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联合收割机作业时，喂入量波动易影响脱粒性能。研究人员开发基于可变论域模糊 PID（VUFPID）的液压变径脱粒滚筒控制系统。实验表明该系统能实时调整脱粒间隙，降低谷物夹带损失率 8.72%，为提升收割机智能化水平提供方案。
在农业现代化进程中，联合收割机发挥着至关重要的作用。然而，其在作业时却面临着不小的挑战。脱粒装置中的脱粒间隙，也就是凹板筛与脱粒元件顶部之间的距离，它是影响脱粒性能的关键因素。在联合收割机作业过程中，喂入量常常出现大幅波动，这不仅会导致脱粒性能下降，严重时甚至会造成堵塞，大大缩短了设备的使用寿命。随着联合收割机朝着智能化、自动化方向发展，如何根据喂入量的变化自适应调整脱粒间隙，成为解决上述问题的关键所在。此前，虽然有研究尝试通过传统控制方法来解决，但由于谷物脱粒是一个包含时滞和不确定因素的非线性时变复杂系统，难以建立精确的数学模型，传统的 PID 控制方法在复杂工况下存在参数整定困难、易出现超调等问题，而模糊控制规则的输入输出基本论域固定，也存在使用不充分的缺陷。在这样的背景下，为了提升联合收割机的脱粒性能，来自国内的研究人员开展了一项关于液压变径脱粒滚筒控制系统的研究，相关成果发表在《Biosystems Engineering》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，设计了基于 STM32F407ZGT6 核心微控制器的自适应控制系统，该系统集成了多种传感器和控制元件。其次，运用 MATLAB 建立了带有自适应收缩扩张因子的可变论域模糊 PID（VUFPID）控制器和模糊 PID 控制器，并进行了对比仿真分析。最后，开展了田间实验，对自适应控制系统的性能进行验证。
下面来看具体的研究结果：
- 自适应控制系统设计：该系统由 STM32F407ZGT6 核心微控制器、电源电路、各类传感器、控制按钮、显示屏、U 盘以及驱动电路等组成。位移传感器和油压传感器用于测量脱粒间隙，为后续的控制调整提供数据支持。
- 仿真结果分析：仿真结果显示，当自适应控制器关闭时，脱粒间隙不随喂入量变化，保持在 13mm，夹带损失率从约 0.151% 上升到 0.512%；当自适应控制器开启，喂入量在 10s 时从 3kg?s?1 增加到 4kg?s?1，脱粒间隙从 13mm 调整到约 15mm，夹带损失率变化得到有效控制。对比可知，带有自适应收缩扩张因子的 VUFPID 控制器展现出更好的控制特性。
- 田间实验结果：田间实验表明，自适应控制系统能够根据喂入量的变化实时调整滚筒直径，从而改变脱粒间隙。开启自适应控制系统后，平均谷物夹带损失率相比未开启时降低了 8.72%。
综合研究结论和讨论部分，这项研究成功开发了液压变径脱粒滚筒自适应控制系统，并通过田间实验验证了其性能。带有自适应收缩扩张因子的可变论域模糊 PID（VUFPID）脱粒滚筒直径控制方法，相比传统模糊 PID 控制器具有明显优势。该研究成果对于提升联合收割机的智能化水平，降低谷物损失，提高农业生产效率具有重要意义，为农业机械领域的技术创新提供了新的思路和方法，有望推动联合收割机在实际作业中的性能提升，助力农业现代化发展。
