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当前玉米播种加速阶段存在诸多问题，为提升该阶段播种质量，研究人员开展基于跟踪微分滤波 - 最优跟踪控制（TDF-OTC）法的玉米播种系统研究。结果显示该方法成效显著，为精准播种技术进步提供了重要参考。
在农业生产的大舞台上，玉米作为全球重要的粮食作物，其种植成果关乎着粮食安全与人们的生活质量。随着全球人口的持续增长，人地矛盾日益尖锐，提高玉米产量成为农业领域亟待攻克的难题。播种环节，作为玉米种植的关键起始点，对最终产量起着决定性作用。合适的播种间距能让玉米植株充分吸收养分、阳光和水分，茁壮成长；而过大或过小的间距，则会导致植株生长不良，影响产量。
在现代播种技术中，电动播种系统成为主流，不少知名品牌纷纷采用。然而，看似先进的技术背后却隐藏着问题。在播种加速阶段，也就是播种机从静止状态启动逐渐达到稳定速度的过程中，现有播种控制方法和质量评估存在明显短板。一方面，播种机速度变化剧烈，常用的速度测量方法，像地面轮编码器会因车轮打滑产生误差，多普勒雷达不仅价格昂贵还存在测量延迟，即便广泛应用的 GNSS，在应对加速阶段复杂的速度变化时，也显得力不从心。而且，目前常用的信号滤波方法，如卡尔曼滤波，并不适用于单个传感器振荡信号的去噪。另一方面，种子计量驱动电机的目标速度在加速阶段变化复杂，现有的一些智能控制算法，如各种模糊 PID 算法，在实际应用中面临诸多挑战，比如隶属函数选择依赖专家经验，缺乏统一标准，导致加速播种阶段控制参数调整困难。这些问题严重影响了加速阶段的播种质量，使得在有限的农田资源下，玉米产量难以实现最大化提升。
为了打破这些困境，来自中国农业大学等研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项旨在改善玉米播种加速阶段播种质量的研究，提出了跟踪微分滤波 - 最优跟踪控制（TDF-OTC）法，并围绕这一方法展开了一系列深入研究。最终研究发现，该方法在提升播种质量方面效果显著，为精准播种技术的发展开辟了新的道路。该研究成果发表在《Computers and Electronics in Agriculture》上，引起了行业内的广泛关注。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，构建了电动播种系统，为 TDF-OTC 法提供硬件支撑。该系统包括播种机体、速度采集单元、终端单元和播种单体控制单元等。其次，基于 TDF 设计了非线性跟踪微分器（NLTD），用于处理速度测量信号的滤波问题；基于 OTC 设计了线性二次跟踪器（LQT），实现对种子计量驱动电机加速过程的精确闭环跟踪控制。最后，利用 MATLAB Simulink 在实际播种条件下对 NLTD 和 LQT 的参数进行调整优化 。
下面来详细看看研究结果：
- TDF 测试结果：通过相关测试发现，NLTD 能够有效缓解速度测量信号的振荡，在保证准确跟踪输入速度信号的同时，起到良好的滤波作用。比如在场景 B 的速度数据中，当播种机速度超过 2.5 m/s 进入高速阶段后，即便出现因拖拉机速度过快导致驾驶员控制方向困难，拖拉机易偏离到田埂等复杂情况，NLTD 依然能稳定地处理速度信号。
- OTC 加速响应测试结果：经过测试对比，设计的 LQT 在加速跟踪能力上明显优于传统的 PID 控制器。这意味着在控制种子计量驱动电机的加速过程中，LQT 能让电机更快速、准确地跟踪目标速度，为精准播种提供了更可靠的保障。
- 田间加速播种测试结果：在田间进行的加速播种测试中，播种机从静止加速到大约 3.5 - 4.0 m/s。结果显示，TDF-OTC 法实现了平均播种合格率（ASQR）达到 90.63% ，平均播种间距变异系数（ACVSP）为 21.66% 。与 PID 方法相比，ASQR同比提高了 12.28% ，ACVSP降低了 14.99% 。这一数据直观地表明了 TDF-OTC 法在提升加速阶段播种质量方面的卓越成效。
综合来看，研究人员提出的 TDF-OTC 法成功改善了播种机在加速阶段的播种性能。通过构建电动播种系统，设计 NLTD 和 LQT 算法，并进行参数优化和一系列测试，证明了该方法在滤波和控制电机速度方面的优势，有效提升了加速阶段的播种质量。这一研究成果意义重大，为精准播种技术的进一步发展提供了宝贵的参考，有望推动农业播种领域朝着更高效、更精准的方向迈进，在有限的农田资源上实现更高的玉米产量，为缓解全球粮食压力贡献力量。
