國內谷物聯合收獲機割臺智能化現狀與發展研究*

劉華偉，張萍，楊曉慧，鄧玉杰，李柯瑩，張國海

(山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博，255000)

0 引言

國內農業機械技術不斷進步，使得玉米、小麥、大豆的種植規模在逐年擴大，聯合收獲機逐步由中小型向大型化、智能化和功能復合化發展。為滿足收獲需求，適應收獲質量要求，減少工作強度，聯合收獲機的持有量及投入量逐年增加。隨著聯合收獲機整體硬件設施的創新力度加大，各部分裝置研發也取得較大進展，收割裝置作為收獲機完成收獲作業重要部分，國內學者不斷改進割臺結構，研發新型割臺，大力推動收獲機割臺從基本機械化向智能化、多功能、大功率和節能化發展，以此增加割臺適應性、可靠性和控制性[1-9]。在農業機械高質量發展的同時，開展割臺進行低損高效智能化研究，對提升聯合收獲機操作性能，提高聯合收獲機作業質量和減少收獲損失有重要意義。

本文從割臺仿形和高度控制系統發展、關鍵部件控制系統和割臺整體控制系統研究現狀進行綜述，總結了國內割臺存在的問題及不足，旨在為聯合收獲機割臺智能化發展提供參考。

1 割臺組成及工作原理

谷物聯合收獲機采用聯合收獲法，能夠一次性完成切割、脫粒、分離、清選和集糧等工作。割臺是聯合收獲機主要工作部分，它由分禾器、切割器、撥禾裝置、輸送裝置組成。其中撥禾裝置分為撥禾輪和扶禾器；切割器根據結構及工作原理分為往復式和回轉式兩種，其中往復式切割器在谷物聯合收獲機上應用最為廣泛。

根據割臺臺面位置，割臺形式分為臥式和立式，臥式收獲機割臺用于收獲小麥、大豆等作物，立式收獲機割臺多用于收獲玉米等作物。割臺作為收獲機收割裝置，在作業過程中，分禾器首先將作物劃入切割區域，其次撥禾器將作物撥送至切割器，最后被切割的作物在螺旋輸送裝置的引導下，通過割臺進入脫粒裝置進行脫粒[10-11]。

2 割臺仿形和高度控制系統發展研究

割臺仿形和高度自適應研究是目前國內學者研究熱點，研究主要從割臺仿形和高度控制的方式、割臺高度測量方法和割臺高度控制系統的控制方法及算法的應用與研究三方面進行，實現了智能化程度由低到高的變化。通過研發割臺高度控制系統、改進割臺仿形裝置，實現有效控制割臺收獲作業姿態，能夠減少在收獲過程中因割臺高度不當造成的割臺損失，提高割臺高度控制能力和仿形效果，以適應不同作物和不同工況下的收獲作業需求。目前國內主要采用機械控制、液壓控制、電液控制三種方式進行割臺仿形和高度控制；運用基于圖像處理、超聲波測距和選用多種傳感器進行割臺高度測量是主要測量方法；控制方法及算法的選擇既有應用傳統算法的模糊控制等方法的研究，也有新控制方法在割臺高度控制系統上的應用[12]。

2.1 割臺仿形和高度控制方式研究

國內割臺高度控制方式以機械控制、液壓控制、電液控制方式三類為主，三種控制方式在結構以及控制方式上存在不同。傳統機械控制方式結構相對簡單，在高度設定上難度較大；液壓控制及電液控制均以液壓系統為執行裝置，控制能力較高，但組成結構更加復雜。其中電液控制方式是在液壓系統基礎上搭配地面仿形拖板完成控制，此控制方式在仿形精度降低的同時提高了液壓系統的仿形能力。根據目前研究及應用范圍，電液控制仍具有深遠研究意義和實用價值。

李青龍等[13]對比了機械式、液壓式和電液控制式三種控制方式優缺點后，如圖1～圖3所示，以DSP為核心控制單元，研制了能夠控制玉米收獲機割臺高度和行駛速度的新型傳感式電液智能控制仿形系統，通過試驗確定了在割臺高度為1 500 mm，前進速度為6～8 km/h范圍內損失率最低，仿形效果最佳。林連華等[14]設計了割臺新型掛接機構，通過液壓和計算機技術控制實現割臺縱橫向仿形，降低了機手勞動強度。胡焉為等[15]通過對割臺結構和動力學分析，建立了數學模型，將復雜非線性系統轉化為線性系統，利用輸出反饋最優控制方法確定油缸伸縮控制最優解，在結構上調整了割臺升降的液壓驅動回路，實現了割臺的縱向和橫向的調整，保證了仿形效果。孟為國等[16]通過設計自動控制電控部分電路，改變傳統機械高度控制的方式，用弱電控制割臺升降液壓控制系統，從而達到控制要求。朱劍等[17]基于嵌入式技術設計了由S3C2440芯片、超聲波傳感器、電液比例方向閥組成的割臺高度電液比例控制系統，此系統能夠根據地面起伏造成的壓力變化調整液壓缸位移時間，壓力越大位移時間越短，實現了全程監測割臺變化的目的。杜娟等[18]設計了一種割臺高度自動控制系統，該系統采用電液控制方式，在割茬檢測系統工作基礎上，由PIC單片機控制組成的高度控制單元對割茬高度信息與預先輸入信息進行對比，控制提升單元進行升降。倪有亮等[19]設計了一種能實現精準控制大豆收獲機高度的電液控制方法及系統，該方法通過獲取角度傳感器檢測值，利用計算模型得到相應高度仿形值后與預設目標值進行高度差計算，從而控制割臺升降。

圖1 機械式收獲臺高度仿形結構圖Fig. 1 Height profiling diagram of a mechanical cutting Table1.收獲臺 2.活塞桿 3.卡箍 4.彈簧 5.液壓缸體 6.油管

圖2 液壓式收獲臺高度仿形結構圖Fig. 2 Height profiling diagram of a hydraulic cutting Table1.電磁閥 2.單向閥 3.高度控制閥 4.高度感應滑履 5.升降油缸 6.油泵 7.液壓管

圖3 電液式收獲臺高度仿形系統結構圖Fig. 3 Height profiling diagram of a electro-hydraulic cutting Table1.拖板連接桿 2.拖板 3.彈簧拉桿 4.彈簧 5.信號線 6.上升開關 7.開關轉子 8.轉子連接桿 9.下降開關 10.標尺 11.標尺球 12.鎖緊螺母 13.標尺連接桿 14.調節桿 15.開關連接桿 16.螺栓 17.螺母 18.連接板 19.扭簧

2.2 割臺仿形和高度測量方法研究

現階段應用于割臺高度測量的方法主要是超聲波測距、基于圖像處理方法測距和利用多種傳感器進行高度測量和仿形。三種方法分別應用了不同的原理進行高度測量，其中超聲波測距研究及使用時間較早，充分發揮了超聲波不受煙霧等影響的特點。超聲波傳感器可以在惡劣的收獲環境中完成測距適用于收獲作業，但是僅利用超聲波測距誤差較大，對割臺高度控制精度有影響，控制精度要求較高時無法滿足要求；基于圖像處理方法進行測距，主要運用計算機視覺等方式對已完成收獲后的割茬進行圖片采集和信息處理，將處理結果作為調整依據對割臺高度進行控制，但圖片采集以及處理過程中容易受到系統和人為影響，對處理信息所采用的硬件設施要求高；隨著傳感器技術不斷發展和日益成熟，除超聲波傳感器外，角度傳感器、位移傳感器和壓力傳感器等其他多類型傳感器在割臺高度控制中也得到應用，與前兩種方法相比，借助多種傳感器測距是目前應用范圍廣且實時性較高的方式，但傳感器精度也會對高度控制精度產生影響。

在國內學者不斷努力下，三種方法在割臺仿形和高度測量應用上均取得一定研究成果，對創新研究方法提供了研究基礎。

1) 利用超聲波測距方法進行割臺仿形和高度控制的研究。超聲波測距具有易控制、方向性好等特點，在相對惡劣的收獲作業環境下能夠發揮作用，但由于超聲波測距受空氣密度等因素影響較大，極容易產生誤差影響測量效果。楊術明等設計了一種超聲波傳感器的割臺高度控制系統，該系統以AT89C52單片機為控制中心，通過液晶顯示模塊LCM1602動態顯示割臺高度，能夠實現實時監控割臺變化。楊銀輝[20]通過對以往割臺高度控制系統進行分析，依照超聲波測距原理，借助超聲波傳感器，設計了能夠實時監測割臺高度的控制系統，總結了測距誤差產生的原因，對超聲波傳感器精度提高提供了理論依據。張聰[21]對割臺仿形與作物測高方法進行了研究，采用超聲波陣列傳感器和機械仿形相結合的方式開發了割臺仿形系統，利用最小二乘法對傳感器進行標定，增加了傳感器精度，同時設計了穩定的模糊控制PID控制策略。

2) 基于圖像處理方法進行割臺仿形和高度控制的研究。利用圖像處理獲取作物高度以期控制割臺高度的方法，具有參數獲取迅速的特點，對現代化無人農場收獲作業發展有推動作用，但需要大量采集圖片進行后期處理，實時性較差。劉小艷等對倒伏小麥進行圖像采集和處理，根據處理后的圖像得出倒伏小麥與正常小麥高度差別作為割臺高度控制依據，從而控制割臺高度進行倒伏收獲。伍淵遠等[22]提出用計算機視覺進行圖像識別和處理的方法獲取自然光下割茬高度，此方法能快速、準確、穩定的獲取割茬高度和特征，并以此作為割臺高度調整的參數依據，可實現高精度的航線識別，識別率達到97%，此研究對無人駕駛收獲機提供了技術支持，但也存在受人為因素和系統標定影響較大的不足。

3) 借助多種傳感器進行割臺仿形和高度控制的研究。借助多種傳感器實現割臺高度監測及控制逐漸成為當前研發設計主要趨勢，以逐步達到更加準確監測高度變化，輕松獲取高度信息的目的。隨著傳感器技術不斷發展，傳感器精度增加，傳感器在割臺高度控制研究的利用也更加廣泛。龍震寰等[23]通過建立數學模型，提出了基于車身傾角和割臺傾角的割臺高度間接測量方法，研制出一種基于傾角傳感器的割臺高度自適應調節系統，進行了系統驗證試驗，結果表明計算和實測的割臺高度變化曲線相關性系數為0.97，驗證了數學模型的準確性，高度控制誤差為18 mm，割臺平均上升速度為0.22 m/s，下降速度為0.17 m/s。田間試驗則說明使用此系統能將割臺高度穩定性變異系數由10.77%降至2.79%，系統魯棒性較好。偉利國等利用角度傳感器和位移傳感器，通過監測地面起伏和割臺油缸伸縮量情況推算割臺高度的方法，設計了性能穩定、結構簡單的仿形控制系統和機構如圖4所示，系統精度和可靠性試驗結果表明高度控制誤差不大于12 mm，該系統提高了割臺高度調整實時性和準確性。李雷霞等[24]設計了一種利用監測壓力變化的方法進行割臺高度控制的裝置，該裝置由壓力檢測傳感器、檢測托板、升降油缸、托板、控制器及電磁閥組成。

圖4 割臺仿形結構示意圖Fig. 4 Schematic diagram of the cutting Table profiling structure1.地面仿形板 2.鉸鏈連桿 3.角度傳感器 4.割臺 5.限位鉸鏈

2.3 割臺仿形和高度控制的控制系統方法和算法研究

對于割臺仿形和高度控制系統，機械結構是硬件基礎，控制方法和算法是核心內容?？刂品椒ǖ恼_選擇和算法的優化能夠提高控制系統的響應速度，降低系統誤差。根據目前國內在割臺仿形和高度控制系統的研究成果，可知控制方法主要以PID、模糊控制為主，有學者也提出了魯棒性反饋線性控制等方法的研究，與傳統控制方法相比新控制方法的應用在抗干擾性等方面表現出優越性。在控制算法上應用了包括傳統模糊PID算法和Mamdani推理法等多種創新算法。傳統算法相比新應用于農機行業的算法穩定性更高，整個系統的可靠性更強。但在控制效果上，控制系統新型算法的應用將系統控制效果明顯提高。對于割臺控制方法和算法的深入研究，有利于割臺控制性能提升。

1) 割臺高度控制中傳統算法應用與研究。國內學者在PID控制算法以及模糊控制算法研究與應用中，提高了系統精度，使得割臺高度調整誤差減小，響應速度更快。廖勇等[25]針對聯合收獲機作業過程中割臺高度調節不便的問題，設計了一種誤差小、反應快，采用模糊PID算法進行控制割臺高度的自適應調節系統如圖5所示。該系統主要由作物高度檢測裝置、割臺高度檢測裝置、液壓執行裝置和控制單元組成，割臺高度檢測系統試驗結果表明誤差在0～2 cm范圍內，高度調整誤差最大為2 cm。耿愛軍等[26]采用模糊PID控制算法設計了滿足玉米收獲機割臺高度調整需要的自動調控系統，該系統包括浮動壓緊式仿形機構、STM32控制單元、顯示模塊、按鍵模塊、電磁閥驅動模塊等，通過對按鍵模式和自動模式進行試驗得到了按鍵模式下響應速度為0.42 m/s，自動模式下割臺實際高度與設定高度誤差在20 mm范圍內，這一研究結果對玉米收獲機收獲智能化發展有重要意義。周冬冬等[27]為解決大豆收獲機割臺高度控制實時性、準確性差的問題，利用割臺角位移測試原理，建立了割臺高度模型，并基于模糊邏輯算法研發了模糊控制系統，驗證試驗結果表明運用此系統能夠控制割臺高度調整最大誤差率為4.5%，控制精度可以達到設定范圍。

圖5 割臺高度自適應調節系統總體結構Fig. 5 Overall structure of the cutting Table height adaptive adjustment system1.液壓執行裝置 2.控制單元 3.割臺 4.作物高度檢測裝置 5.割臺高度檢測裝置

2) 割臺高度控制中控制方法和算法的創新研究。除不斷加深以PID為主的傳統算法在割臺高度控制系統中的研究與應用外，現階段也有學者提出了在控制性能、抗干擾性等方面表現更優的新方法和算法的應用。莊肖波等[28]通過構建靈敏度方程，根據液壓系統控制輸出的電流參數，提出了基于魯棒性反饋線性化控制方法的割臺高度控制策略，對比了不同行駛速度、地形正弦振幅和地形周期條件下此控制策略與傳統PID控制產生的割臺高度誤差以及誤差受前進速度影響大小，結果表明此控制策略優于傳統PID控制。程念等[29]提出了基于Mamdani推理法的模糊控制策略，并利用Simulink進行仿真試驗，將試驗結果與PID控制器控制結果進行比較，比較結果表明基于Mamdani推理法的模糊控制策略在輪廓跟蹤和抗干擾方面明顯優于傳統控制器，并且能夠將跟蹤誤差穩定在2%范圍內。曹向虎等[30]設計了一種基于遺傳算法優化的割臺高度模糊PID控制系統，其優化原理如圖6所示。對于此控制系統曹相虎等運用MATLAB進行仿真對比和分析，并進行了田間試驗。結果表明該系統控制誤差小于1.3 cm，響應速度高于0.26 m/s，割臺調控時間明顯減少，相比于現有玉米收獲機調控時間提升將近11%。

圖6 遺傳算法優化模糊PID的原理Fig. 6 Principle of genetic algorithm for fuzzy PID optimization

3 關鍵部件及割臺整體控制系統研究

收獲作業過程中，割臺損失占收獲損失比重較大，尤其是在大豆收獲過程中割臺損失占總損失比例高達80%。國內外學者通過對割臺運動過程及結構組成進行分析，研究對比了影響割臺損失的諸多因素，結果表明撥禾輪、切割器和輸送攪龍等割臺關鍵部件的運動過程和作業姿態對割臺的作業質量有極大影響，實現對割臺關鍵部件的控制和結構上優化調整是減少割臺損失的重要途徑，因此有必要研究割臺關鍵部件及傳動裝置的控制系統，提升割臺整體的控制性能。

3.1 撥禾輪控制系統研究現狀

撥禾輪是谷物收獲機割臺重要組成結構，其主要作用包括將谷物撥向切割器，扶持莖稈進行切割和清掃割刀防止堵塞[31]。撥禾輪轉速及位置不當會對作物產生嚴重打擊，造成收獲損失，因此通過研究撥禾輪控制系統，從而對其運動過程和位置進行控制，降低撥禾輪對收獲作業的影響，減少撥禾輪打擊產生的割臺損失。

1) 撥禾輪轉速控制研究。撥禾輪轉速與收獲機前進速度有關，撥禾輪正常工作時兩者的比值即撥禾輪速比λ>1，撥禾輪運動軌跡為余擺線。作業過程中，撥禾輪轉速過快或過慢都會影響收獲效果，轉速過慢導致喂入不及時，秸稈被割臺在前進過程中推倒造成割刀堵塞，割臺作物產生堆積。割刀轉速過快則會在撥送過程中多次打擊谷物果穗，造成收獲損失。為解決因轉速問題造成的收獲問題，國內學者通過研究自動控制裝置、研究轉速控制系統等方式實現對撥禾輪轉速的調整。

杜娟等[32]為降低撥禾輪轉速對收獲作業影響，通過采用PID控制算法，設計了撥禾輪轉速自動控制裝置，實現了撥禾輪轉速自動控制，此裝置將轉速誤差控制在3.5 r/min以內，最大相對誤差僅有8.6%，穩定性較高。周航捷[33]結合實際工作過程中撥禾輪功率消耗，設計了以三相交流電為基礎，結合87CI96KC單片機組成的核心控制系統，能夠有效控制撥禾輪轉速。崔勇等為提高撥禾輪實際工作過程中工作穩定性，降低傳動級數，減少功率損失，在運動分析及數學模型建立基礎上，設計了由功率主回路和控制電路共同做成的雙閉環控制系統如圖7所示，用單片機實現了控制過程自動化。劉江華[34]通過比較各種交流調速的方式，根據撥禾輪工作要求，利用MATLAB、匯編語言對控制系統核心硬件及程序進行了研究，設計了用單片機控制變頻器進而驅動電機的撥禾輪控制系統。李耀明等[35]設計了一種撥禾輪自適應調節系統，該系統通過對撥禾輪碰撞力、轉速和前進速度的監測，根據預設控制策略實現對撥禾輪轉速的實時控制。勇春明等[36]設計了一種降低小麥收獲機割臺損失的自動控制裝置和控制方法。控制裝置由行駛速度傳感器、割臺高度傳感器、撥禾輪轉速傳感器、撥禾輪高度傳感器和禾高檢測裝置組成，由PID控制器和收獲機控制器進行控制。

圖7 撥禾輪雙閉環控制系統Fig. 7 Double closed-loop control system for wheels

2) 撥禾輪位置控制研究。撥禾輪位置調整指撥禾輪軸與割刀的相對位置調整，包括豎直和水平兩個方向的調整。豎直方向能夠影響撥禾輪對作物的打擊位置，直接造成打擊損失。水平位置調整主要在收獲不同生長狀態下的作物進行，撥禾輪水平位置的移動會對其扶持引導和鋪放作用產生影響。通過控制撥禾輪位置能夠增加收獲效果，減少撥禾輪的打擊損失。國內學者通過設計優化割臺形式，實現對撥禾輪位置控制，控制方式仍以液壓控制為主。王金武等[37]利用液壓控制裝置，配合割臺位置傳感器，設計了一種能夠全方位調整的水稻收割臺，可以實現撥禾輪位置和割臺架的位置調整。杜岳峰等[38]改進了現有谷物聯合收割機割臺，在割臺左右兩側設計了抽屜式連接方式，使撥禾輪左右兩端連接在抽屜式割臺殼體上，通過液壓缸對撥禾輪水平和豎直位置進行調整，改進后的抽屜式割臺能夠適應更多種類作物收獲，有助于降低收獲損失。田杰[39]發明了一種由一個液壓油站為撥禾輪位置調整和轉動提供液壓油的液壓控制方式，這種方式可以控制撥禾輪上下及前后位置并對其進行固定。

3.2 割刀控制系統研究現狀

谷物收獲機割刀多采用往復式結構，割刀往復運動頻率對收獲質量有重要影響，調節割刀頻率適應收獲機前進速度有助于減少重割、漏割現象，降低因重割造成的功率消耗和漏割造成的損失[40-41]。國內學者應用了較多控制方式實現了對割刀頻率的調整，在割刀頻率控制研究進展中取得了較多成果。

金向平將PLC控制技術和傳感器技術運用在傳統水稻收割機上，設計了割茬高度控制系統，實現了對割刀切割速度、收割機前進速度和割刀高度的調整，經過田間試驗表明該系統能夠穩定控制割茬高度，穩定系數為96.7%，提高了水稻產量。陳宜松[42]通過分析稻麥聯合收獲機切割器原理，確定了割刀高度與前進速度不同組合下的頻率值范圍，以BP神經網絡為控制算法，實現了對切割器頻率的調節，調整切割頻率偏差保持在±0.8 Hz以內，改善了重割現象。孫蘇杭[43]通過建立往復式割刀切割頻率與前進速度模型，分析剪切功與小麥材料屬性的關系，建立了切割頻率的控制策略，并用ANSYS Workbench進行仿真試驗，驗證結果確定了控制策略的有效性。

3.3 割臺整體控制系統研究現狀

在收獲機智能化不斷發展的背景下，對割臺某一部件進行智能控制僅能提高相應工作質量，仍無法使割臺達到最佳工作狀態，割臺損失不能達到最低。因此只對單一部件控制系統進行開發研究已經無法滿足發展要求，各部件根據工況進行全面自動調整成為割臺智能化發展的重要方向。為此，國內學者通過研究割臺整體控制系統，研發新型控制裝置，達到了全面控制各項參數的目的，提高了割臺和聯合收獲機控制能力，控制系統可靠性也進一步加強。

侯安康等[44]對割臺控制系統進行了設計，采用直流無刷電機和工控機進行控制，建立了割臺控制模型，實現了對收獲機割臺各部件轉速的控制，將控制系統在聯合收割機上進行改裝后，在農田進行了水稻收割實驗。實驗結果表明，收割時的電機功率比改裝前的機械功率小，割臺各部件速度控制的相對誤差平均值小于5%，響應時間在0.2s左右，滿足了農田作物收割的速度、精度以及實時性要求。陳進等[45]對水稻聯合收獲機割臺參數調節裝置及撥禾輪轉速自動控制方法進行了研究，針對目前我國稻麥聯合收獲機割臺自動化程度較低的問題，采用聯合收獲機割臺參數電控和自動控制方法，設計了稻麥聯合收獲機割臺參數調節裝置，其總體結構組成如圖8所示，實現了聯合收獲機割臺參數電動調節和撥禾輪轉速隨作業速度變化自動調整，經過驗證表明調整后各項參數誤差較小，割臺高度、撥禾輪高度、前后位置及轉速參數調節相對誤差分別為7.4%、3.4%、2.0%和7.8%；作業速度相對誤差為3.4%；撥禾輪轉速自動控制響應時間≤0.8 s,調整時間≤1.7 s,最大相對誤差8.5%,控制精度達到91.5%。蔡陽陽[46]設計了以嵌入式ARMS3C2440A處理器為硬件平臺，以Linux操作系統為軟件平臺的聯合收割機多功能一體化操控手柄控制裝置，能夠對割臺、撥禾輪、糧倉、魚鱗篩、前進速度、風機調風板進行控制，其中對割臺及撥禾輪控制誤差分別小于4%和1%。張孝然[47]針對傳統割臺可靠性低的問題，對割臺進行了創新，并設計了總體控制方案，用FMEA對控制系統可靠性進行了分析，保證了控制效果。師帥兵等[48]設計了一種電驅動聯合收割機的控制系統，此系統可以進行作物高度識別，割臺高度監測，控制和調整撥禾輪位置和轉速等工作，使得收獲機智能化得到提高。曹翀等[49]設計了一種能夠適應玉米不同種植行距的新型割臺，運用PLC技術進行自動控制，由液壓系統作用實現割臺整體折疊、升降和摘穗輥的間距在450～650 mm范圍內調節。王剛等[50]通過對比國內外單一型和通用型互換割臺式收割機，分析割臺作業過程中的工作參數，對獨立割臺液壓傳動系統的配置方案、液壓元件選型、重要參數和性能進行了研究，對我國獨立割臺液壓系統發展有重要意義。

圖8 割臺參數調節裝置總體結構組成Fig. 8 Overall construction of the cutting Table parameter adjustment device

4 國內割臺存在的問題及不足

國內谷物聯合收獲機割臺智能化研究在眾多學者不斷努力下已經得到了快速發展，智能化水平相對之前有所提高。但目前國內割臺智能化研究水平相比于國外割臺研究和技術而言仍處于發展初期，在結構和整體控制性上也存在一些問題及不足，主要表現為以下方面。

1) 在割臺仿形和高度控制智能化研究方面：國內主要以縱向高度控制研究為主，對于割臺左右高度仿形結構和智能化控制研究投入較少。在現有研究成果的推動作用下，國內割臺在縱向控制上響應速度更快，割臺高度控制實時性更強。研究割臺左右仿形和控制能夠提高大割幅割臺適應性，減小工作過程中因地面左右不平整造成的割茬不齊、割臺一端起土或漏割現象，同時對減少較大割幅割臺工作過程中因地面左右高度存在偏差所造成的割臺損失，提高工作效率有重要意義。由于國內對割臺左右仿形及控制研究較少，技術相比于國外大型農機制造企業較為落后，一定程度上限制了國內大割幅谷物收獲機割臺發展。

2) 在影響割臺損失重要因素的智能化控制方面：如撥禾輪轉速及位置調整、輸送攪龍轉速和割刀頻率等工作參數控制研究較少，控制系統應用范圍小，在智能化控制方面仍存在很大上升空間。有研究表明小麥、大豆等谷物收獲過程中，撥禾輪和割刀對作物打擊易產生較多割臺損失[51]。當前有國內學者利用PLC等技術實現了對割臺部分參數的控制，相比較國外較為成熟的割臺運動參數控制技術和成型的割臺機型，國產割臺的研發和實際工作過程中未能實現深入的研究以及廣泛的應用，仍需要根據收獲作業過程中的割臺運動參數特點，深入分析同時結合現有或不斷創新的控制技術，加強對各部件實際工作中的控制，以達到減少因撥禾輪轉速等因素產生的割臺損失。

3) 在多種作物兼收及喂入量適應智能化方面：國內所研發生產的割臺收獲專一性強，主要以單種作物收獲為主，多種作物兼收自適應性割臺較少。國外眾多成熟割臺機型已經能夠實現通過伸縮割臺底板改變割臺容量、撥禾輪前后移動自動適應不同種類作物及不同喂入量的收獲作業。國內多種作物兼收收獲機搭配的割臺相比較國外綜合性收獲割臺在喂入量變化適應上有短板，進行收獲作業可滿足的喂入量范圍小，提高前進速度增加喂入量時容易產生割臺堵塞，造成割臺損失以及割臺零件損壞。

5 發展趨勢

國內對于聯合收獲機割臺智能化研究主要包括割臺仿形和高度控制、關鍵部件運動參數控制和割臺整體參數控制，通過理論分析、田間試驗，借助MATLAB、ANSYS等仿真軟件驗證了相關控制系統的有效性。多種控制算法及傳感器在割臺控制上的廣泛應用，搭配優化的控制裝置，逐步提高了控制系統精度。割臺智能發展研究上取得了一定成果，并呈現出了以下發展趨勢。

1) 提高割臺仿形和高度控制精度及響應速度。通過在割臺各部分加裝多種精度較高的傳感器，割臺各項參數獲取更加精準便利，通過優化控制方式和控制算法，完善了割臺控制系統整體性能，提高了割臺控制精度和響應速度。

2) 提高割臺適應性，減少割臺損失。撥禾輪等割臺主要組成裝置的不斷優化及其控制系統的研發，能夠在收獲不同作物和不同工況下及時調整參數組合，逐漸減少了割臺在收獲作業中的損失率，降低了功率消耗，提高了割臺適應性，谷物聯合收獲機作業更加高效。

3) 提高割臺整體智能化水平。在大喂入量谷物聯合收獲機不斷發展前提下，對減少收獲損失，提高割臺作業水平提出更高要求。因此研究割臺整體智能控制系統，符合當前發展趨勢，有助于提高聯合收獲機自動化水平，保障收獲作業效果。

在農業快速發展背景下，提高收獲質量，減少收獲損失是必然發展要求，因此有必要在現有研究成果基礎上繼續加大割臺智能化研究，以此提高谷物聯合收獲機工作效率和智能化水平。