分插機構優化分析
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1.1分插機構的工作原理
分插機構是水稻插秧機的核心工作部件之一，也是國內外水稻插秧機研究人員最主要的研究對象。橢圓齒輪行星系分插機構作為高速水稻插秧機常用的旋轉式分插機構之一，此分插機構具有結構相對簡單、傳動較平穩和可靠性好等特點。其傳動圖如圖1所示，該機構由5個全等的橢圓齒輪（圖1中的1、2、2''''、3、3''''標示處）、行星架（圖1中的5標示處）和2個栽植臂（圖1中的4和5標示處）所組成，橢圓齒輪的初始安裝相位相同，太陽輪與機架固定在一起，2對橢圓齒輪（圖中的2，2''''和3，3''''）對稱安置在太陽輪的兩邊[10]。分插機構在工作旋轉時，太陽輪固定不動，并跟隨行星架一起轉動，2個中間橢圓齒輪（2，2''''）繞著太陽輪轉動，同時帶動另外2個行星橢圓齒輪（3，3''''）在周期內擺動。栽植臂固定在行星輪上，隨行星架順時針轉動，即相對于行星架作非勻速逆時針的轉動，同時可完成栽植臂上的秧針尖點的運動軌跡和姿態，從而完成插秧的工作[10]。
1.2分插機構優化分析
分插機構優化涉及到多個優化參數和多個優化目標，是一項具有強耦合性、模糊性和非線性多參數多目標的優化問題。分插機構在進行人機交互優化的過程中，主要是用戶根據經驗來輸入一組已知參數，由軟件平臺來計算目標結果，并顯示運動軌跡和對機構運動模擬，然后通過用戶的直覺，或者專家的經驗來判斷當前結果是否可行，判斷當前參數是否優良，如果不滿足條件，就進行多個參數的調整，在試湊法的基礎上，直到找到滿足插秧要求的結果為止。分插機構的12個優化目標如表1所示。分插機構在進行人機交互優化的過程中，主要是用戶根據經驗來輸入一組已知參數，由軟件平臺來計算目標結果，系統集成了專家的知識，根據每個目標結果值來判斷當前一組參數是否滿足機構要求，如果不滿足，就進行參數的調整，直到找到滿足插秧要求的結果為止。此優化過程屬于多參數多目標優化問題，優化結果不唯一，但都滿足插秧要求。優化后得到的多組優化結果，可進一步通過評價方法評價出最優解。模糊數學理論中的模糊綜合評判法[11-12]是一種用于解決多目標優化問題的有效方法。根據模糊數學理論，將模糊綜合評判法應用到目標結果優化中，求得所有目標的滿意度，從而得到這組滿意度中評價最高的優化參數，為分插機構進一步優化提供了評判依據，達到進一步提高機構性能的目的。文獻[13]曾利用此方法對分插機構運動性能進行量化，繼而對分插機構利用神經網絡進行訓練，得到滿意度函數。各種評判方法中用于解決優化評判最關鍵的步驟是建立權重集，本文主要討論AHP求解權重集的問題。
2AHP方法計算權重
AHP是一種解決多目標的復雜問題的定性與定量相結合的決策分析方法[14-17]。該方法用決策者的經驗判斷各衡量目標能否實現的標準之間的相對重要程度，并合理地給出評價對象的每個標準的重要性系數，即權重。AHP求解權重具體步驟如下：1）確定指標的量化標準。AHP的核心問題是建立一個構造合理且一致的判斷矩陣，判斷矩陣的合理性受到標度的合理性的影響。所謂標度是指評價者對各個評價指標（或者項目）重要性等級差異的量化概念。判斷矩陣中的元素aij表示構成改矩陣的行元素Ai對列元素Aj的相對重要性。2）確定初始權數初始權數的確定常常采用定性分析和定量分析相結合的方法。一般是先組織專家，請各位專家給出自己的判斷數據，再綜合專家的意見，最終形成初始值。
3分插機構目標優化評價模型權重的求解
目前用于AHP方法中的標度法主要有：1～9標度方法、0～2三標度法、-1～1三標度法、-2～2五標度法、指數標度法、分數標度法等。根據文獻[19]中對各標度法的相關特性比較分析，結合分插機構參數優化中評價指標的特點，本文首先選擇采用0～2三標度法。根據分插機構的理論分析可知[20-22]，分插機構運動學優化有8個輸入參數，12個運動學目標（目標參數見表1）。當運動學目標滿足運動學軌跡要求時，可稱此組解為可行解。在12個運動學目標中，object1和object2是對插秧機運動干涉的判定，可得到精確的判定結果，而其余10個目標均存在一定的模糊性，即：目標要求分解到各個目標函數值不是唯一值，而是一個范圍，該范圍內的值都能滿足機構運動學的工作要求。根據分析，本文對分插機構設置10個評價指標，在可視化平臺中，專家們已經對10個目標進行了重要性排序[20,23-24]，即排在前面的目標比排在后面的目標重要，由此可得到初始判斷矩陣A的元素標度值，見表3所示。一般把三標度判斷法構造的矩陣定義為比較矩陣。
4結論
（1）本文引用AHP用于排序權值的計算，結果明顯得到了優化，即通過建立判斷矩陣以及一致性檢驗可提高結果的精確度，求解結果更準確、客觀，結果更貼近實際。2）應用MATLAB工具集對AHP方法所建立的矩陣進行計算，通過建立多目標之間的關聯關系，經驗證求解結果與實際相符。3）對分插機構的目標權值應用算法進行求解，此方法部分脫離了專家的依賴性和主觀性，對其它農機多目標優化求解問題具有一定的參考價值，可為農機開發人員提供一個通用的權值求解平臺。
作者：代麗朱愛華趙勻單位：浙江理工大學管理科學與工程系浙江理工大學機械與自動控制學院
