林业科学

作者：茹煜1,2,*,徐国鹏1,范高鸣1,李秋洁1,易永魁1,丁莉1,周宏平1,2

单位：1. 南京林业大学机械电子工程学院　南京 2100372. 南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心　南京 210037

关键词：控制系统,振动采收,树干识别,可编程逻辑控制器

基金：“十四五”国家重点研发计划项目“核桃、枸杞采收技术装备研发”（2022YFD2202105-4）。

目的: 为解决传统核桃人工采收方式存在的采收难度大、效率低、成本高等问题，根据我国核桃种植区域向标准化果园发展的趋势，设计基于可编程逻辑控制器（PLC）的核桃振动采收控制系统，并通过仿真试验验证该系统的可行性，以提高核桃振动采收自动化水平，降低人工采收难度，提高采收效率。方法: 基于激光雷达采集树干点云，在Visual Studio 2017环境下对数据进行预处理，分割出最佳点云强度处的树干信息，采用最小二乘圆拟合方法提取树干直径；应用MATLAB软件设计模糊PID控制器，利用Simulink搭建系统框图找出控制器的最优参数，提高核桃振动采收控制系统的可行性；运用TIA Portal软件设计PLC程序，实现振动臂伸缩功能、夹持功能以及振动功能；使用组态王软件设计人机界面，通过以太网实现PLC与人机界面通讯，实现系统运行后的实时监控；通过仿真和实物试验对核桃振动采收控制系统的可行性进行验证。结果: 应用MATLAB软件得出控制器的最优参数分别为Kp=7.682、Ki=5.675、Kd=1.675。不同移动距离、树干直径的夹持力和振动频率仿真验证结果显示，在伸缩距离为20~100 cm时，误差为0.02%~0.15%；树干直径为15~20 cm时，夹持力误差稳定在1.20%~2.72%；振动频率误差为0.67%~3.00%。通过实机采收验证，控制系统能够准确控制振动臂进行移动、夹持和振动，采净率均在81%以上，且采收效率达到人工采收的7倍以上。结论: 本研究提出并设计一款基于PLC的核桃振动采收控制系统，通过仿真试验验证了系统的可行性。该振动采收控制系统适用于标准果园内的核桃采收，为核桃振动采收智能化提供了科学依据和实际指导，有效提高了核桃采收效率。

来源：2025年第8期

《林业科学》期刊编辑部

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