花生是世界四大油料作物之一,亦是我国最具国际竞争力的优质优势油料作物。2015年我国花生种植面积达7 023.0万亩,总产量达1 697.2万吨,均居世界前列。然而,花生生产机械化发展却严重滞后,尤其是收获作业,主要依靠人工和半机械化完成。目前,花生主产区正在积极推广半喂入联合收获技术,其集成度高,作业环节多,技术难度大,尤其是在挖掘作业时,对设备挖掘深度控制要求较高。田间垄面起伏变化,挖掘收获机械若不能及时作出调整,有效控制挖掘深度稳定,不仅导致果实漏挖、破损严重,还会增大收获机功耗。因此,研究挖掘深度自动控制技术对提高半喂入花生收获机械自动化水平和作业性能具有重要且迫切的现实意义。本研究以自研的4HLB-4型半喂入花生联合收获机为载体,结合主产区花生的植株特性和种植模式,进行自动限深技术研究和系统设计。本研究可为花生及其他土下果实自动限深收获技术的研发提供借鉴与参考。主要研究内容和结论如下:1)研究分析我国花生主产区的种植模式、收获模式以及典型花生植株特性。据此,提出半喂入花生联合收获机自动限深系统的设计要求,对各子系统进行多轮方案设计、论证和确定,完成总体方案设计,确定系统结构总布置和工作原理。自动限深系统主要由限深仿形机构、液压调整系统、电子控制系统以及信号反馈系统组成。2)设计限深仿形机构的主要结构及关键尺寸,并确定角度传感器型号。设计一种大直径辐杆式仿形轮（R=340 mm）,能有效避免因压倒花生秧蔓而影响信号提取精度。辐杆式仿形轮通过摆杆（L=460 mm）与安装基座铰接,铰接轴与角度传感器输出轴通过联轴器和外部法兰固定连接。角度传感器型号为长春荣德有限公司的绝对式单圈光电编码器RDE58BS10。正常工作状态下,光电编码器的初始角度为α₀=β₀=60°,仿形机构的仿形量区间为-120^-20 mm和+20⁺120 mm。3)设计液压调节系统的工作原理和左右挖掘深度调整机构,并进行液压控制系统稳定性理论分析。经过综合分析,选择系统供油压力为16 MPa;计算液压缸主要结构尺寸,确定电磁阀参数和型号以及系统集成方式。建立液压控制系统的数学模型,导出系统开环传递函数,并利用Matlab软件绘制系统传递函数的Bode图,由图分析知左液压控制支路系统为稳定系统,右液压支路控制系统为不稳定系统。根据液压控制系统的特性,本研究采用模糊PID控制算法校正液压调整控制系统。4)设计电子控制系统,主要包括硬件选型、硬件电路设计、控制算法设计、模糊PID控制器设计以及软件程序设计。在Simulink环境下以框图模块组合的方法创建自动限深动态系统的虚拟仿真模型,进行电液控制系统联合仿真试验。仿真结果显示,采用模糊PID控制算法,左液压支路系统的超调仅为7.1%,调整时间仅为0.093s,无稳态误差,与常规PID控制器相比,系统超调降低了4.9个百分点,调整时间缩短了0.026s,约降低了21.8%;右液压支路系统的超调仅为6.13%,调整时间仅为0.079s,无稳态误差,与常规PID控制器相比,系统超调降低了12个百分点,调整时间缩短了0.031s,约降低了28.2%。5)进行样机试制、台架和田间试验。经Inventor虚拟样机设计、验证系统结构可行性后进行样机试制。以液压系统反应时间作为试验指标,液压流量和供油压力作为试验因子进行液压系统台架试验。试验结果显示,液压系统的反应时间均随液压流量和供油压力的增大而先减小后增大,当液压流量为20 L/min,供油压力为16 MPa时,液压系统的反应时间最小。以漏挖率、破损率和平均挖掘深度为主控指标进行田间试验。试验结果表明,采用自动限深系统后,平均漏挖率为1.08%,平均破损率为0.94%,平均挖掘深度为123 mm,与人工限深相比,平均漏挖率降低了2.13个百分点,平均破损率降低了1.4个百分点,平均挖掘深度偏差降低了11 mm,而且挖掘深度偏差较小且集中,自动限深效果良好。