同步转向高地隙喷雾机模糊自适应轨迹跟踪预测控制

为提高同步转向高地隙喷雾机轨迹跟踪的稳定性与鲁棒性,提出一种基于模型预测控制理论的模糊自适应轨迹跟踪方法。首先,基于刚体运动学以及几何约束推导出喷雾机的非线性运动学模型,并对该运动学模型进行简化;然后,基于简化的运动学模型建立喷雾机的状态预测模型;最后,结合实际工况设计了模糊自适应预测控制器。仿真试验表明：与传统的预测控制器相比,模糊自适应预测控制器的跟踪速度更快、稳定性更好。场地试验表明：在进行初始误差2.5、5m的直线轨迹跟踪以及无初始误差的圆形轨迹跟踪时,其平均误差分别为0.0442、0.0602、0.0901m。本文建立的喷雾机运动学模型可以很好地体现同步转向高地隙喷雾机的运动特点,设计的模糊自适应预测控制器可以保证喷雾机路径跟踪的准确性和鲁棒性。     

果园风送喷雾机性能对比试验

为探究果园静电风送喷雾机与传统风送喷雾机性能差异,预估施药过程各运行参数之间的相互关系,根据风送喷雾机试验方法国家标准,对3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机和3WFQD-1600型静电风送果园喷雾机进行雾滴垂直分布对比试验,对喷雾距离、喷雾压力、喷头型号和冠层垂直高度进行不同水平设定并进行试验,运用SPSS软件分析雾滴沉积量和雾滴沉积分布情况。结果表明:3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机在喷雾距离1.0~2.0m的范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机在喷雾压力1.0~2.0MPa范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机与3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机相比,雾滴由于受静电场力的作用,垂直沉积分布更加集中,垂直分布均匀性也相对稳定。     

宽喷幅风送式喷雾机在果树冠层中喷雾有效性及雾滴穿透性试验研究

风送式喷雾可以有效地抵御自然风的干扰,减少雾滴的漂移,其喷雾有效性及雾滴的穿透性直接影响着喷雾机的喷雾性能.以宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,用0.1％的罗丹明B为示踪剂,对靶标树进行了喷雾试验,研究宽喷幅风送式喷雾机雾滴沉积的有效性与穿透性.结果表明:喷雾雾滴在树冠前冠面及内膛均有较高的效率,在靶标树的前冠面、中膛、后冠面和距离树冠后方10 cm的外截面等4个截面上都有雾滴沉积,喷雾有效率分别为100％、86.2％、48.3％和62.1％;树冠前冠面、中膛、后冠面雾滴沉积量分别为0.028、0.007、0.003 mL,树冠前后地面上有明显的雾滴沉积,地面采样点上的沉积量分别为0.044、0.031 mL;喷雾过程中气流在靶标树两边存在绕流是引起树冠后方雾滴沉积的原因,关闭处于喷口下方的喷头可以减少雾滴在地面上的沉积.     

不同植保机械喷雾雾滴沉积分布对小麦病害的防治效果

通过比较自走式喷杆喷雾机、无人植保飞行器、背负式弥雾机3种植保机械喷雾在小麦上的农药雾滴沉积分布,分析其对小麦病害防治效果的影响。结果表明,自走式喷杆喷雾机雾滴沉积密度和雾滴覆盖率都较高,是植保飞行器的8~10倍,自走式喷杆喷雾机雾滴沉积密度为136.19~167.53个/cm~2,雾滴覆盖率为12.96%~28.13%,雾滴覆盖率上部与中部高于下部叶片。对小麦病害防治效果较好,小麦纹枯病病指防效达61.60%,赤霉病防效达71.43%,白粉病防效达78.02%。植保飞行器喷雾在小麦上、中、下部位的雾滴沉积密度分别为14.28、13.15、18.42个/cm~2,雾滴覆盖率分别为2.45%、2.08%、1.46%,植保飞行器喷雾在小麦上、中、下部雾滴分布均匀。植保飞行器喷雾对小麦病害防效较好,纹枯病病指防效达63.26%~75.20%,赤霉病病指防效达85.71%,白粉病病指防效达70.33%。背负式弥雾机喷雾在小麦上的雾滴沉积密度为81.21~147.12个/cm~2,雾滴覆盖率为7.26%~28.76%,总体表现为上部中部下部,且差异性显著。     

风送式喷雾机实时混药系统设计与试验

为提高果园风送式喷雾机的作业性能,设计了一种采用蠕动泵和静态混合器进行农药精量控制的实时混药系统。运用FLUENT软件,采用SIMPLEC算法对SK、SX和SD型3种静态混合器进行模拟计算,得出SX型静态混合器性能较优。以甘油模拟代替农药,添加胭脂红染色剂进行混药试验,得出静态混合器的混合单元数与模拟结果一致,实时混药系统的药流量控制响应迅速,混药稳定性的浓度相对误差小于4.33%,混药均匀性的变异系数小于4.98%。结果表明,所设计的实时混药系统具有良好的混药性能。该文研究为果园实时混药喷雾机的机构设计和性能优化提供了参考。     

在线实时混药喷雾系统设计与试验

在线混药喷施技术具有喷施效率高、用药精准、环境污染小等特点。针对在线混药系统混药比范围小和农药小流量检测难等问题,设计了一种在线实时混药喷雾系统,作业过程中直接将混药注入喷雾泵的入口端实现混药的在线喷雾。设计了一种螺旋蜂孔板式混药器,蜂孔板有左旋和右旋两种,且交替安装。设计了一种碟形混药箱,由混药器流出的水药混合液在混药箱中进一步混合。系统使用精量柱塞泵供药,将药液直接注入喷雾系统;采用基于STM32嵌入式控制器实时检测到的水箱和混药箱的液位信息,通过电磁开关阀控制水的流量;水和药在螺旋蜂孔板式混药器中混合,切向流入碟形混药箱,最终由喷雾泵抽取进行喷施。为实现精准控制,对水箱出口的流量计和底部的压力计进行标定,得到水箱水位和压力计输出电压的关系模型及压力传感器输出电压和流量计之间的变化关系,并对水流量的控制精度进行了试验;对精量柱塞泵的转速与控制信号的脉冲频率以及转速和流量进行了标定,得到了转速与控制信号脉冲频率的变化关系,并对精量柱塞泵的供药精度进行了试验。在精量柱塞泵的工作流量范围内,采用同时对水和药分别进行测量的方法对混药比进行了试验,得到了混药比误差变化曲线。采用毒死蜱作为试验药液,对在线混药系统进行了混药试验,采用岛津液相色谱仪对采样点进行了浓度检测,得到各采样点实际浓度值,并与人工充分混药效果进行了对比。试验表明：混药比为150∶1～1000∶1时,混药比误差最大为6.75%;水流量平均误差为1.35%,最大误差为7.15%;农药流量平均误差为2%,最大误差为3%;在毒死蜱混药试验中,药水混合液浓度平均误差为11.7%。     

精准施药技术与装备发展现状分析

精准施药以提高农药利用率、降低农药残留对食品和环境污染为目的,是施药发展的方向。为此,首先介绍了国内外精准施药技术发展现状,包括变量施药控制系统、控制算法、对靶施药控制技术和基于处方图施药技术现状分析。其次,分析了国内外精准施药装备发展现状:普遍应用于果园的风送施药机极大提高了工作效率及喷雾均匀性;风幕式喷杆喷雾机适用于大田喷雾,在减小劳动强度的同时提高了喷雾均匀性,降低了药液漂失量;循环喷雾机以回收利用沉积药液为目的,可提高药液的利用效率,减轻对环境的污染。最后,通过比较国内外相关领域的研究现状,指出国内精准施药技术研究不足,需要利用电子信息和自动化技术进一步提升精准施药装备水平。     

风送式喷雾机喷筒结构优化数值模拟与试验

采用动参考系模型,将可动风机的转速作为仿真的初始值,分段划分喷筒内计算区域中的网格,利用数值及正交试验的方法,对风送式喷雾机的喷筒结构进行了优化设计,仿真计算喷筒出口处的风速。为验证模型的正确性,在对应风机转速下,实测了喷筒出口各采样点的风速,并将实测值与仿真结果进行了覆盖率统计及χ2检验。结果表明:影响喷筒压力损失及喷筒出口风速的因素依次为:出风口直径、柱形喷筒长度、锥形喷筒长度;在喷筒出口采样点上,仿真计算出的风速区间覆盖实测风速的概率为95%;χ2检验表明在水平0.05下,喷筒出风口风速的仿真值均服从其实际测量值的分布;因此,利用动参考系方法,以风机转速为初始条件,对喷筒出风口速度的数值模拟是可信的。     

宽喷幅风送式喷雾机空间气流速度分布规律

为了研究宽喷幅风送式喷雾机外部空间气流的分布,以期为优化其设计提供技术依据。该文对自制的宽喷幅风送式喷雾机样机外部气流速度场进行了测试,应用自由紊动射流理论对试验数据进行分析,获得了气流速度场的分布规律与变化机理。结果表明：风机在不同供电频率44、46、48、50 Hz时,宽喷幅风送式喷雾机轴心上的纵向时均风速随送风距离的变化均呈幂函数变化规律,气流中心速度符合三维自由紊动射流纵向中心速度幂函数衰减规律;宽喷幅风送式喷雾机的喷幅与送风距离成线性关系。根据试验数据,回归了射流边界曲线,射流与地面之间的涡结构使出风口长轴方向的射流边界曲线上下不同,两射流边界线相交点的"虚源"不在水平轴线上,上下射流边界线与轴向水平线之间的夹角分别为20.5°和28.8°;同时,沿出风口短轴方向的两射流边界曲线变化规律基本相同,两射流边界线相交点的"虚源"处在水平轴线上,射流边界线与轴向水平线之间的夹角分别为4.18°和4.23°;在纵向送风距离分别为0.5、1、1.5、2和2.5 m处的断面上,气流纵向时均速度的分布沿出风口的短轴方向上分布相似、而沿长轴方向上分布不相似;气流速度场三维曲面重构后发现,沿出风口的长轴方向上,在外边界层的内侧,风速的分布出现2个高风速区。     

四轮独立电驱动高地隙喷雾机辅助转向系统设计与试验

针对四轮独立电驱动高地隙喷雾机因轮毂电机控制器遇到较大扰动无法及时响应而导致的转向不稳定问题,该研究提出了一种液压辅助转向方法。通过对四轮独立电驱动高地隙喷雾机的自转向底盘结构原理的分析,设计了液压辅助转向系统,在此基础上建立了简化二自由度车辆转向模型,用于对辅助转向系统转角控制进行分析,并通过仿真分析和试验验证自转向和辅助转向协调控制性能。四轮电驱动喷雾机分别在自转向系统单独作业以及自转向系统和辅助转向系统协同作业的工况下,以1 m/s的速度分别进行了坡度为15°的下坡转向对比试验和水田转向对比试验。试验结果表明:在下坡试验中,单独自转向系统作业的最大跟踪偏差为6.1°,自转向和辅助转向协同作业的最大跟踪偏差为0.9°;水田试验中,单独自转向系统作业的最大跟踪偏差为10.3°,自转向和辅助转向协同作业的最大跟踪偏差为1.5°。研究结果表明该文所设计的液压辅助转向系统具有可行性和较好的稳定性,能够满足实际作业需求。