基于模糊PID控制的玉米精量播种机单体驱动器设计与试验

为提升新疆地区玉米精量播种机作业效率、稳定高速工况下播种质量,该研究以气吸圆盘式玉米排种器为研究对象,设计了一种基于模糊PID控制的玉米精量播种机单体驱动器.基于电机驱动排种控制系统硬件构成及工作原理,搭建了以STM32F103C8T6单片机为核心的功能电路.该单体驱动器工作时,由霍尔传感器采集播种机的作业速度,通过高精度光电旋转编码器实时反馈电机转速,利用增益调整型模糊PID算法使调速系统根据转速偏差和偏差变化率实时修正PID控制参数,使电机转速快速精准地跟随作业速度的变化.通过转速控制特性试验可知:脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)频率为60 kHz时,电机具有良好的启动特性;电机转速在307～10441 r/min范围内,电机实际转速变异系数均小于6.29％,具有较好的稳定性和线性度.电机调速试验结果表明:在设定电机目标转速为1500 r/min时,模糊PID调速系统相比传统PID调速系统超调量降低0.4％,上升时间和调节时间分别缩短0.12和0.49 s,稳态误差减小0.3％;在种床带速度反馈周期T=1.0 s时,模糊PID动态调速精度较高、鲁棒性好.电机驱动排种台架试验结果表明:作业速度为8、10 km/h时,两种控制方式的播种性能指标差异较小;作业速度为12 km/h时,模糊PID控制的播种合格指数大于93.04％,重播指数小于5.13％,漏播指数小于1.83％;与传统PID控制方式相比合格指数均值提高2.50个百分点,重播指数均值降低0.85个百分点,漏播指数均值降低0.88个百分点,各播种性能指标均优于传统PID控制方式,适于高速播种作业.研究结果可为玉米高速精量播种机的研发设计提供参考.