气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置及方法

本发明属于农业精密播种技术领域，特别涉及一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置及方法。

背景技术：

中国是目前世界上最大的水稻生产国，年产量约占世界水稻总产量的31％，与此同时，水稻作为我国的主要粮食作物之一，被广泛种植，也促进了育秧方式从人工育秧逐渐向机械自动化转变。随着超级稻的推广，工厂化育苗对播种精度的要求提高至每穴1～2粒。播种装置作为工厂化育秧的核心部件，多采用滚筒式，其播种精度较低，而气吸式以伤种率低、播种精度高等特点，被广泛应用于超级稻育秧领域。针对气振式播种流水线的工作流程，影响吸种率的主要因素为吸种高度，目前吸种高度固定，导致种层厚度下降后，种群无法进入有效气流场区域，从而降低了吸种率；在排种环节，受到二自由度机械手的运动限制，育秧盘需在排种位等待吸种盘到达进行排种，工作效率低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置及方法，适用于气振式精密播种流水线，可改善加种、吸种、携种、排种、清种环节间的协调性，利用旋转机构及三维空间跟随式排种方法，提高对位落种精度和播种效率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置，包括吸种盘运动控制部件、移动加种部件和清种部件，移动加种部件、吸种盘运动控制部件和清种部件设置在播种流水线上的压穴机构和覆表土机构之间；

所述吸种盘运动控制部件包括吸种盘、四自由度机械手、振动种盘和真空泵，吸种盘由四自由度机械手带动在直角坐标系内实现任意位置移动，吸种盘的进气孔通过气管与真空泵连接，振动种盘与振动电机的输出轴通过曲柄连杆连接；

所述移动加种部件包括加种机构和供种传动机构，加种机构包括加种电机、落种阀和进种斗，加种电机的输出轴连接的落种阀顶部与进种斗底部开口紧密贴合；进种斗通过z型连接件固定在供种传动机构的滑块上；供种传动机构由移动供种电机与直线滑台模组四相连接构成；

播种流水线的支架上通过定位电机连接有定位挡板，定位挡板上安装有测距传感器；

压穴机构末端设有光电传感器二，偏转角检测机构和光电传感器一分别设置在吸种盘位于播种流水线正上方时两边角位置的正下方；

所述真空泵、振动电机、定位电机、加种电机、移动供种电机以及四自由度机械手的电机均由主控单元控制，主控单元还接收测距传感器、光电传感器一、光电传感器二、偏转角检测机构、ccd检测元件以及四自由度机械手设置的位移和测距传感器采集的信号；

所述清种部件包括二自由度旋转机械手和清种针，二自由度机械手固定在机架的中间横梁上，清种针设置在二自由度旋转机械手顶端。

上述技术方案中，所述四自由度机械手包括旋转机构、z轴传动机构、x轴传动机构和y轴传动机构，所述旋转机构包括旋转电机，旋转电机通过l型连接件一固定在金属板连接件上，旋转电机的电机轴通过凹型连接件固定吸种盘。

上述技术方案中，所述z轴传动机构由z轴电机与直线滑台模组二采用直连式安装构成，直线滑台模组二的外壳通过l型连接件二固定在x轴传动机构的滑块二上；z轴电机的输出轴与丝杠三相连，丝杠三穿过滑块一构成螺纹传动机构一；滑块一还与金属板连接件上端连接，金属板连接件通过延长板固连有z轴位移传感器测量杆；

所述直线滑台模组二的外壳上沿竖直方向依次设有上限位开关、待排种位限位开关和下限位开关，直线滑台模组二的外壳上还设有z轴位移传感器。

上述技术方案中，所述x轴传动机构由x轴电机与直线滑台模组三采用直连式安装构成，直线滑台模组三固定在横梁上部；x轴电机与丝杠一相连，丝杠一穿过滑块二的内螺纹构成螺纹传动机构二；直线滑台模组三外壳上安装有x轴测距传感器，直线滑台模组三的外壳上沿沿x轴方向还设置有右限位开关和左限位开关。

上述技术方案中，所述y轴传动机构包括传动轴和y轴电机，传动轴两端分别通过联轴器连接沿y轴方向设置的两个线性模组，其中一线性模组处的联轴器上安装有行星减速机，行星减速机与y轴电机安装；线性模组的丝杠二穿过滑块三构成螺纹传动机构三，两滑块三上固定有横梁；线性模组的外壳上还安装有y轴测距传感器，线性模组的外壳上沿y轴方向依次设有最小行程限位开关、最大行程限位开关。

一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制方法，包括吸种、携种、排种和清种的串行控制，以及育秧盘运动、加种及吸种盘沿y轴方向运动的并行控制；具体为：

吸种盘位于初始位置后，启动吸种盘运动控制部件和播种流水线，当播种流水线上有育秧盘进入时，定位挡板放下，振动种盘高频振动，根据修正后的种层厚度和吸种高度之间的关系，寻找种层厚度对应的吸种高度，输出吸种高度控制信号给四自由度机械手，控制吸种盘下降，直至吸种盘到达吸种位，真空泵开启负压，进行吸种；吸种完成后，振动种盘低频振动；吸种盘上行，上限位开关被触发后，吸种盘携种右行，当右限位开关被触发后，吸种盘下行；当待排种限位开关被触发后，且需要加种时，启动移动供种电机和加种电机，打开落种阀；当吸种盘和育秧盘无相对位移时，真空泵开启负压，开始跟随排种；排种完成后，定位挡板打开，吸种盘返回初始位置；若需清种，则启动二自由度旋转机械手进行清种，清种完成后，继续等待下一育秧盘的进入。

进一步，吸种盘和育秧盘协调运行的数学模型为：

(v4-vtran)/δt＝δl

其中：v2为携种速度，v3为吸种盘运动到排种位的运行速度，v4为吸种盘的跟随运动速度，vtran为传送带运行速度，h为吸种高度，l3为吸种盘下降至待排种位的运行路程，l4为育秧盘至排种位的距离，ts为吸种时间，δl为吸种盘和育秧盘之间的相对位移，δt为吸种盘在y轴方向的随行速度调至与育秧盘同速时所需要的时间。

进一步，修正种层厚度和吸种高度之间的关系的获取过程为：先依据振频、振幅及压差，进行气固耦合计算，获取理想状态下，种层厚度和吸种高度之间的理想对应关系；再根据振频、振幅及压差进行台架试验，以吸种率大于95％的高度作为实际吸种高度，并获取吸种高度和种层厚度之间的实际对应关系；最后将吸种高度和种层厚度之间实际对应关系和理论对应关系作对比。

进一步，吸种盘在x轴方向的携种速度的控制过程为：携种速度的目标曲线作为输入信号，以x轴方向上吸种盘的实际速度作为反馈环节，建立第一个预测控制器，控制携种速度；吸种盘在y轴方向的随行速度的控制过程为：吸种盘跟随育秧盘的速度目标曲线作为输入信号，以y轴方向上吸种盘的实际速度作为反馈环节，建立第二个预测控制器，控制随行速度。

本发明的有益效果为：

(1)本发明基于时序控制思想，采用吸种、携种、排种和清种的串行控制，以及育秧盘运动、加种及吸种盘沿y轴方向运动的并行控制，调节播种工艺节拍，实现加种、吸种、携种、排种、清种各作业环节间的最佳耦合；

(2)本发明具有随行排种功能，可实现吸种盘运行速度的自动调节，消除排种等待时间，实现二维平面间歇式排种到三维空间跟随式排种的转变，有效提高播种效率；

(3)本发明中旋转机构、z轴传动机构、x轴传动机构和y轴传动机构构成控制吸种盘运行的四自由度机械手，具有吸种高度自动调节功能，可降低漏吸率；

(4)本发明通过设置偏转角检测机构，检测育秧盘偏转角，为四自由度机械手的旋转机构提供控制依据，提高对位落种精度。

附图说明

图1为本发明所述气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置组成框图；

图2(a)为本发明所述气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置主视图；

图2(b)为本发明所述气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置俯视图；

图3(a)为本发明所述四自由度机械手结构主视图；

图3(b)为本发明所述四自由度机械手结构俯视图；

图3(c)为本发明所述z轴传动机构正等轴视图；

图4(a)为本发明所述定位机构限行时的主视图；

图4(b)为本发明所述定位机构放行时的正等轴视图；

图5为本发明所述定位机构检测流程图；

图6为本发明所述气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置的系统硬件结构图；

图7为本发明吸种盘的运动过程示意图；

图8(a)为本发明吸种高度自动调节控制模型建立原理图；

图8(b)为本发明吸种盘吸种运动控制流程图；

图9(a)为本发明跟随运动控制算法原理图；

图9(b)为本发明吸种盘携种运动控制流程图；

图10(a)为本发明气振式精密播种流水线多部件协调运动控制控制流程图；

图10(b)为本发明吸种、携种、排种、加种、清种控制流程图；

图11(a)为本发明触摸屏开机显示主界面示意图；

图11(b)为本发明触摸屏手动控制模式下的显示主界面示意图；

图11(c)为本发明触摸屏自动控制模式下的显示主界面示意图；

图中：1-铺底土机构，2-扫底土机构，3-压穴机构，4-移动加种部件，5-吸种盘，6-旋转机构，6a-凹型连接件，6b-电机轴，6c-旋转电机，6d-l型连接件一，6e-金属板连接件，7-z轴传动机构，7a-z轴电机，7b-上限位开关，7c-滑块一，7d-l型连接件二，7e-待排种限位开关，7f-下限位开关，7g-位移传感器底座，7h-位移传感器测量杆，7i-金属板连接件延长板，7j-联轴器三，7k-丝杠三，8-x轴传动机构，8a-x轴电机，8b-联轴器一，8c-x轴传感器支架，8d-x轴测距传感器，8e-右限位开关，8f-丝杠一，8g-滑块二，8h-左限位开关，9-y轴传动机构，9a-y轴传感器支架，9b-y轴测距传感器，9c-丝杠二，9d-横梁，9e-滑块三，9f-最小行程限位开关，9g-y轴电机，9h-行星减速机，9i-法兰盘，9j-联轴器二，9k-传动轴，9l-线性模组，9m-最大行程限位开关，10-振动种盘，11-清种部件，12-真空泵，13-机架，14-覆表土机构，15-扫表土机构，16-洒水机构，17-播种流水线，18-ccd检测元件，19-定位机构，19a-定位支架，19b-定位挡板，19c-测距传感器，19d-电机轴，19e-联轴器三，19f-定位电机，20-光电传感器一，21-育秧盘，22-偏转角检测机构，23-光电传感器二，24-清种针，25-二自由度旋转机械手，26-加种机构，27-供种传动机构，28-加种电机，29-落种阀，30-进种斗，31-移动供种电机，32-z型连接件，33-振动电机，34-曲柄连杆。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、2(a)、2(b)所示，本发明一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置，包括播种流水线17、吸种盘运动控制部件、移动加种部件4和清种部件11。播种流水线17上设有传送带传动机构，播种流水线17上沿作业方向，依次设有铺底土机构1、扫底土机构2、压穴机构3、覆表土机构14、扫表土机构15和洒水机构16，且铺底土机构1、扫底土机构2、压穴机构3、覆表土机构14、扫表土机构15和洒水机构16均为现有技术，在此不再赘述。压穴机构3和覆表土机构14之间设有移动加种部件4、吸种盘运动控制部件和清种部件11。吸种盘运动控制部件包括吸种盘5、旋转机构6、z轴传动机构7、x轴传动机构8、y轴传动机构9、振动种盘10和真空泵12，且吸种盘5由x轴传动机构8、y轴传动机构9、z轴传动机构7、旋转机构6带动在直角坐标系内实现任意位置移动，吸种盘5的进气孔通过法兰盘与气管一端固定，气管另一端与真空泵12连接，振动种盘10通过曲柄连杆34与振动电机33的输出轴连接，振动种盘10位于移动加种部件4与清种部件11之间；移动加种部件4包括加种机构26和供种传动机构27，加种机构26由加种电机28、落种阀29和进种斗30构成，加种电机28的输出轴连接落种阀29，控制落种阀29开口大小，落种阀29顶部切面与进种斗30底部开口紧密贴合；z型连接件32右端通过螺栓与进种斗30外壳固定，z型连接件32左端固定在供种传动机构27的滑块(包含在直线滑台模组四中)上；移动供种电机31通过螺钉与直线滑台模组四相连，构成供种传动机构27，供种传动机构27安装在机架13的延长板上；清种部件11包括二自由度旋转机械手25和清种针24，二自由度机械手25底座通过螺栓固定在机架13的中间横梁上，清种针24设置在二自由度旋转机械手25顶端，可在xy平面内移动。通过调节吸种盘5、移动加种部件4、清种部件11及播种流水线17各部件间的工艺节拍，实现加种、吸种、携种、排种、清种的最佳耦合。

播种流水线17在压穴机构3末端设有光电传感器二23；当吸种盘5位于播种流水线17正上方时，吸种盘5右边角位置的正下方设置有偏转角检测机构22，左边角位置设置有光电传感器一20，偏转角检测机构22为一对测距传感器。

如图3(a)、图3(b)、图3(c)所示，旋转机构6、z轴传动机构7、x轴传动机构8和y轴传动机构9构成四自由度机械手。旋转机构6的l型连接件一6d一端通过螺栓固定在金属板连接件6e上，另一端固定在旋转电机6c底部；旋转电机6c的电机轴6b穿过l型连接件一6d底部，与凹型连接件6a上端键连接，吸种盘5通过螺栓固定在凹型连接件6a下端，旋转电机6c可带动吸种盘5旋转一定角度；金属板连接件6e上端与滑块一7c连接，丝杠三7k穿过滑块一7c构成螺纹传动机构一。z轴传动机构7包括z轴电机7a和直线滑台模组二，z轴电机7a通过螺钉与直线滑台模组二采用直连式安装，直线滑台模组二的外壳通过l型连接件二7d固定在x轴传动机构8的滑块二8g上；垂直方向的动力由z轴电机7a提供，z轴电机7a采用步进电机，且z轴电机7a的输出轴通过联轴器三7j与丝杠三7k相连(图3(c))；上限位开关7b、待排种位限位开关7e和下限位开关7f沿竖直方向依次固定在t型螺母槽一中，t型螺母槽一开设在直线滑台模组二的外壳上，可手动调节上述限位开关位置；z轴位移传感器底座7g固定安装在直线滑台模组二的外壳侧边，z轴位移传感器底座7g上安装z轴位移传感器；z轴位移传感器测量杆7h固定连接于金属板连接件延长板7i上，金属板连接件延长板7i固定在金属板连接件6e底部，z轴位移传感器测量杆7h可跟随吸种盘5作同步直线运动。x轴传动机构8包括x轴电机8a和直线滑台模组三，x轴电机8a通过螺钉与直线滑台模组三采用直连式安装，直线滑台模组三固定在横梁9d上部；x轴电机8a通过联轴器一8b与丝杠一8f相连，丝杠一8f穿过滑块二8g的内螺纹构成螺纹传动机构二；滑块二8g在x轴电机8a的驱动下沿水平方向作直线运动；x轴传感器支架8c安装在直线滑台模组三外壳上，x轴测距传感器8d固定安装在x轴传感器支架8c上，可测量x轴方向上滑块二8g的位移；右限位开关8e和左限位开关8h沿x轴方向设置在t型螺母槽二中，t型螺母槽二开设在直线滑台模组三的外壳上。y轴传动机构9的传动轴9k通过两个联轴器9j分别连接沿y轴方向设置的两个线性模组9l，线性模组9l安装在机架13上，y轴电机9g与行星减速机9h安装，行星减速机9h通过法兰盘9i与其中一个联轴器二9j安装，在电机9g的控制下，两线性模组9l做同步运动；横梁9d两端通过螺栓分别固定在y轴两个滑块三9e上，线性模组9l的丝杠二9c穿过滑块三9e构成螺纹传动机构三；线性模组9l的外壳上安装有y轴传感器支架9a，y轴传感器支架9a上安装y轴测距传感器9b；最小行程限位开关9f、最大行程限位开关9m沿y轴方向依次设置在线性模组9l外壳侧边。

如图4(a)、图4(b)所示，定位机构19包括定位支架19a、定位挡板19b、测距传感器19c、电机轴19d、联轴器三19e和定位电机19f；定位支架19a通过螺栓固定在播种流水线17的支架上，定位电机19f固定在定位支架19a上，联轴器三19e连接定位电机19f的电机轴19d和定位挡板19b，定位挡板19b在定位电机19f的带动下可实现顺时针或逆时针翻转90°；测距传感器19c固定安装在定位挡板19b上。

如图5所示，当育秧盘21结束压穴过程，进入待排种区域，光电传感器二23被触发，定位挡板19b顺时针转动90°，垂直于传送带，测距传感器19c开始测量育秧盘21和测距传感器19c之间的距离，并传输给主控单元，推算出育秧盘21在播种流水线17上的位置；当排种完成后，定位挡板19b逆时针旋转90°，平行于传送带，测距传感器19c停止测量；当有育秧盘21再次进入待排种区域时，定位挡板19b再次放下，开始测量育秧盘21的位置，依次循环。

如图6所示，本发明一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制装置的系统硬件包括信息采集模块、主控单元、触摸屏、驱动模块和执行模块。信息采集模块包括z轴位移传感器、x轴测距传感器8d、y轴测距传感器9b、测距传感器19c、偏转角检测机构22、光电传感器(光电传感器一20和光电传感器二23)、限位开关(上限位开关7b、下限位开关7f、待排种位限位开关7e、右限位开关8e和左限位开关8h、最小行程限位开关9f、最大行程限位开关9m)、ccd检测元件18和称重传感器(设置在振动种盘10的下方)，ccd检测元件18安装在育秧盘21出口处上方的横杆上，横杆安装在机架13上。z轴位移传感器检测吸种盘5在z轴方向上的位移，x轴测距传感器8d和y轴测距传感器9b检测吸种盘5在x轴和y轴方向上的位移，测距传感器19c用于获取育秧盘21在播种流水线17上的位置，偏转角检测机构22用于检测育秧盘21的偏转角度；光电传感器采集待排种区域育秧盘21的运行状态，限位开关限制机械臂的运动范围，ccd检测元件18检测空穴率和堵孔位置，称重传感器测量振动种盘10内的种子质量。

驱动模块包括驱动器和变频器，驱动器为各步进电机(旋转电机6c、z轴电机7a、x轴电机8a、y轴电机9g、定位电机19f、加种电机28和移动供种电机31)的驱动单元，负责各步进电机的速度调节和位移控制；变频器为真空泵12和振动电机33的驱动单元，负责真空泵12的气压调节和振动电机33的转速调节。

真空泵12、旋转电机6c、z轴电机7a、x轴电机8a、y轴电机9g、定位电机19f、加种电机28、移动供种电机31和振动电机33和二自由度旋转机械手25共同组成执行模块。

主控单元为单片机或plc，负责采集传感器数据并控制播种装置上各轴电机(z轴电机7a、x轴电机8a和y轴电机9g)运动，配合播种流水线17完成加种、吸种、携种、排种、清种工作，并将设备运行参数显示在工业触摸屏上。

如图7所示，吸种盘5的运行步骤：①-②-③-④-⑤-⑥。当光电传感器二23检测到播种流水线17上有育秧盘21进入待排种区域时，吸种盘5采用自启动运行方式从初始位置下行至吸种位，开始吸种(对应①)；待吸种完成后，吸种盘5上升至上限位(对应②)；采用s曲线加减速控制方式携种右行，到达右限位(对应③)；改用自启动运行方式下行至待排种位(对应④)，调节随行速度，控制吸种盘5跟随育秧盘21作相对静止的同速运动，进行排种(对应⑤)；排种完成后，以多轴联动的方式控制吸种盘5在最短时间内返回初始位置，等待下一个育秧盘进入待排种区(对应⑥)。上述过程中，吸种盘5的运行由四自由度机械手在主控单元的控制下实现。

根据图7中吸种盘5的吸种、携种、排种循环运动规律，建立吸种盘5和育秧盘21的协调运动数学模型。在待排种区域，当吸种盘5携种至排种位的时间和育秧盘21从当前位置运行到排种位的时间相等时，吸种盘5和播种流水线17达到最佳耦合状态，以此建立吸种盘5和育秧盘21协调运行的数学模型：

由式(1)、式(2)、式(3)，可得携种速度、吸种高度、育秧盘位置之间的关系：

在调速区，吸种盘5的随行速度与相对位移之间的关系：

(v4-vtran)/δt＝δl(5)

当两者相对位移消除后，进入排种区域，开始跟随排种。

其中，v1为吸种盘5在z轴方向上的运行速度，v2为携种速度，v3为吸种盘5运动到排种位的运行速度，v4为吸种盘5的跟随运动速度，vtran为传送带运行速度，h为吸种高度，l2为携种运行路程，l3为吸种盘5下降至待排种位的运行路程，l4为育秧盘21至排种位的距离，vx0为最大携种速度，ts为吸种时间，t2为携种运行时间，δl为吸种盘5和育秧盘21之间的相对位移，δt为吸种盘5在y轴方向的随行速度调至与育秧盘21同速时所需要的时间。

如图8(a)所示，采用气固耦合和台架试验相结合的方法建立吸种高度控制模型：首先依据振频、振幅及压差，进行气固耦合计算，获取理想状态下，种层厚度和吸种高度之间的理想对应关系；再根据振频、振幅及压差进行台架试验，以吸种率大于95％的高度作为实际吸种高度，并获取吸种高度和种层厚度之间的实际对应关系；最后将吸种高度和种层厚度之间实际对应关系和理论对应关系作对比，修正吸种高度和种层厚度之间的对应关系。播种流水线17上光电传感器检测已播秧盘数，结合ccd检测元件18测量的空穴率，计算出振动种盘10内剩余籽粒个数n，具体公式为：

其中：c为种层厚度，ρ为种子密度，m为籽粒质量，d为种群密实度；a为振动种盘10的底面积，n为籽粒个数。

如图8(b)所示，振动种盘10高频f1振动，通过公式(6)获取种层厚度c，判断种层厚度c所处区间，若种层厚度在c1-c2范围内，则吸种高度为h1；若种层厚度c在c2-c3范围内，则吸种高度为h2；依次类推，根据修正后的种层厚度和吸种高度之间的关系，寻找种层厚度对应的吸种高度，输出吸种高度控制信号给四自由度机械手，控制吸种盘5下降；z轴位移传感器检测吸种盘5当前下降高度，与指定吸种高度作对比，直至吸种盘5到达吸种位，真空泵12开启负压，进行吸种；当吸种完成后，吸种标志位置1，控制振动种盘10改为低频f2振动；当种层厚度低于c1时，加种标志位置1。

如图9(a)所示，吸种盘5在x轴方向的携种速度与y轴方向的随行速度的控制模型建立：根据已建立的吸种、携种、排种循环运动数学模型(公式(1)-(3))，利用公式(4)计算出携种速度的目标曲线作为输入信号，以x轴电机8a上设置的测速传感器获取的吸种盘5实际速度作为反馈环节，建立第一个预测控制器，控制携种速度；由y轴测距传感器9b和测距传感器19c计算吸种盘5和育秧盘21之间的距离差，利用公式(5)计算随行速度的目标曲线作为输入信号，以y轴电机9g上设置的测速传感器获取的吸种盘5实际速度作为反馈环节，建立第二个预测控制器，控制随行速度，构成串联运动控制系统。采用改进的广义预测控制算法建立携种速度和随行速度的串联运动控制模型，利用预测时域内的输出误差、控制时域内的控制增量加权建立目标函数，为避免控制量超调，在目标函数中增加α因子，目标函数如下：

根据携种运动学要求，由牛顿第二定律获得无籽粒脱落情况下的最大加速度，依此建立输入饱和约束：

δumin[1，...，1]^t≤δu(t)≤δumax[1，...，1]^t(9)

其中：n1为最小预测时域长度，n2为最大预测时域长度，nu为控制时域长度，y为未来输出预测值，yr为输入参考值，λ为控制增量加权系数，δu为预测的输出增量，β为控制量加权系数，f为惯性力，m为籽粒质量，p为气流场对籽粒的作用力。

结合上述目标函数及输入饱和约束，获得最优控制律，采用带遗忘因子的递推增广最小二乘法直接辨识最优控制律中的求逆部分，建立预测控制器，根据输出信号控制x轴和y轴电机转速。

如图9(b)所示，根据测距传感器19c推算育秧盘21在播种流水线17上的位置，结合公式(4)计算携种速度，控制吸种盘5携种右行；当右限位开关8e被触发后，吸种盘5下行；当待排种限位开关7e被触发后，判断是否需要加种，若加种标志位为1，则启动移动供种电机31和加种电机28，打开落种阀29，加种环节和排种环节同步进行；偏转角检测机构22获取育秧盘21与播种流水线17支架两边缘间的距离，计算育秧盘21的偏转角，控制吸种盘5旋转一定角度；根据公式(5)计算理想随行速度并输入第二个预测控制器，调整吸种盘5随行速度，控制吸种盘5跟随育秧盘21作相对静止的同速运动；当吸种盘5和育秧盘21无相对位移时，真空泵12开启负压，开始跟随排种，排种时间设置为0.5秒；排种完成后，排种标志位置1。

如图10(a)所示，本发明一种气振式精密播种流水线多部件协调运动控制流程图，基于时序控制思想，将控制过程分为串行控制关系和并行控制关系，其中吸种、携种、排种、清种为串行控制关系，育秧盘21运动、加种及吸种盘5沿y轴方向运动为并行控制关系。当程序启动后，检测吸种盘5是否在初始位置，若没有，则吸种盘5先返回初始位置；当吸种盘5在初始位置后，启动吸种盘运动控制部件和播种流水线17，等待育秧盘21进入播种流水线17后进行铺底土、扫底土和压穴环节；当入口处光电传感器二23处检测到有育秧盘21进入时，定位挡板19b放下，确保育秧盘21不会提前离开播种区域；此时育秧盘21在传输带上匀速运行，进入吸种、携种、排种、加种、清种控制子流程，如图10(b)所示，首先调用吸种盘吸种子流程，控制吸种盘5下行吸种及振动种盘10振频、真空泵12气压，如图8(b)所示，上文已详细说明，此处不再赘述；当吸种标志位为1时，吸种盘5上行；当上限位开关7b被触发后，调用吸种盘5携种运行子流程，控制吸种盘5加种环节及排种环节，如图9(b)所示，上文已详细说明，此处不再赘述；当排种标志位为1时，定位挡板19b打开，育秧盘21可离开排种区域，子流程调用结束，再次返回流水线控制，依次进入覆表土、扫表土、洒水环节；与此同时，吸种盘5返回初始位置；若需清种，吸种盘5在初始位置进行清种，清种完成后，继续进行下一个播种周期，依次循环，完成多盘连续播种作业。

如图11(a)所示，本发明吸种盘运动控制部件作业过程界面显示，整机通电后，触摸屏开机显示主页面：手动控制、自动控制、查看历史信息及操作说明。如图11(b)所示，在手动控制模式下，可在触摸屏的参数设置模块手动输入振动频率、吸种盘初始高度、吸种气压值和排种气压值；按下启动键后，再按下手动控制按键，即可在手动控制模块中，通过四个方向的按钮控制吸种盘5沿上、下、左、右四个方向移动，跟随按钮控制吸种盘5沿y轴方向运动，旋转按钮可控制吸种盘5顺时针或逆时针旋转；在单步控制模式下，每按一次三角形的前进按键，吸种盘5执行一个动作；在单周期控制模式下，每按一次三角形的前进按键，吸种盘5执行一个周期运动后暂停：吸种、携种、排种、回原点；三个启停键可分别控制移动加种部件4、清种部件11、播种流水线17的启动与停止；若运行出现异常，按下急停键，可停止所有工作环节。如图11(c)所示，在自动控制模式下，触摸屏界面包括参数设置、吸种盘控制和运行参数检测；先手动配置相关参数：振动频率、吸种盘初始高度、吸种气压值和排种气压值，按下启动键后，再按下吸种盘控制界面的启动键，吸种盘5等待运动控制信号；按下流水线启动键，流水线开始运作，吸种盘5配合流水线进行多盘连续播种；可通过运行参数检测模块在线监测流水线上育秧盘21的位置和速度以及四自由度机械手旋转角度和各轴的运行速度，还可查看清种次数、加种次数、已播育秧盘数及每次播种的合格率。若加种停止键被按下，取消加种环节；若清种停止键被按下，取消清种环节；若运行出现异常，按下急停键，可停止所有工作环节。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。