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1、玉米播种机数控加工算法控制研究摘要:精细玉米播种机是将玉米种子播种到预定的位置中，且保证播种的准确位置和要求数量的机具。由于精细玉米播种机工作对象的特殊性和构造的复杂性，拟采用数控加工方法，取代传统的设计制造方法，并利用软件在计算机上建模验证播种机的可行性。从精细玉米播种机的构造出发，分析实例推理中的关键步骤，采用数控加工的实例检索算法进行验证。精细播种机数控加工核心算法采用改良的最邻近算法，可高效率地检索到与目的实例类似度最高的的实例，并将提取的实例特征进行修改，为新设计的精细玉米播种机提供指导，缩短了设计周期，提高了播种机的研制效率。关键词:玉米播种机;精细播种;数字化设计;实例检索算法播
2、种作为农业种植生产的关键环节，不同农作物的播种要求也不一样，不同的播种数量、不同的播种深度等都直接影响农作物的产量。精细播种能够保证玉米种子的株距、播种深度、播种量的一致性，提高农作物的质量，控制玉米的生长密度，是当代农业生产中应用最多的播种方法。采取精细播种方法对于种植户来讲能够更大程度降低投入，还能增加农作物的产量。国外在20世纪40年代就开场研究精细播种机，多数的农作物都实现了精细播种;我国对于精细播种机的研究较晚，在70年代开场研究，目前玉米、小麦等作物实现了精细播种。精细播种是将需要数量的农作物种子播种到土壤中，种子的播种位置和深度都能够根据要求进行设定，且保证每株种子的的深度都能到
3、达要求。精细播种机的加工精度直接影响播种效果，采用传统播种机加工方法，效率低，研制周期长，且研制的成本高，不利于推广。随着计算机技术的快速发展，以计算机为基础的设计方法应运而生，农机制造也开场逐步采用数控加工技术。数字化控制加工技术以计算机技术为基础创立数字化产品模型，且在产品的设计、试验和加工经过中都能够提供帮助，不需要制造产品实物模型。在精细播种机的研制中应用CAD技术，其设计和加工基本实现了智能化控制及数字化生产，保证了播种机零件的精度，实现了播种机的标准化生产。本文基于实例推理的方法对精细玉米播种机的数控加工核心算法进行研究，选择合适的实例表示形式，建立精细播种机的实例知识库，研究精细
4、播种机实例知识库的检索算法，在实例检索后对实例进行类似度计算比拟，并以此来选择适宜的实例，再通过实例修改使之符合当前实例后，解决当前问题。1基于实例推理方法概论11CB概述CB是一种类比的推理方法，其利用已有的知识经历，通过对解决方案的调整和修改，用来作为新问题的解决方案。CB(基于实例的推理)通过对已有实例的应用和修改来解决问题的定义是由iesbeck和ogerSchank提出的。对于CB的定义还有很多，但各种的定义的核心思想都是一样的，就是利用以前的经历知识来解决当前问题。12CB的工作机制CB的关键就是利用人们已经知道的经历来解决新问题，并将新问题的解决方案作为经历存储到实例库，不断地扩
5、展知识库中实例。在CB中处理一个问题时，从实例库中查询到一个与问题最像的实例，查询到的实例能够知足问题的求解时就将查询实例作为结果输出;假如查询实例不能知足问题描绘，就对实例进行修正到能够知足问题，修改之后的实例也会成为经历实例存储到实例库中。CB推理步骤如图1所示。13CB实现的关键步骤131实例的描绘CB技术的实例库是CB实现的基础，实例检索的时间和搜索一样，搜索能力大的在时间上占据明显的优势，实例检索的效率直接影响推理的效率，是判定推理机制性能的指标之一。实例检索出来的实例在经过修正之后构成的新实例可作为经历存储起来，不断存储起来的实例不能影响实例库的性能，又要不断地完善扩大实例库。实例
6、的描绘是在实例库中选择适宜的组织形式来表示实例，是实例推理的重要开场，正确完好地描绘实例的内容，能够为实例推理的后续步骤提供良好的基础。132实例的检索实例的检索是实例推理的中的最影响其效率的步骤，根据实例问题的描绘，进行问题属性的分类，根据关键词和属性再以特定的检索策略在精细播种机实例库中查找到类似的实例方案。实例检索算法实现的根据是实例描绘和实例库中存储实例有一定的类似度，而怎样来确定实例的类似度就成为实例检索前需要解决的难题。对于类似度的问题，人们提出了几个对类似度进行定量的概念，如模糊类似度及差异度等。使用不同的类似度定量概念需要的算法也会不同，应根据算法的偏向选择来确定对应的定量概念
7、。根据数控加工需要的要求，实例检索要到达的要求有高速性、准确性、有效性、易修改性。133实例的修改检索出来的实例和目的实例基本很难符合的，需要对检索出来的实例进行修正。实例的修改是指对检索到与当前问题最类似的实例进行修改使之为完全符合要求的实例。假如采用统一的修改方法，只能面对同样的实例问题，对于不同的问题就无法使用，故需要根据不同规则来区别采用修改的方法。实例的修改是CB中最有难度的，用以前的经历知识来解决如今的新问题，不管存储经历知识多么丰富，也不能够保证能够解决不断出现的新问题。CB基本采用下面两种修改方法:基于规则的结论用以适应新问题构造的修改方法;通过利用存储实例结果规则进行诱导的修
8、改方法。2精细玉米播种机的实例表示和实例库21实例表示实例表示的内容主要包括问题描绘、问题求解和问题结果。问题的描绘是指求解实例的环境条件和状态，问题的求解是指求解问题的经过和方法，问题的结果是指问题求解出来信息。实例表示常用的方法包括一阶谓词逻辑表示法、框架表示法、自然语言表示法及经过表示法等，根据需要解决问题的类型选择适宜的表示方法。实例的表示是将实例描绘为人们能够认知的形式，并将实例以适宜方式存储到计算机中。实例的表示基于已有知识表示，在选择表示方法时应遵循的原则如下:1)可扩大性。实例库能够通过表示构造的增加提高表示能力。2)可表达性。实例可用一个特征集合来表示。3)可修改性。表示易于
9、修改，经过中的表示可以以修改。22精细玉米播种机实例库的建立一个产品的实例库由多个实例组成，每个实例包含各个实例的特征信息。实例库影响到实例的推理，且好坏直接影响到信息检索能否能成功和检索的速度。实例库中的知识经历以关系数据库的方式收集整理在一起，关系数据库中的数据以不同的方式存取或重新聚集，不需要重新组织数据库表格，关系数据库应易于创立、存取及扩大。将精细玉米播种机的实例存储在关系数据库中，将数据表和数据表连接起来构成数据构造，并在数据构造中映射实例库信息。实例库的创立程序为:1)选择数据库系统软件;2)设计存储实例的数据库构造;3)导入实例数据。实例库中实例的组织形式一般有两种:一种是分散
10、组织，即把实例分散为多个部分，每个部分分别存储在不同的数据表;另一种是统一组织，即将实例作为一个整体置于数据表中。假如实例之间的相关性强、构造性差时采用统一组织，统一组织的形式不易于修改，分散组织形式操作灵敏，对于实例的修改、存储更容易。3精细玉米播种机实例的检索算法实例的检索是CB推理中最重要部分，采用哪种检索算法对推理的准确和效率都有影响。实例检索包括识别、匹配及选定经过。目前实例检索的方法主要有3种，即近期邻算法、归纳索引算法和知识引导算法。1)近期邻算法是指使用者在实例库中找出与当前需要距离近期的实例的方法，即将实例看成一个点，在该点上建检索构造，使得对于输入问题描绘后可快速地找到最佳
11、匹配的节点。这种算法将实例的特征指定一个权重值，在进行实例检索时可根据输入的设计要求与从实例库中提取的实例的特征进行匹配，并计算实例之间的类似度，得到类似度最高的实例，即为检索目的实例。2)归纳索引算法类似决策树的方法，在实例库中索引出特征向量，根据不同的特征将实例组成一个类似判别网络的构造，即为实例检索时采用的搜索策略。其中，采用的算法为ID3算法，这种算法是在每步中取信息增益最大的属性，作为实例的检索特征，检索时间短，效率高。3)知识引导算法以实例库中已有的知识为引导，并决定实例中那种特征用来进行检索。这种方法具有方向性，构造形式也比拟简单。精细玉米播种机的实例检索的目的比拟难确定，类似度
12、的比拟标准不易获得，且实例库不大，不合适采用后面两种方法检索。采用改良的最邻近算法，在实例库中检索出来的类似度偏高的实例，将这些类似度高的实例以分层的形式组合。由于每个使用者都可能存在不同的检索要求，检索出来的实例偏差会有大有小，偏差大的实例和目的实例的类似度低，这种实例就无法使用。为了避免这种情况的发生，在检索前设定阀值，从局部和整体两个方面同时进行设定，以控制检索实例中出现不符合的实例。4精细玉米播种机数控加工设计系统实现41研发环境操作系统选择WindowsXP系统，相关数据库采用SQLserver数据库，编程语言为C+。42构造框架采用C/S构造作为数控系统的机构框架，将数控加工系统中
13、的客户输入端和服务端区别开来。构造框架大致上分为数据库、逻辑库和用户界面3部分。43数据库的访问采用ADO访问数据库。访问数据库的编制包括初始化、引入定义文件及连接相关数据库，在连接的数据库上执行指令进行查询，输出结果，关闭连接。44数控加工的实现基于CB的精细玉米播种机数控加工，包括实例检索、修改和存储等模块。在对实例库进行检索时，需要先对求解实例进行评价，和已有实例进行比拟，判定新实例和已有实例的类似度。类似度的判定首先是从局部进行，再进行整体类似度的评估。对评估得到最佳实例进行修改，改正的实例符合当前求解问题，即可用于播种机的设计。在计算机上进行这些步骤后，就能够利用数控软件进行模拟建模，并模拟试验，得到的设计参数后即可用于生产。相较于传统的播种方法，精细播种有提高效率、节省成本、利于机械化管理等优势，且实践证实采用精细播种能够大幅度地提高农作物的产量。在智能化加工技术出现之前，精细玉米播种机的设计制造周期长、成本高。为此，采用数控加工技术进行设计制造加工，将CB技术引入到精细玉米播种机的数字化设计加工中，能够充分地利用以前的精细播种机设计制造实例经历，快速地完成新型玉米播种机的设计加工，降低了设计成本，知足了使用者的需求。