1.一种油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于,具体步骤包括:
S1.采集多组已知的开围沟机的刀盘参数,所述刀盘参数包括刀盘特性参数和刀盘上的刀片参数,并获取开围沟机的竖板与弧形板的角度、刮土板离地高度,将开围沟机的竖板与弧形板的角度、刮土板离地高度作为恒定设备参数,刀盘特性参数包括刀盘的转速、刀盘的外径、刀盘的振动频率和刀盘的振幅,刀片参数包括内圈刀片之间的水平距离、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距、内圈刀片角度和外圈刀片角度,将多组已知的刀盘参数和恒定设备参数拼接,构建初始种群中的个体;
S2.构建坍塌风险评估模型,将多组初始种群中个体的刀盘的转速、刀盘的外径、刀盘的振动频率和刀盘的振幅作为输入,通过专家组打分法确定沟壁坍塌风险系数,以沟壁坍塌风险系数为标签,对坍塌风险评估模型进行训练;
S3.将初始种群中个体的内圈刀片之间的水平距离、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距、内圈刀片角度和外圈刀片角度进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估土壤承载能力的土壤承载系数,将初始种群中个体的刀盘的转速、竖板与弧形板的角度和刮土板离地高度进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估开围沟机所开围沟厢面的均匀程度的土壤均匀系数,将沟壁坍塌风险系数、土壤承载系数和土壤均匀系数进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估开围沟机所开围沟稳定程度的综合评估系数;
S4.以综合评估系数最大化为目标函数,并构建刀盘参数和恒定参数的约束条件,在约束条件下通过遗传算法对初始种群中的个体进行迭代优化,获取最优的个体,基于最优的个体,提取刀盘参数的最优值。
2.根据权利要求1所述的油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:将多组已知的刀盘参数和恒定设备参数拼接,构建初始种群中的个体,具体的过程如下:采集已知的刀盘参数,包括刀盘的转速 、刀盘的外径 、刀盘的振动频率 、刀盘的振幅、内圈刀片之间的水平距离 、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离 、内圈刀片之间的间距 、外圈刀片之间的间距 、内圈刀片角度 和外圈刀片角度 ,将恒定设备参数组合标定为 ,且 , , 分别表示恒定设备参数组合中的竖板与弧形板的角度和刮土板离地高度,将拼接形成的初始种群标定为 ,且初始种群, 为初始种群中第 个个体,为初始种群中个体的索引,且
,m为初始种群个体的数量, ;
其中, 分别为第 个个体的刀盘的转速、刀盘的外
径、刀盘的振动频率、刀盘的振幅、内圈刀片之间的水平距离、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距、内圈刀片角度和外圈刀片角度。
3.根据权利要求2所述的油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:所述坍塌风险评估模型采用基于多层感知器的深度神经网络构成,所述多层感知器的深度神经网络包括输入层、第一隐藏层、第二隐藏层、第三隐藏层和输出层,所述第一隐藏层、第二隐藏层和第三隐藏层均具有至少两个神经元,且均采用ReLU作为激活函数;
对坍塌风险评估模型进行训练的过程如下:
根据已知初始种群中个体的刀盘的转速、刀盘的外径、刀盘的振动频率和刀盘的振幅,基于专家打分法确定对应的沟壁坍塌风险系数,沟壁坍塌风险系数越大,围沟坍塌风险越高,说明围沟的稳定性越差;
以初始种群中个体的刀盘的转速、刀盘的外径、刀盘的振动频率和刀盘的振幅为输入量,沟壁坍塌风险系数为输出标签进行训练,使用均方误差作为损失函数,当均方误差在范围内时,完成对坍塌风险评估模型的训练。
4.根据权利要求3所述的油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:将初始种群中个体的内圈刀片之间的水平距离、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距、内圈刀片角度和外圈刀片角度进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估土壤承载能力的土壤承载系数,依据的公式如下:;
其中, 为土壤承载系数,为内圈刀片和外圈刀片的间距和的指数因子, ,为内圈刀片之间的最佳间距, 为外圈刀片之间的最佳间距, 为内圈刀片的最佳角度, 为外圈刀片的最佳角度。
5.根据权利要求4所述的油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:将初始种群中个体的刀盘的转速、竖板与弧形板的角度和刮土板离地高度进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估开围沟机所开围沟厢面的均匀程度的土壤均匀系数,依据的公式如下:;
其中, 为土壤均匀系数, 为竖板与弧形板的角度, 为刮土板离地高度,、均为常数, 为刀盘转速的权重系数, 为竖板与弧形板角度的权重系数, 为刮土板离地高度的权重系数, 为刀盘的最佳转速, 为竖板与弧形板的最佳角度, 为刮土板离地的最佳高度, , 。
6.根据权利要求5所述的油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:将沟壁坍塌风险系数、土壤承载系数和土壤均匀系数进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估开围沟机所开围沟稳定程度的综合评估系数,依据的公式如下:;
其中, 为综合评估系数, 为沟壁坍塌风险系数, 为土壤承载系数的权重系数,为土壤均匀系数的权重系数, 为沟壁坍塌风险系数的权重系数。
7.根据权利要求6所述的油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:步骤S4的具体过程如下:
在沟壁坍塌风险系数、土壤承载系数和土壤均匀系数之间寻求一个平衡点,使综合评估系数获得最大,则以综合评估系数 最大化为优化目标,对初始种群 进行迭代优化,即对初始种群 中的个体进行选择、交叉、变异操作,在迭代优化过程中,要设置约束条件,即分别设置刀盘的转速 、刀盘的外径 、刀盘的振动频率 、刀盘的振幅 、内圈刀片之间的水平距离 、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离 、内圈刀片之间的间距 、外圈刀片之间的间距 、内圈刀片角度 和外圈刀片角度 的最大值和最小值,在刀盘的转速 、刀盘的外径 、刀盘的振动频率 、刀盘的振幅 、内圈刀片之间的水平距离 、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离 、内圈刀片之间的间距 、外圈刀片之间的间距 、内圈刀片角度 和外圈刀片角度 的约束范围内,对初始种群 迭代优化,具体为选择综合评估系数位于前列的个体作为父代,通过交叉操作,将父代个体的基因进行交换和组合,生成新的个体,对新生成的个体中刀盘的转速 、刀盘的外径 、刀盘的振动频率 、刀盘的振幅 、内圈刀片之间的水平距离 、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离 、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距 、内圈刀片角度 和外圈刀片角度 的基因进行变异操作后,重复进行选择、交叉、变异操作,直到达到预定的迭代次数;
在对初始种群 进行迭代优化后,将最优的个体标定为
,刀盘参数的最优值为
刀盘的转速 、刀盘的外径 、刀盘的振动频率 、刀盘的振幅 、内圈刀片之间的水平距离 、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离 、内圈刀片之间的间距 、外圈刀片之间的间距 、内圈刀片角度 和外圈刀片角度 。
8.一种油菜开围沟机用刀盘参数设计系统,所述系统用于执行权利要求1‑7任一所述的一种油菜开围沟机用刀盘参数设计方法,其特征在于:包括:数据采集和种群构建模块,用于采集多组已知的开围沟机的刀盘参数,所述刀盘参数包括刀盘特性参数和刀盘上的刀片参数,并获取开围沟机的竖板与弧形板的角度、刮土板离地高度,将开围沟机的竖板与弧形板的角度、刮土板离地高度作为恒定设备参数,刀盘特性参数包括刀盘的转速、刀盘的外径、刀盘的振动频率和刀盘的振幅,刀片参数包括内圈刀片之间的水平距离、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距、内圈刀片角度和外圈刀片角度,将多组已知的刀盘参数和恒定设备参数拼接,构建初始种群中的个体;
风险评估模块,用于构建坍塌风险评估模型,将多组初始种群中个体的刀盘的转速、刀盘的外径、刀盘的振动频率和刀盘的振幅作为输入,通过专家组打分法确定沟壁坍塌风险系数,以沟壁坍塌风险系数为标签,对坍塌风险评估模型进行训练;
数据处理和分析模块,用于将初始种群中个体的内圈刀片之间的水平距离、内圈刀片与外圈刀片之间的垂直距离、内圈刀片之间的间距、外圈刀片之间的间距、内圈刀片角度和外圈刀片角度进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估土壤承载能力的土壤承载系数,将初始种群中个体的刀盘的转速、竖板与弧形板的角度和刮土板离地高度进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估开围沟机所开围沟厢面的均匀程度的土壤均匀系数,将沟壁坍塌风险系数、土壤承载系数和土壤均匀系数进行数据处理,并进行相关性分析,生成用于评估开围沟机所开围沟稳定程度的综合评估系数;
参数优化模块,用于以综合评估系数最大化为目标函数,并构建刀盘参数和恒定参数的约束条件,在约束条件下通过遗传算法对初始种群中的个体进行迭代优化,获取最优的个体,基于最优的个体,提取刀盘参数的最优值。