基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法

为了提高液态化肥的利用率，提出了一种基于滑模技术的液态肥流量高精度控制方法。首先，分析了电动调节阀控制液态肥流量的工作过程，并建立了液态肥流量控制模型；然后，针对电动调节阀中的阀门开度、电机转速和电机角加速度设计了积分滑模面，并提出了滑模控制律；最后，对液态肥流量控制系统进行了稳定性分析。试验结果表明：设计的滑模控制方法具有快速性和准确性，响应时间小于0.6s,阀门开度最大误差仅为0.01cm,液态肥流量最大误差仅为1mL,液态肥流速最大跟踪误差仅为0.1mL/s,在对番茄液态肥实测中最大流量误差也仅为0.03mL,控制精度较高，可实现精准施肥。     

电控线性转板式气体流量调节阀结构设计与实验

提出了一种电控线性转板式流量调节阀(阀门通径DN50),阀芯开口采用专门设计的形状以实现开度与流量的线性关系,驱动系统采用减速步进电机以保证阀门开度的精度和重复性。采用面积割补法推导了阀芯曲线方程,设计了特殊的平面旋转密封结构,并采用数值模拟和实验验证相结合的方法进行了验证。理论计算和实验结果均表明设计的阀门线性相关系数大于0.99,不同开度的重复性实验表明,不同开度流量重复性优于0.26%,验证了该结构阀门的性能。     

基于流量调节阀和神经网络的植保机械在线混药装置

农药的小流量、高精度实时动态测控是在线混药装置急需解决的一个关键问题。流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度、阀开度有关,通过建立流量与这3个变量间的关系表达式,即可利用调节阀对药液流量进行实时检测和控制。设计了利用流量计和调节阀分别对水和农药原液进行计量的在线混药装置,在提出调节阀相应标定方法的基础上,建立了调节阀的流量关系表达式,并在室内进行了测试。结果表明,农药流量在24~240 m L/min范围内时,混药装置的药液流量相对偏差均小于4%。     

分区控制对乏风热逆流氧化装置温度场的影响

在大型煤矿乏风氧化装置运行过程中,存在着氧化装置内各个区域温度场分布不协调的情况。为了解决这个问题,在自行设计的煤矿乏风氧化装置实验台上进行了温度场分区控制实验。通过调节换向时间和各个区域煤矿乏风进口流量,实现对氧化装置温度场的协调控制。实验结果表明:增大某一区域进口流量调节阀开度可以提高其整体温度场的增加速度;调整某一区域上、下进口流量调节阀的开度差值和换向时间,可以有效地对温度场峰值偏移进行控制。     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

记忆型喷灌控制阀的研制

为了适应喷灌系统自动化控制,设计了一种记忆型喷灌控制阀,并阐明了该阀的总体结构及压力调节控制、水量测量和自动控制三大核心部件的工作原理,设计方法,并进行了相关试验。试验结果表明,在喷灌支管为76mm,流量为20~60m3,工作压力0.2~0.5MPa的情况下,调压器30s内实现稳压,压力最大偏差小于0.01MPa,流量误差5%以内,并可将灌溉历时、灌溉流量和水量等数据进行信息自动采集、保存与传输,实现了喷灌系统的网络化和智能化控制。     

微灌流量调节器的研制与应用

微灌流量调节器是涌流灌溉和滴灌技术应用的关键灌水器和调流器。通过研究分析流量调节器的结构、原理、制造和应用 ,优化其结构、材料、工艺 ,以提高其抗堵塞性能和调压稳流范围 ,延长系统使用寿命。该技术具有灌水均匀度高、设计施工简单、适合国情等优点 ,可为微灌技术的发展提供有力的技术支持     

一种云服务模式下测控一体化农田小型水闸的研发

针对目前农村小型明渠灌溉水闸控制精度不高、自动化控制水平低等问题,设计了一种云服务模式下测控一体化、无线远程遥控的太阳能小型水闸。采用旋转式阀芯结构,分析了在不同上游水位情形下水闸有效开度的计算方法;基于ARM开发了本地嵌入式控制系统,完成水闸水位、开度等运行状态数据采集;利用云服务器,建立数据中心,实现了水闸与云端之间的数据交换;建立了带执行偏量因子的水位模糊控制模型,以提高开度控制精度;开发了水闸远程测控云平台,对不同配置的用户终端设备远程控制水闸开度的精度和响应时间进行了测试实验。结果表明:水闸云平台运行稳定,最大开度控制误差为1.1 mm,最大响应时间为0.6 s。     

一体化全自动灌溉施肥机设计与试验

针对目前灌溉施肥设备由各部件分散组装而成,工程设计人员选型、操作者使用均不方便,自动化程度不高、控制精度低等问题,设计了一套针对小型地块集灌溉、施肥、过滤、全自动控制在一个装置内的一体化灌溉施肥机。对设备在不同设定压力、流量、水肥配比参数下的响应时间、精度进行了试验,结果表明:在测试条件下,流量为20 m~3/h时,设定压力为0.1、0.2和0.3 MPa,系统达到稳态的响应时间分别为13、15和18 s;工作压力为0.2 MPa时,设定流量为10、20、30 m~3/h,系统达到稳态的响应时间分别为12、15、18 s;工作压力0.2 MPa、流量为20 m~3/h时,设定水肥比例为500∶1、100∶1,系统达到稳态的响应时间分别为20和32 s。该设备实现了全自动化控制,响应速度较快,精度高。大大简化了水肥一体化系统首部设备的设计和安装,实现了水、肥精量调节,投资低,应用前景良好。     

喷杆喷雾机智能控制系统设计及试验

为提高喷雾均匀性和农药的有效利用率,针对大田作物施药的农艺要求,设计了一种安装于大田常用喷杆喷雾机的喷雾机智能控制系统,并介绍总体方案和工作原理。该系统主要包括变量施药、喷杆高度自动调节等功能,变量施药系统通过变量调节阀调节喷雾流量,通过喷雾量与作业速度自适应控制模型,实现作业过程中药液均匀喷施;喷杆高度调节系统采用超声波传感器检测喷头与作物顶端的距离,根据设定的目标高度,控制电动缸动作,调节喷杆高度。试验表明:变量喷雾控制系统能够根据设定喷量和作业速度的变化准确发出调控指令,控制流量调节阀动作进行流量调节,提高了喷雾作业的均匀性,喷雾精度误差最小为2.24%,能够有效提高喷药作业质量;喷杆高度调节最大误差为5.40%,提高了喷杆与作物顶端距离调整的准确度。     

负压谷物风选机设计与性能试验

根据风力清选的基本原理设计了负压谷物风选机,阐述了工作原理和整机结构.配置物料提升系统、管路系统、风量调节装置和风机,进行了空机性能试验和大豆、水稻的风选试验.空机性能试验结果表明,风选系统的气流流量利用率随着风门开度的增大而降低,且风选通道内的气流速度、气流流量与风门开度呈三次拟合函数关系;大豆、水稻的风选试验表明,当大豆、水稻进料速度分别为3.5、3.0 t/h时,大豆和水稻的风选试验适宜风门开度分别为0.6、0.4,理论计算风选系统气流流量分别为1 950、1 050 m3/h.     

多通道比例施肥机设计与试验

针对目前比例施肥机性能参数差异大、自动化程度不一等突出问题,设计出一种具有"吸肥泵+注肥泵"双泵协同泵送系统的多通道比例施肥机,检测系统创新采用了探入式微管取样器设计,并对施肥机系统压力、流量及EC/pH控制精度和浓度调节响应时间进行了试验。结果表明:EC控制精度8%,pH控制精度±0.1,EC/pH调节响应时间120 s,水肥调节精准、响应快速、注肥均匀、运行稳定,能够满足大田、温室等不同灌溉规模用户的水肥一体化需求。     

微灌流量调节器的研制与应用

微灌流量调节器是涌流灌溉和滴灌技术应用的关键灌水器和调流器。通过研究分析流量调节器的结构、原理、制造和应用，优化其结构、材料、工艺，以提高其抗堵塞性能和调压稳流范围，延长系统使用寿命。该技术具有灌水均匀度高、设计施工简单、适合国情等优点，可为微灌技术的发展提供有力的技术支持。     

活塞式调节阀水力特性分析

通过数值分析研究了不同开度的稳态工况及启、闭过程的瞬态工况,对活塞式调节阀的水力特性进行了全面分析。求得调节阀的流量系数、流阻系数、汽蚀系数等随开度变化的特性参数曲线,并对比活塞阀芯在启闭过程的动态液动力,以及对阀内流场分布进行综合探讨。活塞式调节阀具有较好的流量线性特性,且只在较小开度下有明显流阻,开度增大后流阻迅速减小而保持较低的过流损失。本次研究工况范围内最小汽蚀系数为40.3,应确保调节阀的允许汽蚀系数小于该值。阀门的流开型结构使阀芯轴向的启闭液动力均作用于开阀方向,且开阀力小于关阀力。另外,对比了不同开度的阀内流速、流线、压力和湍动能等流场分布来对该活塞式调节阀的流动特性进行说明。     

自适应地下滴灌灌水器的设计开发

针对最为节水、高效用水的地下滴灌技术,主要分析了目前地下灌水器产品的结构、使用特点和功能,并运用土一水系统中土壤水分理论知识,提出并设计了一种非电子控制的地下滴灌灌水器产品.该产品以土壤负压为控制动力,以土壤水分为控制条件,当灌水器附近土壤发生干湿变化时,土壤表现出不同大小的负压,并作用于灌水器内部的弹性膜囊,使之发生变形,从而改变灌水器内部流道的通断,使灌水器的出流状况始终与土壤含水量自动相适应,具有出流量自调节的功能.     

一体化灌溉施肥机电气控制系统优化研究

为进一步提升一体化灌溉施肥机的作业效率,在明确其结构组成与工作原理的基础上,对内部电气控制系统进行了优化研究。运用PID智能调节和PLC控制理论,对整机的电气装置和自动控制系统进行优化改进,包括调节控制模块、数据管理模块及智能监测模块等,并选定优化参数进行灌溉试验。结果表明:以肥液浓度C为指标,计算机理论浓度与灌溉试验浓度均可达到设定目标浓度状态,且二者吻合较好;优化后的一体化灌溉施肥机的水利用效率和肥料利用效率分别在原基础上提高22%和13%,大大缩短了施肥灌溉作业时间,验证了此优化研究的可行性,具有一定的应用价值。     

无人机变量施药实时监控系统设计与试验

在航空施药过程中,为保证单位面积施药量的一致性、实现施药流量的实时控制,提出一种航空变量施药分级控制算法。该算法根据各参数的等级和阀门开度建立分级控制表,再结合分级控制公式计算作业参数变化时阀门对应的开度,从而计算出施药流量,实现施药流量的自动调节。基于该算法设计了基于单片机多信息融合的航空变量施药实时监控系统,通过软硬件设计实现了对作业航迹、作业高度、作业速度、施药流量及药液余量等信息的实时监测,进行了航迹监测试验、施药流量监测试验、液位监测试验和变量施药控制试验等。结果表明,该系统可以准确监测多种作业参数,并可根据参数变化精准调控施药流量;飞行航迹监测平均偏差为0.98 m,施药流量监测平均误差为3.57%,液位监测平均误差为1.97%,系统对流量控制的最大误差为9.26%。     

模块化精量喷雾控制阀组设计与试验

针对我国现有植保机械自动化程度不高、施药均匀性差等问题，根据高地隙植保机的喷雾系统组成和技术要求，设计了模块化精量喷雾控制阀组，通过分析计算确定阀体结构以及开关阀、限压阀、流量控制阀、区段开关阀等阀体模块的尺寸参数。精量喷雾控制器能实时读取压力传感器的输出信号并进行处理，将其与上位机输入的流量指令进行比较，并将控制信号发送至电机驱动器以控制电机的动作状态来调节阀门开度，进而调节喷雾系统流量，所设计的精量喷雾控制阀组能够实现压力和流量自动调节、喷杆分段独立控制以及参数实时反馈等功能。试验结果表明：喷雾系统压力与实际流量近似满足线性关系，拟合度决定系数为0.997 5，流量值在0~50 L/min范围内，平均相对拟合误差为1.7%，标定精度能满足控制需求；精量喷雾控制阀组可调节的最大流量为40 L/min，阀门实际流量在阀门有效行程内变化较均匀，符合线性流量特性曲线关系。研究可为高地隙植保机精量喷雾控制策略提供参考。     

圆形喷灌机注肥泵的设计与试验研究

圆形喷灌机的喷灌施肥一体化作业是国内外精准农业的研究热点,选用工作压力高、流量小且稳定的施肥装置是确保高均匀性喷灌施肥的技术关键.针对圆形喷灌机实际应用和作物施肥特点,设计了一台双缸柱塞式注肥泵,包括液力端、传动端、柱塞、密封及配套动力等,单缸设计流量为150 L/h,最大工作压力为1.0 MPa;对试制样机进行了历时100 h的耐久性试验、20%~100%行程范围的调节试验和30~50 Hz频率范围的变频调节试验.结果表明：研发的柱塞式注肥泵流量随着出口压力的增大而有所减少,但不同出口压力下,流量在100 h内的变异系数均小于5%;改变柱塞行程,泵的实际流量和理论流量几乎一致,两者间的最大差值在行程百分比为60%处,为理论流量值的7.5%;泵的流量随着电源频率的增大呈线性上升关系.试验还表明,改变柱塞行程和电源频率可以调节注肥泵的注肥流量,扩大注肥泵的流量范围.开发的注肥泵适用于圆形喷灌机等灌溉施肥系统,可实现施肥的精准控制.     

变量喷雾流量阀的变论域自适应模糊PID控制

为解决变量喷雾过程中实时混药时农药微小流量的控制问题，采用小型针阀、直流电动机及减速器设计了机电流量控制阀。构建了机电流量控制阀传递函数的数学模型，并为之设计了变论域自适应模糊PID控制算法。对该流量控制阀进行了变论域自适应模糊PID控制和PID控制的MATLAB仿真，比较结果表明：PID控制的响应时间为3.5 s，最大超调量约为39.0%，变论域自适应模糊PID的响应时间为0.93 s，超调量最大不超过2.9%。系统稳定性，准确性和快速性等指标完全满足农业技术要求。