為主；原理是利用谷物清選脫出物成分性質(zhì)的不同，所產(chǎn)生的聲音信號(hào)或者振壓信號(hào)頻率也就不同，再通過濾波方法去除無用信號(hào)，實(shí)現(xiàn)谷物清選質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。

國外學(xué)者早期研制了一種電聲式谷物清選損失監(jiān)測(cè)傳感器，如圖2所示，該傳感器將收集的籽粒和莖稈等物料撞擊到感應(yīng)板上的聲波信號(hào)，用靈敏度較高的麥克風(fēng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，籽粒信號(hào)通過電聲原理和濾波處理技術(shù)獲得。Deniz等［3］通過用PW4C3-300壓力傳感器對(duì)籽粒進(jìn)行損失檢測(cè)，通過傳感器上的籽粒產(chǎn)生的響應(yīng)，對(duì)谷粒損失程度進(jìn)行分辨，從而獲得損失情況。Gierz等［4］采用PVDF壓電材料制作了壓電傳感器，在播種機(jī)中對(duì)兩種小麥籽粒進(jìn)行了模擬研究。對(duì)比了相鄰時(shí)間下寬度不同的兩個(gè)窗口，在原有信號(hào)記錄基礎(chǔ)上更新了粒子計(jì)數(shù)的算法，記錄混合信號(hào)的窗口時(shí)間間隔為10 μms，記錄籽粒撞擊信號(hào)的窗口時(shí)間間隔為2 μms。通過連續(xù)測(cè)試確定出發(fā)閾值以及單獨(dú)窗口閾值大小，利用高通濾波器減少周期噪聲影響。

Dickhans等［5］早期研制了一種谷粒檢測(cè)敏感板，該敏感板材料選用金屬材質(zhì)，利用傳感器來檢測(cè)金屬板上谷粒撞擊時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，如圖3所示；澳大利亞學(xué)者利用薄金屬板結(jié)合壓電陶瓷設(shè)計(jì)一種谷物損失傳感器，但存在金屬板表面靈敏度分布極不均勻的問題，而限制了監(jiān)測(cè)裝置的頻率上限；Yilmaz等［6］等采用PVDF壓電薄膜傳感器對(duì)鷹嘴豆籽粒進(jìn)行了檢測(cè)，并且建立了損失監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過計(jì)算鷹嘴豆與秸稈比值確定了籽粒含量，利用烘干機(jī)確定3種含水量來確定電壓閾值，如果超過設(shè)定閾值則判斷為鷹嘴豆撞擊信號(hào)。試驗(yàn)表明水分含量增加時(shí)鷹嘴豆閾值會(huì)增加，籽粒含量增大時(shí)閾值會(huì)降低。

TeeJet LH765型［7］糧食損失監(jiān)測(cè)裝置所采用的籽粒清選損失傳感器，由兩部分組成，分別是集成Walker傳感器（抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度準(zhǔn)確）和全寬型Sieve傳感器。Liang等［8］對(duì)谷物損失傳感器陣列化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化：結(jié)果發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器板的最優(yōu)尺寸為：長度150 mm、寬度40 mm、厚度10 mm，可以明顯地提高對(duì)籽粒檢測(cè)和識(shí)別的效果。Zhao等［9］設(shè)計(jì)的一種基于壓電陶瓷的顆粒碰撞傳感器可對(duì)谷物沖擊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此傳感器用粘貼在敏感板中心位置的圓形YT-5L壓電陶瓷作為敏感元件，并且優(yōu)化了減振方式消除了機(jī)具自身振動(dòng)帶給敏感板的振動(dòng)干擾。周利明等［10］設(shè)計(jì)了一款陣列式PVDF傳感器，該傳感器的敏感材料選用聚偏二氯乙烯（PVDF）壓電薄膜，該結(jié)構(gòu)包括兩層PET保護(hù)層，中間層為PVDF壓電薄膜，下層為阻尼材料和鋁合金基體層，可以對(duì)傳感器進(jìn)行阻尼和支撐。

在較早時(shí)期，電聲式傳感器是最先出現(xiàn)應(yīng)用于清選籽粒損失的監(jiān)測(cè)，但在實(shí)際應(yīng)用過程中由于振動(dòng)、噪聲等影響干擾，導(dǎo)致其監(jiān)測(cè)精度較差。為提高清選過程的監(jiān)測(cè)效率，許多學(xué)者通過采用不同材料的敏感片來實(shí)現(xiàn)傳感器的監(jiān)測(cè)，通過對(duì)新型材料的研發(fā)，有效降低了機(jī)械振動(dòng)所導(dǎo)致的噪聲影響，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)頻上限。

對(duì)于清選損失監(jiān)測(cè)傳感器的研究，國外技術(shù)水平相對(duì)成熟，國內(nèi)起步晚，也有許多國內(nèi)學(xué)者在原有傳感器基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，不斷提高傳感器的準(zhǔn)確度，并研發(fā)出精準(zhǔn)高效的清選損失監(jiān)測(cè)裝置。

2.2信號(hào)處理電路研究現(xiàn)狀

清選監(jiān)測(cè)裝置傳感器信號(hào)處理電路工作原理是：清選過程中籽粒沖擊敏感元件產(chǎn)生信號(hào)后，由電荷等效電路和電壓放大器將收到的信號(hào)進(jìn)行輸出，將電荷轉(zhuǎn)變成輸出信號(hào)，利用籽粒和其他雜物產(chǎn)生的干擾信號(hào)頻率不同，通過帶通濾波將不同頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行區(qū)分，從而識(shí)別輸出籽粒沖擊信號(hào)。模擬信號(hào)處理電路組成主要包括電壓放大器、帶通濾波器、精密全波整流電路、包絡(luò)檢波電路等元件串聯(lián)，如圖4所示。

周賢龍［11］設(shè)計(jì)一種谷物清選損失監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用一種多觸點(diǎn)感應(yīng)膜來監(jiān)測(cè)籽粒信號(hào)，谷物沖擊時(shí)，感應(yīng)膜形成閉合回路，獲得脈沖信號(hào)；無谷物沖擊時(shí)，感應(yīng)膜為開路狀態(tài)，并且能區(qū)別出谷粒和雜質(zhì)信號(hào)。唐飛龍［12］提取出水稻籽粒撞擊敏感板的信號(hào)與噪聲信號(hào)，并進(jìn)行對(duì)比分析設(shè)計(jì)了電荷放大、高通濾波、檢波與電壓比較的信號(hào)處理電路，采用水稻籽粒進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，結(jié)果表示該裝置監(jiān)測(cè)精度在95%左右，監(jiān)測(cè)效果較好。關(guān)佳軍［13］運(yùn)用多傳感器融合多組信息，通過FastICA算法將混疊信號(hào)中的籽粒撞擊信號(hào)識(shí)別并分離，預(yù)濾波后使用奇異值分解算法求解出源數(shù)值m為8，隨機(jī)選取8組數(shù)據(jù)作為濾波觀測(cè)信號(hào)，成功將籽粒碰撞信號(hào)分離。王鶴［14］設(shè)計(jì)了一種谷物流量檢測(cè)傳感器，采用PVDF敏感元件，提出了一種以EMD（經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解）算法為基礎(chǔ)的去噪方法，有效解決了谷物流量檢測(cè)中出現(xiàn)的噪聲問題。同時(shí)對(duì)混疊信號(hào)進(jìn)行EMD預(yù)處理獲得IMF分量，從而確定信噪分界點(diǎn)為最小能量分量，有效實(shí)現(xiàn)了信噪分離，提高了谷物流量檢測(cè)的精確性。高建民等［15］為了降低谷物清選損失監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制作成以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，運(yùn)用混沌算法對(duì)籽粒信號(hào)進(jìn)行處理，建立了仿真模型，通過加入籽粒信號(hào)和白噪聲，檢測(cè)出兩個(gè)系統(tǒng)的信噪比，得出結(jié)論：Duffing振子檢測(cè)系統(tǒng)可以明顯地提高對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)效果，相對(duì)于傳統(tǒng)的時(shí)域監(jiān)測(cè)方法更高效，并且通過仿真證明該算法對(duì)于谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選損失的檢測(cè)是可行的。李耀明等［16］研制了一種由清選損失監(jiān)測(cè)傳感器、高精度二次儀表和信號(hào)調(diào)制電路組成的谷物損失監(jiān)測(cè)裝置，該裝置利用清選損失傳感器接收籽粒撞擊敏感板的信號(hào)，然后通過信號(hào)調(diào)理電路過濾干擾信號(hào)，再由指示燈和報(bào)警儀器將損失狀況反饋給收獲機(jī)操作人員。

對(duì)于清選系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)處理電路研究，國內(nèi)學(xué)者通過采用更為靈敏的感應(yīng)膜、濾波算法和檢測(cè)系統(tǒng)等對(duì)采集的籽粒信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，并且利用LS-DYNA、simulink和EVC程序等電腦軟件驗(yàn)證其在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的可行性，提高了監(jiān)測(cè)裝置的精準(zhǔn)度。

2.3監(jiān)測(cè)裝置研究現(xiàn)狀

2.3.1監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)

谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)于谷物清選損失有很大影響，國外清選系統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)較為成熟，但存在價(jià)格較高且適用性差等問題，在國外大型谷物收獲機(jī)械基本都裝配清選工作監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)清選系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)控，像風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、分風(fēng)板傾角及損失含雜監(jiān)測(cè)等；國內(nèi)學(xué)者在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)清選系統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置研究；表1是國內(nèi)對(duì)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理部分研究介紹。

2.3.2監(jiān)測(cè)裝置安裝位置

谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選監(jiān)測(cè)裝置的安裝位置對(duì)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置功能有很大影響，通過對(duì)安裝位置的研究，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，探究清選裝置工作過程的谷物狀態(tài)、各清選結(jié)構(gòu)工作參數(shù)情況等；許多學(xué)者通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)確定了監(jiān)測(cè)裝置在清選室的最佳安裝位置，提高了清選監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，降低清選過程監(jiān)測(cè)裝置的相對(duì)誤差。原蘇聯(lián)將谷物損失監(jiān)視器分別安裝在篩子、逐稿器后面和魚鱗篩下面，實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測(cè)夾帶損失量、損失量和收獲量。Maertens等［21］為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)谷物損失的目的，提出了在振動(dòng)篩后方排出口的位置安裝設(shè)計(jì)的谷物損失監(jiān)測(cè)傳感器的方法，研制的谷物損失監(jiān)測(cè)傳感器能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單位時(shí)間內(nèi)的谷物損失情況。MR［22］將谷物清選損失監(jiān)測(cè)傳感器安裝在John Deere 955聯(lián)合收獲機(jī)振動(dòng)篩的后方，提出將傳感器監(jiān)測(cè)信息結(jié)合谷物含水率、產(chǎn)量、機(jī)器速度獲得收獲損失的監(jiān)測(cè)方法。Maertens［23］和Geert［24］等對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)監(jiān)測(cè)裝置安裝位置進(jìn)行了研究，并建立了清選裝置不同位置清選損失預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，通過試驗(yàn)證明在清選篩尾后安裝傳感器是監(jiān)測(cè)清選損失的最佳位置。

唐忠等［25］通過對(duì)籽粒和脫出物雜余的分布規(guī)律進(jìn)行了分析，確定了 PVDP 陣列晶體傳感器的安裝位置，使夾帶損失傳感器的檢測(cè)精度得到了有效提高，使其精度保持在4.5%～5.26%。梁振偉等［26］研制了一種全寬型的籽粒損失監(jiān)測(cè)傳感器，其結(jié)構(gòu)是雙向隔振，距離尾篩中心線300 mm、角度為45°的位置安裝到軸流式聯(lián)合收獲機(jī)上（如圖5所示），建立了籽粒清選損失監(jiān)測(cè)的數(shù)學(xué)模型并其通過田間試驗(yàn)來驗(yàn)證此模型，結(jié)果表明該數(shù)學(xué)模型可靠，籽粒清選損失監(jiān)測(cè)的最大相對(duì)誤差為3.26%。魏純才［27］提出在油菜聯(lián)合收獲機(jī)振動(dòng)篩后方橫向布置一體多塊式清選損失監(jiān)測(cè)傳感器，通過壓電原理計(jì)數(shù)損失籽粒，以監(jiān)測(cè)量和籽粒損失量作為自變量建立清選損失數(shù)學(xué)模型，可以實(shí)時(shí)獲取清選損失量。

通過以上研究可知，許多學(xué)者不斷探究籽粒損失監(jiān)測(cè)裝置的新技術(shù)和新方法，設(shè)計(jì)優(yōu)化清選監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)清選系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且結(jié)合試驗(yàn)找到了監(jiān)測(cè)裝置的最佳安裝位置，提高了籽粒損失信號(hào)的監(jiān)測(cè)精度和可靠性。

3清選系統(tǒng)自適應(yīng)控制策略研究現(xiàn)狀

清選裝置自適應(yīng)控制系統(tǒng)的研發(fā)對(duì)于清選系統(tǒng)智能化有著重要意義，在國外，隨著清選監(jiān)測(cè)裝置商品化的發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)的日益提高，許多大型農(nóng)業(yè)機(jī)械公司都實(shí)現(xiàn)了谷物收獲機(jī)械的智能化控制，對(duì)谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選裝置配備自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以保證收獲機(jī)械在工作過程中清選系統(tǒng)適應(yīng)不同的收獲環(huán)境、質(zhì)量要求以及谷物特性等條件。

紐荷蘭型CX6.80谷物聯(lián)合收獲機(jī)的清選系統(tǒng)采用了最新的OpiFan風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)和Smart Sieve型智能清選篩?？梢詫?shí)現(xiàn)谷物聯(lián)合收獲機(jī)在田間作業(yè)時(shí)遇到的不同實(shí)際情況，對(duì)清選系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)工作部件的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到理想的清選要求和效果。LEXION 700系列聯(lián)合收獲機(jī)［28］配備有CEMOS AUTOMATIC自動(dòng)匹配功能，該系統(tǒng)可以對(duì)清選和分離作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)持續(xù)調(diào)控，從而使收割機(jī)在不同的收割條件下也能很好地進(jìn)行對(duì)谷物的清選，有效提高了谷物收獲過程的清選效率和清選質(zhì)量，機(jī)器會(huì)自動(dòng)設(shè)置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、上篩板開口和下篩板開口等作業(yè)參數(shù)。Case 4088型聯(lián)合收割機(jī)裝配有一種新型智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)［2930］，可以根據(jù)聯(lián)合收獲機(jī)在田間作業(yè)時(shí)的實(shí)際需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和振動(dòng)篩曲柄轉(zhuǎn)速，使其作業(yè)參數(shù)保持在理想值。John Deere L70系列［31］谷物聯(lián)合收獲機(jī)配備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)作物各種不同的屬性，自動(dòng)調(diào)節(jié)清選裝置參數(shù)（風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、篩子開度、振動(dòng)篩頻率等）。

Omid等［32］設(shè)計(jì)了一種模糊邏輯控制器（FLC），使收獲機(jī)在秸稈行走器和上篩位置檢測(cè)籽粒損失，從而對(duì)機(jī)器的作業(yè)速度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和凹板篩間隙進(jìn)行調(diào)整，使聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)時(shí)達(dá)到理想損失效果。Dimitrov 等［33］對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)可調(diào)作業(yè)參數(shù)中作業(yè)速度、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了模糊專家系統(tǒng)建模，構(gòu)造了隸屬函數(shù)，計(jì)算了專家模型的一致性指標(biāo)，并在分析的基礎(chǔ)上選擇了最優(yōu)模型，研究發(fā)現(xiàn)可應(yīng)用于聯(lián)合收獲機(jī)復(fù)雜多變的田間作業(yè)。Tsarev等［34］將電動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到聯(lián)合收獲機(jī)使用的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，使聯(lián)合收獲機(jī)在田間作業(yè)時(shí)面對(duì)不同工況變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)作業(yè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合收獲機(jī)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和魚鱗篩篩片開度等作業(yè)參數(shù)的電動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)。Gundoshmian等［35］提出了一種三層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合反向傳播（BP）訓(xùn)練算法，建立聯(lián)合收獲機(jī)性能模型，應(yīng)用試錯(cuò)法和不同結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究確定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，利用該模型研究了小麥產(chǎn)量、作物含水率、割臺(tái)高度、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、凹板篩間隙、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、穎殼篩開度和下篩開度對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)性能的影響。

在國內(nèi)，蔡陽陽［36］設(shè)計(jì)了一種基于電路設(shè)計(jì)控制裝置采用ARM S3C2440A處理器和以Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺(tái)控制的聯(lián)合收獲機(jī)多功能操控手柄控制裝置，此操縱桿可以對(duì)風(fēng)機(jī)、分風(fēng)板和魚鱗篩等作業(yè)部件進(jìn)行調(diào)控。蔣瑞鋒［37］通過對(duì)聯(lián)合收割機(jī)電驅(qū)動(dòng)智能控制系統(tǒng)研究，設(shè)計(jì)離心風(fēng)扇模糊控制器，并進(jìn)行了仿真模型調(diào)試，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制算法及模糊控制器能根據(jù)聯(lián)合收割機(jī)的不同作業(yè)情況及時(shí)調(diào)整和控制所需的作業(yè)參數(shù)，使聯(lián)合收割機(jī)發(fā)揮最大工作效率。蘇航［38］構(gòu)建以聯(lián)合收割機(jī)關(guān)鍵部件脫粒與清選裝置為研究對(duì)象的參數(shù)匹配技術(shù)研究平臺(tái)，設(shè)計(jì)一種基于知識(shí)的參數(shù)匹配方法，實(shí)現(xiàn)脫粒與清選裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的合理匹配，利用知識(shí)庫構(gòu)建參數(shù)化模型，運(yùn)用二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)脫粒與清選裝置模型參數(shù)化、模型驅(qū)動(dòng)等設(shè)計(jì)功能。

張琨［39］以PLC為核心控制器，以電子觸摸屏作為監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)界面，設(shè)計(jì)了一種清選監(jiān)控系統(tǒng)，如圖6所示，對(duì)相關(guān)工作部件的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)液壓執(zhí)行元件的參數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，通過模糊控制的方法得到作業(yè)速度的改變量，達(dá)到清選裝置保證可靠性的同時(shí)提高工作效率。

唐飛龍［12］設(shè)計(jì)了一種谷物聯(lián)合收獲機(jī)清選損失監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠及時(shí)地反饋谷物聯(lián)合收獲機(jī)在進(jìn)行清選作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的損失情況，方便操作人員及時(shí)了解收獲的損失狀況，并做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。也可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析生成控制信號(hào)，用來控制聯(lián)合收獲機(jī)在田間作業(yè)時(shí)的前進(jìn)速度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、魚鱗篩開度或振動(dòng)頻率等。從而進(jìn)一步提高谷物聯(lián)合收獲機(jī)的自動(dòng)化，及時(shí)降低谷物聯(lián)合收獲機(jī)的清選損失率。仇解［40］采用一種灰色預(yù)測(cè)模糊控制模型理論算法，設(shè)計(jì)了一種清選損失檢測(cè)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)選用單片機(jī)為控制器，不僅解決了清選損失自適應(yīng)系統(tǒng)中的滯后問題，還能及時(shí)地對(duì)篩子的開度進(jìn)行控制，使清選損失率達(dá)到理想效果。蔣慶等［41］根據(jù)仿人智能控制原理，建立了自適應(yīng)控制策略數(shù)學(xué)模型算法，構(gòu)建了清選系統(tǒng)智能調(diào)控模式，并利用Matlab對(duì)該智能控制算法進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析。李偉［42］利用一種增量式模糊控制算法模型，基于無人機(jī)遙感圖像的智能聯(lián)合收獲機(jī)清選系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了清選系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、分風(fēng)板和魚鱗篩篩片開度的智能調(diào)控。申昊［43］以PLC為關(guān)鍵控制器，采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式制定了玉米收獲機(jī)整機(jī)控制系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了清選裝置液壓執(zhí)行元件的實(shí)時(shí)調(diào)控。魯業(yè)安等［44］研制了電氣控制的水稻縱軸流收獲機(jī)風(fēng)篩式清選裝置試驗(yàn)臺(tái)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，可以對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集以及對(duì)篩子振幅、曲柄轉(zhuǎn)速等作業(yè)參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)控。

從以上研究可知，在清選系統(tǒng)智能化技術(shù)研究方面，國內(nèi)學(xué)者主要針對(duì)清選損失的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制策略兩個(gè)方面進(jìn)行研究；清選損失的實(shí)時(shí)檢測(cè)方面，主要是利用相關(guān)的傳感器采集清選作業(yè)時(shí)谷粒撞擊到傳感器上產(chǎn)生的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)收獲機(jī)清選過程中的谷物損失率和相關(guān)工作結(jié)構(gòu)部件參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；清選系統(tǒng)的自適應(yīng)控制策略方面，主要是指調(diào)控風(fēng)篩式清選裝置關(guān)鍵工作部件的作業(yè)參數(shù)，如風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、篩子開度、振動(dòng)篩振頻、風(fēng)門開度等。根據(jù)收獲機(jī)在田間作業(yè)時(shí)遇到的不同環(huán)境和不同作物的屬性結(jié)合信息反饋，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)，但是人工手動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)的精度不夠且勞動(dòng)強(qiáng)度和難度較大?，F(xiàn)階段清選系統(tǒng)作業(yè)時(shí)的損失率監(jiān)測(cè)和清選作業(yè)關(guān)鍵部件工作參數(shù)的自動(dòng)調(diào)控技術(shù)并未得到全國范圍內(nèi)的推廣和應(yīng)用。所以應(yīng)該加大對(duì)谷物收獲機(jī)自適應(yīng)控制技術(shù)的研發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)清選系統(tǒng)工作參數(shù)和清選作業(yè)質(zhì)量的在線監(jiān)測(cè)、清選工作構(gòu)件作業(yè)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)控，提高清選作業(yè)參數(shù)調(diào)節(jié)精度，可以有效提高聯(lián)合收獲機(jī)的智能化水平，加快促進(jìn)我國收獲機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

4發(fā)展趨勢(shì)

1） 提高清選系統(tǒng)工作效率。隨著谷物聯(lián)合收獲機(jī)喂入量不斷增大，清選系統(tǒng)的工作性能不斷提高，伴隨著清選系統(tǒng)智能化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于清選系統(tǒng)的調(diào)控更加快速便捷，大大降低人為因素的干擾，實(shí)現(xiàn)清選裝置結(jié)構(gòu)工作參數(shù)精準(zhǔn)優(yōu)化，使得清選過程高效化。

2） 提高清選系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備通用性。實(shí)現(xiàn)谷物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)通用化，通過更換不同裝置部件和信號(hào)處理電路，實(shí)現(xiàn)大豆、谷子、小麥、水稻等不同特性谷物清選過程的監(jiān)測(cè)，研制出高精準(zhǔn)度谷物監(jiān)測(cè)傳感器，提升清選過程谷物監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3） 提高清選系統(tǒng)的信息化、智能化和自動(dòng)化程度。建立完善的谷物收獲云端系統(tǒng)，對(duì)不同谷物在清選過程中籽粒及其雜物產(chǎn)生的信號(hào)頻率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄上傳，實(shí)時(shí)計(jì)算顯示清選過程的損失率和含雜率。研發(fā)出完備的清選裝置自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過對(duì)清選裝置各部件的作業(yè)參數(shù)（風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、篩子振幅、魚鱗篩開度和分風(fēng)板傾角等）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋，調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)設(shè)置的清選損失率和含雜率標(biāo)準(zhǔn)對(duì)清選裝置參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)清選過程智能化和自動(dòng)化。

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