基于改进鲸鱼优化算法(CAWWOA)的玉米收获机智能控制系统研究——提升脱粒质量与减少夹带损失的新策略

本文针对玉米收获机脱粒过程智能控制难题，创新性地提出导流板自适应控制系统。通过建立脱粒损失影响模型，结合改进鲸鱼优化算法（CAWWOA）优化PID控制参数，显著提升系统响应速度（提高3.41-3.66 s）并降低超调量（减少3.93%-7.35%）。田间试验证明该系统能有效控制夹带损失（偏差仅4.50%~6.50%），为农业装备智能化提供了重要技术支撑。

　　

Highlight

i) 探究夹带损失与导流板角度的作用规律，创新性提出导流板角度自适应控制装置与系统

ii) 对鲸鱼优化算法(WOA)进行创新改进，用于优化PID参数以增强控制系统稳定性与响应能力

iii) 构建导流板调节动力学模型，建立导流板自适应调节系统的simulink仿真模型

iv) 通过仿真与田间试验验证导流板角度自适应控制系统的性能

导流板角度自适应控制系统

系统示意图如图1所示，由夹带损失监测装置和导流板自适应控制装置组成。夹带损失监测装置负责实时监测收获过程中的夹带损失率并反馈至控制器，导流板角度自适应控制系统则根据监测到的损失率自动调整导流板角度。

CAWWOA、WOA与PSO性能对比分析

使用三种智能优化算法——粒子群算法(PSO)、鲸鱼优化算法(WOA)和改进鲸鱼优化算法(COWWOA)——的控制系统性能仿真结果如图7、图8和表5所示。

如图7所示，经PSO算法优化的PID参数为：Kp = 1653.74, Ki = 1026.22, Kd = -1.544。经WOA算法优化的PID参数为：Kp = 1055.33, Ki = 971.32, Kd = -3.85。经COWWOA算法优化的PID参数为：Kp = 925.58, Ki = 1.68e-6, Kd = -11.82。

在执行PID参数优化时，COWWOA算法展现出了更优越的性能。

Conclusion

为填补当前基于作业质量实时监测的脱粒参数自适应调节研究空白，本研究设计了导流板角度自适应调节装置并开发了相应的CAWWOA算法。本研究的具体内容如下：

(1) 设计了夹带损失监测装置和导流板自适应控制装置，开发了基于实时监测的导流板角度自适应控制系统。