基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机作业效果评价

为了进一步提高肥料利用率，解决黑龙江垦区垄作玉米施肥作业过程中由于颗粒肥密度不同而造成的肥料分层问题，基于沃尔2BJM施肥机，设计了一套适合垄作玉米四要素变量施肥的控制系统。系统集成了亚米级差分GNSS装置，采用电液比例控制技术分别控制4路排肥轴转速。系统根据用户设置的目标施肥量，实时计算液压马达的目标转速，并同步向肥料控制器发送转速指令。控制器通过光电编码器反馈的马达转速信号，调节比例阀开度，一次完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种单质肥同步变量施用。田间试验结果表明，各路施肥管误差均小于3.00%，变异系数均小于0.05；与传统施肥机同期作业效果对比表明，玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD值与传统施肥区并无明显差异，但变量施肥减小了田块中玉米株高、叶干质量、地上生物量以及SPAD的空间差异性。尿素施用量由217kg/hm2减少到了150kg/hm2，减少了30.88%；二胺由232kg/hm2减少到了200kg/hm2，减少了13.79%；钾肥由原来的79kg/hm2增加到了108kg/hm2，增加了36.70%。肥料的投入成本减少了160元/hm2，变量施肥测产数据为12200kg/hm2，产量增加了217kg/hm2，较传统施肥区增产1.78%，收入增加508元/hm2。综合考虑系统误差、玉米生长指标和最终产量数据，基于处方图的垄作玉米四要素变量施肥机满足黑龙江垦区玉米施肥作业实际要求，有效解决了肥料分层问题，显著提高了肥料利用率。     

基于模糊PID的冬小麦变量追肥优化控制系统设计与试验

为了实现冬小麦实时变量精确追肥,研究了基于模糊PID控制技术的变量追肥机追肥量实时调整算法,通过对排肥器转速和开度双变量调节,实现追肥量的优化控制。系统首先采用粒子群优化算法确定PID控制器参数的初始值,然后通过实时获取冬小麦冠层归一化植被指数和排肥器实时状态,结合模糊控制理论和PID控制技术,对PID参数进行在线整定,实时调整排肥器的转速和开度,从而实现追肥量的最优控制。试验结果表明:施肥过程中,施肥量存在波动性。但施肥量变异系数小,最大为3.22%,均值为2.09%,可以满足田间变量施肥的要求。模糊PID控制算法具有良好的动态稳定性和跟踪性能,无论是室内试验还是大田试验的控制精度均达到86%以上。     

基于CAN总线的变量施肥控制器设计

阐述了基于CAN总线的变量施肥作业系统的组成及电液比例阀控液压马达排肥驱动系统,设计了变量施肥控制器和基于电液比例阀的闭环PID控制算法.利用阶跃响应对PID参数进行整定并分析了闭环控制系统的性能,同时制定了基于CAN总线的通讯协议;推导了施肥量控制公式,并对尿素、磷酸二铵和复合肥3种常用颗粒肥料的控制曲线进行了标定,田间常量和变量施肥试验表明,所设计的变量施肥控制器能满足变量作业的要求.     

三轮高架作业车玉米变量施肥系统设计与试验

针对玉米追施肥机械田间作业通过性及施肥量精确控制问题,设计了一种三轮高架作业车变量施肥系统,该系统由机械排肥系统、液压传动系统和电控调速系统3部分组成。电控调速系统采用闭环控制,以STM32F103R8T6微处理器为控制核心,结合设置的施肥参数和检测到的速度信号,采用增量式PID算法控制施压系统中的电液比例流量阀来调节排肥轴的转速,实现对施肥量的控制,并显示施肥参数、作业车前进速度和排肥轴转速。室内试验表明,排肥槽工作长度为30mm,排肥量平均变异系数最小,确定了该工作长度下排肥量和排肥轴转速的拟合方程;整定PID控制参数,确定了Kp为1.2,Ki为0.02,Kd为0.4。田间试验表明,施肥量平均偏差为0.84%,平均变异系数为1.852%,实现了对玉米机械化精确追肥。     

支持种肥监测的变量施肥系统设计与试验

目前国内变量施肥控制系统与排肥监测系统集成化程度低,电动机驱动变量施肥系统动态响应研究不够深入。为此设计了基于电动机驱动、支持多路播种施肥监测的变量施肥控制系统,主要包括触摸屏、中央控制器和数据采集器。控制器以MCU为核心,读取GPS测速模块获取的机具行进速度,监测排肥电动机实时转速,与数据采集器通讯获取多路排种或施肥状态,与触摸屏通讯设置作业参数和监测作业状态。搭建试验平台,测得排肥轴转速范围为12.5~125 r/min、监测灵敏度为3 s时,系统监测可靠性为100%。进行了系统排肥量变化响应时间试验,室内试验结果表明在0~11 500 g/min的排肥量变化范围内,系统响应时间最大为0.75 s。系统整机试验中,75~450 kg/hm~2的施肥量变化区间,公差以75 kg/hm~2递增,行进速度平均为3.79 km/h时,系统响应时间平均为1.08 s;在设定施肥量450、600、750 kg/hm~2下,改变不同行进速度的过程中,排肥量准确率平均值分别为95.92%、95.24%和98.26%,方差分别为3.01%、1.39%和1.36%。田间试验表明,施肥量分别为450、600、750 kg/hm~2时,系统排肥量准确率平均值为94.69%,方差为2.23%,多路排种、排肥监测故障报警准确率为100%。     

果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

果园不同深度的土壤养分不同，果树根系分层吸肥能力不同，有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题，本文设计了排肥控制系统，可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度，实时计算液压马达的理论转速，并采用PID算法控制比例流量阀开度，调节马达转速驱动螺旋输送器排肥，实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真，整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min，达到稳定转速的时间最大为6s，控制性能较好，表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真，能够快速便捷地整定PID参数，结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%，变异系数最大8.69%，排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能，能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。     

施肥播种机肥料流量分段式PID控制系统设计与试验

施肥稳定性是评价变量施肥系统性能的重要指标,针对常规外槽轮式排肥器排肥时脉动性明显导致排肥均匀性差的问题,提出了基于肥料流量反馈的分段式PID控制方法,并设计了施肥播种机高精度肥料流量控制系统,系统采用肥料流量检测模块获取实时肥料流量并作为反馈输入,结合目标肥料流量,根据分段式PID控制算法得到控制输出量,驱动施肥电机,实现肥料流量的准确控制。搭建了施肥试验台,进行了肥料流量变化阶跃响应与施肥精度的台架试验,结果表明,肥料流量控制系统的阶跃响应时间最大值为1.42 s,均值为0.98 s,超调量最大值为3.49%,均值为2.82%,稳态误差最大值为0.89%,均值为0.64%,施肥量控制精度最小值为97.83%,均值为98.14%。在不同试验条件下,肥料流量控制系统的肥料流量控制精度与施肥精度均优于恒定转速系统。田间试验表明,当车速为4、6、8 km/h时,肥料流量控制系统的施肥量控制精度分别为97.84%、97.78%和97.82%,施肥量控制精度平均值为97.81%,标准偏差为0.28%,能够满足高精度施肥需求。     

玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统设计与试验

针对玉米中耕追肥时肥料利用率低、液压驱动变量施肥转速控制效果差,以及电机驱动力不足等问题,设计了大垄双行玉米中耕变量施肥电控液压驱动系统。系统主要包括光谱传感器、车载计算机、控制系统及液压系统。电控液压系统主要由液压泵站、电磁比例阀、液压马达、编码器及移动控制器等组成。移动控制器以微控制单元为核心,通过PID控制算法输出PWM信号,驱动电磁比例阀,达到稳定控制液压马达转速目的。搭建室内台架试验台,采用MatLab对电控驱动系统PID控制进行仿真测试,以减少整定PID系数次数,提高整定效率,初步确定PID参数分别为K_P=4.59、K_I=0.469、K_D=0.117。室内台架试验结果表明:确定PID控制参数分别为0.73、0.47、0.40,设定转速指令为100r/min时,电控液压驱动系统的超调量为13%、响应时间为0.85s,系统等幅振荡稳定后平均转速为99.8r/min,转速偏差为0.2%,转速控制精度高。田间试验表明:电控液压驱动系统控制精度高,在不同转速下转速控制精度可达98%,均可达到稳定控制的效果,可满足玉米中耕变量施肥精准控制的要求。     

变量施肥液压驱动系统设计及试验研究

针对变量施肥液压驱动系统转速控制精度不高、存在小范围转速波动及无法实现系统的无差控制等问题,设计开发了变量施肥驱动系统,并采用阀控马达的驱动方式。本文以国内外变量施肥驱动装置研究现状及发展趋势为指导,全球定位技术、地理信息技术和软件工程作为基础,设计了变量施肥驱动系统,利用液压马达排量大、转速低的特点,通过控制进油回路中的比例型流量控制插装阀的开度来实现液压马达的无级调速,进而达成变量施肥中对排肥轴速度控制的要求来实现变量施肥。室内试验结果表明:作业质量符合农艺要求;变量施肥驱动系统设计合理,为变量施肥的试验提供了技术支持。     

稷山县耕地地力建设与土壤改良利用对策

稷山县耕地地力现状及特点是土壤养分含量不断提高,土壤质地好、熟化度高、污染轻。存在的问题是中低产田面积较大,耕地地力不足,耕地生产率低,施肥结构不合理。耕地培肥与改良利用对策是巧施氮肥、重施磷肥、因地施用钾肥、重视施用微肥,因地制宜改良中低产田。     

氮磷钾配比施肥决策支持系统

为了解决传统施肥模式下化肥利用率低、氮磷钾施用量不合理等问题,研究了土壤取样策略及碱解氮、速效磷、速效钾等速效养分分布图生成方法,开发了基于作业处方图的变量配比施肥作业决策系统,结合GPS信息,分别控制氮、磷、钾3种肥料独立施肥机构的电动机转速,实现尿素、磷酸二铵和硫酸钾的按需施用。选取黑龙江红星农场5-2号地块,进行了大豆和玉米传统作业与配比施肥作业对比试验。结果表明,与传统作业模式相比,变量配比施肥在节省15%肥料的情况下,大豆增产2.33%,玉米增产9.32%。     

基于增量式PID算法的多种固体肥精确施控系统研究

为了实现变量施肥过程中多种固体肥的实时自动配比、提高施肥控制系统的排肥量控制准确率,采用增量式PID闭环控制算法设计基于测土配方的多种固体肥精确施肥控制系统及与之配套的施肥装置,实现了氮、磷、钾3种固体肥的适时快速响应和实时精量施入。施肥控制系统主要包括主-从控制器模块、处方图模块、北斗卫星定位模块、测速模块、人机交互模块、施控电机模块和施肥量监测模块等。主控制器主要完成人机交互指令接收、北斗卫星定位信息获取、处方图施肥量查询、车速和施控电机的工作状态监测、从控制器工作指令下达等任务,人机交互模块实现主控制器和手机APP的通信;从控制器主要实现主控制器指令接收和施控电机工作控制。根据播种环节普遍采用中小型播种机的实际情况,模拟播种施肥机具行进速度为3.5~6.5 km/h,进行了实验室单一肥料排肥试验,试验表明,控制系统最大响应时间1.85 s,平均响应时间1.45 s。在设定施肥量50、100、200、300 kg/hm²下,模拟行进速度为4、5、6 km/h时,控制系统的排肥量准确率达97.16%,监测准确率98.56%。进行了田间试验,制作了哈尔滨市双城区东海村测土配方施肥的处方图,在车速为4、5、6 km/h时,尿素、磷酸二铵、硫酸钾的排肥量准确率分别达97.22%、98.60%和97.73%,满足精确施肥系统的施肥精度要求。     

2F-12型变量施肥试验台试验

为了提高化肥的利用率,达到提高产量减少污染的目的,以黑龙江垦区施肥机械为基础,设计了一台2F-1 2型变量施肥试验台。变量施肥试验台的目的是研究降低施肥成本的方法和途径,提高农业生产的经济效益和环境效益,简化施肥操作步骤,降低劳动强度,在提高变量施肥控制系统的开发设计能力的同时,为田间变量施肥机具的大面积推广提供技术储备。2F-12型变量施肥试验台可以完成变量施肥软件的测试和变量施肥的监测工作,主要由箱体、排肥装置、液压系统、电控系统、车载计算机,以及施肥监测系统组成。测试试验结果表明:变量施肥软件无误,施肥口输出肥料正常,机具设计结构合理,可为黑龙江垦区变量施肥作业提供技术支持。     

阿拉尔垦区棉花施肥灌溉现状调查及评价

在2007年对阿拉尔垦区施肥制度、氮肥种类、氮肥施用量、灌溉制度及棉花产量等进行调查分析,调查结果表明:调查区农户平均施氮总量达460 kg/hm2、平均施磷总量达127 kg/hm2;过量施氯磷普遍存在,分别有80%的农户过量施氮、有63.4%的农户过量施磷;施肥时间比较集中,基追比为2:1,单次追肥施氮量偏大;施氮量与棉花产量不相关,增加施氮不能增产.调查区农户单次灌水量普遍偏大,年总灌水定额达到7 300～10 200 m3/hm2.过量施肥和大水漫灌为N、P淋失提供了可能和运移载体,加上灌区偏沙性的土壤质地,得出淋移损失很可能是一个重要氮素损失途径的结果.     

基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。     

施肥枪分次追施对贵州春马铃薯产量、结薯性状及土壤肥力的影响

为探究施肥枪施肥技术在贵州春马铃薯生产中的应用效果,采用田间试验方法研究了施肥枪分次施肥对马铃薯产量、结薯性状、养分与品质以及土壤肥力状况的影响。结果表明,与习惯施肥(CK2)相比,采用施肥枪分次施肥可显著提高马铃薯产量0.6%~19.6%,且随着追施比例的增加,马铃薯产量呈递增趋势,以20%基施+80%分次追施(T4)处理的产量最高,达到26 195 kg/hm2;40%基施+60%分次追施(T3)和20%基施+80%分次追施(T4)处理的马铃薯单株产量较习惯施肥(CK2)分别提高18.6%和26.0%,单株结薯数、大中薯数以及大中薯率的增加是马铃薯增产的原因;采用施肥枪分次施肥可以提高马铃薯茎块的含氮、磷、钾量,并改善马铃薯品质,以20%基施+80%分次追施(T4)处理效果最佳,其含氮、磷、钾以及淀粉量较习惯施肥(CK2)分别提高2.7%、22.2%、10.4%和41.2%,但对马铃薯还原糖量影响不大;施肥枪分次施肥可改善土壤肥力状况,尤其是在提高土壤p H值、土壤全钾和速效钾量方面较为明显,此外通过逐步回归分析发现马铃薯产量与马铃薯淀粉量和土壤碱解氮量存在极显著的相关性。综上所述,施肥枪分次施肥可适用于西南丘陵旱地马铃薯种植栽培,以20%基施+80%分次追施(T4)效果最佳。     

滴灌减量施肥对香蕉产量、养分吸收利用及效益的影响

【目的】针对当前香蕉施肥过量问题,分析氮磷钾滴灌减量施肥对香蕉果实产量、养分吸收利用及经济效益的影响。【方法】采用田间试验方法,以巴西蕉为试验材料,设置氮磷钾常规施肥(纯N量1 112 kg/hm~2, P_2O_5量690kg/hm~2,K_2O量2 135 kg/hm~2)和滴灌减量施肥(纯N量588 kg/hm~2, P_2O_5量432 kg/hm~2, K_2O量742 kg/hm~2)2个处理。【结果】滴灌施肥条件下,香蕉产量为56 503 kg/hm~2,较常规施肥(CK)增产13.0%。氮、磷、钾肥利用率较CK分别提高17.30%、16.19%、20.34%;氮、磷、钾肥吸收效率分别提高86.36%、50.00%、172.00%;氮、磷、钾肥偏生产力分别提高113.75%、80.52%、225.29%。纯收益较CK增加20 930元/hm~2,产出投入比由1.26:1上升到1.45:1。【结论】与当前常规的氮磷钾施肥量比较,滴灌减量施肥(纯N减量47.1%, P_2O_5减量37.4%,K_2O减量65.3%)不会导致香蕉减产。