Design and experiment of an adaptive height adjustment system for soybean harvester header : Projeto e experimento de sistema de ajuste de altura adaptativo para cabecote de colheitadeira de soja

• Published in: Revista brasileira de engenharia agrícola e ambiental Vol. 29; no. 10; p. 1
• Main Authors: He, Xiaoning, Yang, Ziao, Shang, Shuqi, Wang, Ruzheng, Li, Mengzhu, Wang, Dongwei, Zhu, Zhenfei
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: ATECEL--Associacao Tecnico Cientifica Ernesto Luiz de Oliveira Junior 01.10.2025
• Subjects: Control systems; Harvesting; Sensors; Soybean; Valves
• DOI: 10.1590/1807-1929/agriambi.v29n10e292755
• ISSN: 1415-4366

The objective of this study was to design an adaptive header height control system through soybean pod height analysis in saline-alkali soils, ensuring consistent stubble height for optimal harvesting quality. The system includes a mechanical profiling device, angle sensors, a programmable logic controller (PLC) control unit, solenoid valves, a double-acting hydraulic cylinder, and a human-machine interface. The profiling device, comprising a parallelogram mechanism and a height detection unit, establishes a functional relationship between the rotation angle of the soil-contact component, header height, and hydraulic cylinder extension, clarifying its working principle. A multi-body dynamic - discrete element method (MBD-DEM) model simulated the profiling device's performance in saline-alkali soils and guided its optimization. A mathematical model of the adaptive height control system was developed with a fuzzy proportional-integral-derivative controller to enhance precision. Field tests, using header speed and stubble height as variables, showed the average stubble height deviation was under 4 mm, the coefficient of variation below 0.08, and control error within 10 mm. These results confirm the system's high precision and ability to maintain consistent stubble height in saline-alkali soybean harvesting, offering strong support for further development of adaptive height control technologies for headers. Key words: MBD-DEM, height detection, fuzzy-PID Este estudo teve como objetivo projetar um sistema adaptativo para controle da altura do cabecote, por meio da analise da altura das vagens de soja em solos salino-alcalinos, garantindo um tolete consistente e uma colheita de qualidade. O sistema integra um dispositivo mecanico de perfilamento, sensores de angulo, unidade de controle programmable logic controller (PLC), valvulas solenoides, cilindro hidraulico de dupla acao e interface homem-maquina. O dispositivo, composto por um mecanismo de paralelogramo e uma unidade de deteccao de altura, estabelece a relacao entre o angulo de rotacao do componente de contato com o solo, a altura do cabecote e a extensao do cilindro, elucidando seu funcionamento. Um modelo multi-body dynamic - discrete element method (MBD-DEM) simulou o desempenho do dispositivo em solos salinos e alcalinos, orientando sua otimizacao. Alem disso, desenvolveu-se um modelo matematico do sistema com um controlador fuzzy proportional-integral-derivative controller (PID) para aprimorar a precisao. Testes de campo, considerando a velocidade do cabecote e a altura dos restolhos, demonstraram que o desvio medio foi inferior a 4 mm, o coeficiente de variacao permaneceu abaixo de 0,08 e o erro de controle, dentro de 10 mm. Esses resultados evidenciam a alta precisao do sistema e sua capacidade de manter uma altura consistente dos restolhos na colheita da soja, reforcando o potencial para o desenvolvimento futuro de tecnologias adaptativas de controle de altura para cabecotes. Palavras-chave: MBD-DEM, deteccao de altura, PID fuzzy