通过整机模型和关键部件的分离模型（电机驱动机构，外槽轮播种施肥器），认知播种施肥机的典型结构，通过动画演示播种施肥机的工作原理。

按照实际测量电机开环模型的方法，通过实验方式获取模型的开环响应曲线，根据所测数据确定出模型参数，要求在每一种测试条件下，重复3次实验，至少开展两种不同的测试条件下（采用两种不同的电机驱动电压）的实验。

团队负责人汪小旵教授现任南京农业大学工学院院长，农业工程一级博士学科负责人，博士生导师，江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人，全国农机化科技创新专家，中国农业机械学会常务理事，中国农业工程学会和中国农业机械学会教育委员会副主任委员。长期从事设施农业轻简化、智能化装备、施肥机械装备等领域的教学和科研，主持多个国家自然科学基金、国家“863”重点项目、国家科技支撑计划、江苏省科技支撑计划等项目，科研成果获教育部技术发明二等奖以及江苏省农业科技奖等多项。在国内外核心期刊上发表学术论文100多篇，获得授权发明专利20多项。2018年获得“江苏农机行业改革开放四十年功勋人物”称号。

主编的《农业机械学》教材获江苏省重点教材和农业农村部“十三五”规划教材，承担了江苏省教改重点课题和教育部产学合作协同育人项目各1项。指导20多名本科生参加国际国内科技创新大赛，获得包括京都国际大学生创业大赛一等奖指导教师、“创青春”全国大学生创业计划大赛江苏省选拔赛银奖指导教师等荣誉称号。

将小麦的播种施肥一体化作业及后期的变量追肥作业列为实体教学项目存在诸多困难：

1、 实验设备规模和实验运行条件制约实践教学的开展

由于播种施肥机作业机具需要由拖拉机牵引和提供必要的动力才能工作，因此，一般高校只能提供展示性的实物认知学习，无法向学生提供实际动手操作的实践机会，远未达到开始实验或实践教学的条件。

同时，由于播种施肥的运行需要在实际田间进行，需要配备专门的实验农场提供相应的实验条件，这使得实验运行成本过高，一般高校难以将该项目作为常规运行项目开展教学活动。

2、 实验教学计划难以适应实验的强季节性要求

小麦的播种施肥作业和后续的追肥作业，都具有很强的季节性，一般很难适应相关专业的教学计划安排，使得实验项目的开设效果不佳。

3、 实验项目的田间作业效果评价困难

就目前的技术条件而言，播种施肥机的动态作业效果缺乏有效的检测方法，难以对播种施肥机的动态作业效果做出评价，只能给出阶段性的整体评价。而在虚拟场景中，这一问题可被有效解决。

总体而言，虚拟仿真实验可以完美地解决以上问题，既突破了教学条件的限制，也克服了技术条件的限制，使现实的不可能成为可能，实现了重要性与可行性的有效统一。

实验整体可以分成三大模块：工作原理及结构认知、播量控制策略设计、变量施肥实施方案及性能测试。其中“播量控制策略的设计”模块是播种施肥作业终端执行机构的技术灵魂，“施肥处方图”模块是为播种施肥机开展追肥作业提供作业目标的，是变量施肥作业的指挥部；“田间作业性能测试”模块是在“播量控制策略的设计”模块和“变量施肥处方图”模块的支撑下的综合测试平台，完成对“小麦播种，撒施底（基）肥”和“小麦追肥”两不同生育阶段的作业性能测试。

三大模块之间相互关联和支撑呼应，模块内部各实验项目的安排上遵循由浅入深、由简至繁和层次递进的原则，培养学生分析和解决复杂工程技术问题的能力，并使学生在具体实验方法、实验手段和实验设备的应用与学习过程中，达到认知行业、熟悉专业、掌握前沿知识与技能的目的。

播量控制策略设计

（1）了解外槽轮式播种施肥机的典型结构和工作原理；

（2）学习并掌握直流电机驱动模型的实验建模方法；

（3）学习并掌握直流电机转速的闭环控制方法；

（4）学习并掌握外槽轮式播量控制系统的控制策略。

施肥处方图的生成

（1）了解作物冠层反射光谱信息与作物营养状况之间的关系；

（2）了解典型反射光谱仪的工作结构与原理；

（3）学习并掌握反射光谱指数的获取方法；

（4）学习并掌握施肥处方图的生成方法。

田间作业性能测试

（1）了解旋耕播种施肥一体机的整机结构和作业要求；

（2）了解基于反射光谱测量的施肥机整机结构和作业要求；

（3）熟悉精确播种和变量施肥的概念和实施要求；

（4）学习并掌握播种施肥机作业性能评价体系和评价方法。

一、认知部分占20分，其中，播种施肥机结构与原理占5分（认知一个部件得1分），反射光谱仪工作原理占5分（3个主要部件各占1分，工作原理占2分），知识测试占10分（答对一题给1分，多选题选项不全得0.5分，全对得1分，选错不得分）。

二、播量控制参数设计占50分，其中，

电机模型参数测定占12.5分（计算出的参数K和T与标准参数相对误差小于5%得12.5分，5%~15%之间得9分，大于15%不得分），

电机转速控制参数设计占12.5分（计算出的参数Ki和Kp与标准参数相对误差小于5%得12.5分，5%~15%之间得9分，大于15%不得分），

播量特性标定占12.5分（变异系数CV小于5%，标定结果参数Kq和b与标准参数之间的相对误差小于10%，得12.5分，10%~15%之间得9分，超过15%不得分。若变异系数CV大于5%，则直接不得分），

播量闭环控制占12.5分（实际转速和理想转速之间的相对误差平均值和标准差小于5%，得12.5分。5%~15%之间，得9分。大于15%不得分）。

三、变量施肥实施方案及性能测试占30分（完整做完田间作业，得30分）。