基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。     

PWM变量控制喷头雾化特性研究

为研究基于高频电磁阀的变量喷雾系统对不同喷头的喷雾特性的影响,选取Lu120-02扇形、TR80-02型锥形和AD120-02型防漂3种不同喷头,采用基于高频电磁阀的变量喷雾系统,通过改变脉宽调制(PulseWidth Moderation,PWM)控制信号,测试了不同喷头在不同频率和占空比下的流量和雾滴粒径。结果表明:在高频信号下,3种不同类型的喷头流量和占空比均呈线性变化趋势,且和频率呈正相关性; AD120-02型喷头流量调节倍数在相同测量条件下均大于其余两种类型喷头,在10Hz达到最大调节倍数2.01倍; 3种喷头的雾滴的体积中值中径和控制信号的占空比、频率呈负相关性趋势变化; TR80-02号喷头雾滴分布相对跨度和粒径变化幅度均最小,其雾滴分布展现出最好的稳定性和均匀性。     

PWM控制在喷雾器均匀精准施药中的应用

为了实现喷雾均匀化精确控制,基于PWM控制方式设计了喷雾精确控制系统及其检测装置。采用PWM方式调整喷雾电磁阀开启频率及占空比,实现对于喷雾均匀性的调节,探究PWM占空比和频率对于前进方向上雾量累计程度和均匀性影响。以PWM占空比、频率和前进速度为自变量,分布变异系数为应变量,建立喷雾均匀性模型,并通过统计学方法化简模型,分析模型得到最优化喷雾均匀性时对应的各控制变量。采用重复实验验证模型的可靠性,并采用拟合方法验证模型精度。     

PWM间歇式变量喷雾的雾化特性

采用频率在20Hz以内可调、占空比可调的方波信号驱动开关电磁阀,改变电磁阀门开通和关断的时间,实现了基于脉宽调制(PWM)技术的间歇式脉动变量喷雾.以农业喷施中常用的平口扇形喷嘴为例,从间歇式脉动变量喷雾的流量调节范围、雾量分布、喷雾角、雾滴粒径、雾滴速度及喷雾动态特性随流量的变化规律等方面,分析讨论了PWM间歇式脉动变量喷雾的雾化特性.研究结果是,流量调节范围为4.17;随流量的减小,雾量分布向中央集中的趋势很小,雾滴粒径稍增大,喷雾角、雾滴粒径随流量的变化率分别为0.0433(°)/%、0.616μm/%,影响程度很微小;随流量的减小,雾滴速度基本无变化,动能中值直径(KEMD)和比能(SE)随流量的变化率分别为-0.63μm/%、0.2451J/(kg·%),流量控制对喷雾动态特性的影响也较小.     

电磁阀异步启闭的PWM喷雾系统设计与试验

PWM变量喷雾是国内外精准农业领域的研究热点，但PWM变量喷雾过程中电磁阀的快速启闭在管路内易形成压力脉冲，致使喷头喷雾压力发生变化，导致喷雾质量下降。为了降低压力脉冲，设计了一种相邻电磁阀异步启闭的PWM喷雾系统，由移动底盘、药箱、隔膜泵、稳压罐、PWM控制器、电磁阀及压力表等组成，通过延时控制，实现电磁阀异步启闭。在室内无风环境条件下，探究了喷雾系统电磁阀前管路内压力波动特性和沉积量分布均匀性。试验表明：与电磁阀同步启闭的PWM喷雾系统相比，电磁阀异步启闭可有效降低管路内压力峰值，不同PWM频率工况条件下，50%占空比时降幅最大，降幅最高为14%;20Hz频率条件下，异步启闭PWM喷雾的沉积量分布均匀性变异系数略高于常规连续喷雾，但均小于15%。上述结果符合喷杆喷雾机技术性能国家标准。     

两种小流量喷头的粒径谱和速度场测量试验

针对两种小流量喷头,进行离喷头不同高度、不同压力的粒径谱测量,分析粒径谱随高度、压力变化情况;比较清水和乳油混合液的粒径谱,分析农药剂型对粒径谱的影响;进行清水和乳油喷雾时喷头出口处的雾滴速度场测量,分析农药剂型、喷头类型,压力等对喷头喷雾特性的影响.试验结果表明,压力、剂型对不同喷头的喷雾效果影响不同.总体上,喷雾压力越大,雾滴体积中径越小;相同压力下,扇形雾喷头在乳油喷雾时的粒径大于清水喷雾,而空心锥形雾喷头在乳油喷雾时粒径谱发生变化,产生细小雾滴分布.在乳油和清水喷雾时,扇形雾喷头的雾滴速度随压力增大而增大;在清水喷雾时,空心锥形雾喷头在压力增大时粒径减小,雾滴平均速度变化不大;在乳油喷雾时,空心锥形雾喷头由于产生细小雾滴,雾滴平均速度减少.     

基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计

针对目前地面植保喷雾机械的局限性,开发了一种新型的变量喷雾系统。该系统在保持电动离心喷头压力和流量不变的前提下,采用离心雾化方式,雾化盘由三相无感无刷直流电机带动,利用ARM控制器输出频率固定占空比不同PWM信号作为无刷直流电机电子调速器的油门转速信号,改变雾化盘的转速,从而改变雾滴的粒径大小及覆盖率等参数。该系统采用了一个功率较大的无线收发模块SI4432,最大距离达到2km范围(这也是和其他远程喷雾系统相比根本的优势),用单片机和上位机远程实时地控制雾化盘的转速,同时在上位机和液晶屏幕上显示占空比。最后,利用设计的变量喷雾平台,在喷头压力为0.5MPa、流量为2L/min、雾化盘直径为5 8 mm的条件下,获得了离心雾化喷头在不同的占空比对应的雾滴中值直径和覆盖率大小,通过上位机就可以实现电动离心喷头转速的较大范围的调整,可以在不同喷雾环境下针对不同的农作物使用这套系统。     

脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制

采用6013型直动式高速电磁阀、TR80-05型圆锥雾喷头、DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀和自制的PWM变量喷施控制器,设计了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统.就隔膜泵输入轴转速、喷头位置、喷雾压力、PWM控制信号频率和占空比等因素对喷头喷雾流量的影响进行了试验测试,采用单因素线性拟合法建立了0.2、0.3和0.4 MPa喷雾压力下TR80-05型圆锥雾喷头的喷雾流量计算模型,得出了相应的施药量控制模型,并对整个PWM变量喷施系统的施药量控制性能进行了试验测试.测试结果表明:喷雾流量受喷头位置和PWM控制信号频率的影响很小,而受喷雾压力和PWM控制信号占空比的影响很大;在启用喷雾压力稳定控制功能的情况下,隔膜泵输入轴转速对喷雾流量的影响很小;在该电磁阀与喷头组合下,系统流量调节范围约为10∶1;当目标喷雾流量大于等于0.3 L/min时,喷雾流量控制误差在±4％范围内;整个系统的施药量控制误差在±6％范围内.     

基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究

构建了一套可采集测量喷头喷雾压力数据的PWM变量喷雾实验平台,通过喷头压力与流量关系特性,经卡尔曼滤波算法得出喷雾瞬时流量数据,并对其积分得到喷雾流量。设计了一种自动分段线性拟合方法将滤波后得到的喷雾流量与PWM信号占空比相关联,最终建立PWM喷雾流量模型。在喷雾压力为0.2、0.3和0.4 MPa条件下,对各喷雾流量模型进行喷雾流量控制精度实验,实验表明3种压力条件下所建立的PWM喷雾流量模型决定系数R2均在0.995以上,喷雾流量控制误差在±6%范围内,说明该方法可以为快速、在线建立喷雾控制模型提供参考。     

植保机均匀性喷雾的优化控制方法

喷雾均匀性是评价喷雾质量的重要指标,受多种因素的影响。为此,在植保机原有喷雾压力、喷雾高度、喷头型号的基础上,增加了PWM控制信号的频率、占空比及喷施机组的行进速度等因素对喷雾均匀性影响的分析。以约翰迪尔4130系列喷雾机作为被控对象,采用浓度-吸光度技术,确定各项影响因素的最佳取值,通过管道压力系统模型得出转速与影响因素之间的关系,采用线性二次型最优控制方法控制转速,使其有效跟踪离心泵泵后压力及PWM控制信号的占空比,实现在各种因素的影响下保证喷雾量的同时使喷雾的均匀性达到最佳。仿真结果表明:采用改进型约翰迪尔4130系列喷雾机,可以在喷雾量得到控制的同时,喷雾的均匀性达到最佳,最佳值为5.36。     

基于PWM控制的轮缸压力精细调节试验

建立了试验台架液压系统，在此基础上进行了基于PWM技术的轮缸压力精细调节试验，确定了PWM控制的载波频率。对ABS进油阀进行PWM控制测试，确定了ABS进油阀PWM控制占空比工作范围，建立了PWM控制的轮缸增压速率经验模型，通过试验验证了模型的正确性。     

基于靶标叶面积密度参数的变量喷雾控制系统开发与性能试验

变量喷雾技术是提高农药利用率、节省农药用量的重要手段之一。为达到果园施药减量增效的效果,本研究开发了一种变量喷雾控制系统,提出了叶面积密度参数与执行机构脉宽调制（Pulse Width Modulation,PWM）占空比的计算方法。该系统上位机基于激光LiDAR传感器探测的点云密度表征叶面积密度作为施药参数,并根据喷药处方计算各喷头对应电磁阀的PWM占空比,通过RS485通讯实时发送施药处方到下位机的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC）,下位机PLC根据接收的PWM占空比控制对应电磁阀的开关频率实现喷头喷雾流量的调节。通过试验测量了施药单元网格尺寸、系统延时时间以及PWM占空比与喷头流量之间的模型参数三部分关键系统参数。结果表明在0.2、0.3和0.4 MPa压力下PWM占空比与喷头流量之间均为线性关系,线性拟合优度均在0.98以上。最后,通过喷雾试验验证变量喷雾样机的有效性,试验结果表明,采样点水敏纸上单位面积（cm²）最少雾滴个数为35滴,达到了有效喷雾效果;当靶标冠幅与总冠幅比为39.9%时,变量喷雾模式相比于连续恒定式喷雾省药71.96%,相比于对靶开关式喷雾省药29.72%,达到了减量效果。     

高压静电喷雾灭菌的试验

运用高压静电雾化技术和轴流风送输运技术设计了高压静电喷雾消毒试验装置,以适应各种不同环境下的卫生防疫消毒需要．在实验室内进行了喷雾特性试验,得到了雾滴的平均粒径、雾滴荷质比及雾滴的流量密度等．试验表明：药剂荷电后,雾滴表面张力下降,内外压强差增强,雾滴容易发生二次雾化;同时其表面活性增强,改善了液体的雾化性能及雾滴捕集粒子的能力．进行了现场灭菌试验,对比了静电喷雾与传统喷雾的灭菌效果．结果表明,荷电明显改善了传统灭菌方式中药液施用量过大、存在消毒死角等缺点,有效改善药剂喷洒的均匀性,细化雾滴,使雾滴能够有效地捕捉细菌,提高了灭菌效率,减少了对环境的二次污染．     

基于LPM的摇臂式喷头水滴分布试验研究

为了研究旋转式喷头水滴直径、速度及动能的分布规律,采用激光雨滴谱仪(Laser Precipitation Monitor,LPM)对3026B型摇臂式喷头分别在0.15,0.20,0.25,0.30,0.35 MPa这5种工作压力下进行了室内无风水滴分布试验,并根据最小二乘法原理建立了水滴分布数学模型.试验结果表明:3026B型摇臂式喷头的喷洒水滴直径与喷头距离之间总体上呈指数函数分布;直径在1~3 mm的水滴在5种压力下占整个喷洒区域的频率分别为56.80%,64.35%,72.14%,61.72%,40.17%;距喷头不同距离的水滴累积频率曲线斜率随着压力的增加逐渐减小;水滴速度与直径呈对数函数分布;水滴动能与喷头距离呈指数函数分布,其相关系数在0.8以上.压力对近处水滴直径、速度及动能的分布规律影响较小,对远处的影响较大.     

基于恒压变流控制的变量喷雾试验研究

针对变量喷雾过程中引起压力变化的问题,为研究其中压力稳定性现象,利用PID恒压控制和PWM变流控制相结合的方法,建立了恒压变流喷雾试验台。在试验台上进行恒压控制试验、喷雾角测量和雾量分布测量试验,从而验证所搭建的恒压变流喷雾装置的恒压稳定性。结果表明:在喷雾流量发生变化时,试验装置能使喷头的喷雾角和雾量分布稳定在固定范围内。     

基于PWM技术的连续式变量喷雾装置设计与特性分析

使用电磁比例调节阀,开发了脉宽调制(PWM)连续式变量喷雾装置,并研究了此种变量喷雾装置的喷雾特性.结果表明:流量调节范围较宽,平口扇形喷嘴的流量调节范围达7:1;当减小占空比,以减小流量时,显著改变了喷雾发散度,雾量分布明显向中央集中,喷雾角变小;流量控制对雾滴粒径影响很小,随着流量减小,雾滴粒径稍有减小的趋势.     

荷电喷雾两相流场的试验

为研究荷电喷雾两相流动中雾滴在静电力与流体力的共同作用下运动特性和湍流脉动特性对其传热传质的影响，采用相位多普勒粒子动态分析仪（Particle Dynamic Analyzer，PDA）对荷电喷雾两相流场进行了测量．将荷电两相流动中粒径小于10μm的雾滴作为连续相，其余粒子作为离散相，实现了荷电喷雾两相流动的测量．获得了不同液气比下雾滴粒径、两相速度与湍流脉动强度等随荷电电压的变化关系．试验结果表明：雾滴粒径随着荷电电压的增大而明显减小；不同的荷电电压下气液两相流动速度趋于一致，荷电雾滴具有良好的跟随性；荷电喷雾两相的湍流脉动强度差异较大，雾滴本身在静电力作用下产生较大的脉动．