农业机械学报

作者：丁幼春，张栋津，董万静，徐春保，李浩鹏

单位：华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,

关键词：油菜;双变量施肥;变径离心式;多目标粒子群;积分型滑模控制

基金：国家重点研发计划项目（2023YFD2001001）

针对油菜高速播种作业中精准变量施肥问题，设计了一种基于变径离心式集中排肥器转速-开度双变量施肥控制序列的决策调控系统。通过分析多目标粒子群优化(Multi?objective particle swarm optimization, MOPSO)算法和遗传算法(Genetic algorithm, GA)的算法机理，结合标定试验建立排肥误差和控制器调节时间双目标模型，构建了GA-MOPSO施肥决策模型;为精准控制排肥轴转速，构建了排肥轴转速积分型滑模控制(Integral sliding mode control, ISMC)算法。仿真试验结果表明,在不同目标施肥量条件下，GA-MOPSO算法在30次独立运行中所得的超体积平均值分别为1.004、1.029、1.023，所得Pareto解集覆盖整个区域，连续性好，较于MOPSO和基于差分算法改进的多目标粒子群优化(DE-MOPSO)算法收敛性和均匀性更好;ISMC控制算法稳态时间为0.212s,稳态误差为0.013%,无超调量，较PID控制算法和模糊PID控制算法控制性能更优。台架试验结果表明，施肥决策模型选取权重向量为(0.9,0.1)生成控制序列，对比传统施肥决策方法，平均排量相对误差从4.17%降至2.27%，平均响应时间从0.92s降至0.83s;ISMC控制算法平均排量相对误差为2.73%，各行排量变异系数不高于5.62%，整体性能优于PID控制算法和模糊PID控制算法。路面试验结果表明，施肥决策调控系统在连续变量作业中，平均排量相对误差为3.56%，平均响应时间为0.79s。田间试验结果表明，当车速为6~12km/h、施肥量为300~600kg/hm2时，施肥决策调控系统排肥量相对误差不高于4.90%，响应时间不高于1.08s。研究结果可为集中式排肥装置高速变量施肥提供技术支持。

来源：2025年第10期

《农业机械学报》期刊编辑部

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