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DSP和单片机的实时变量喷药系统设计

为防治玉米农田杂草危害,设计了一种基于DSP识别和单片机控制的杂草实时变量喷药系统。数字信号处理器(DSP)实时数据处理能力强,单片机控制能力强。DSP作为喷药系统上位机图像处理模块的CPU,对田间玉米杂草图像实时采集、处理,分离出杂草,生成杂草位置信息表,发送给作为系统下位机控制模块CPU的单片机;单片机通过电磁阀控制6个喷头的开闭实现精准变量喷药。田间试验表明:系统在室外田间复杂情况下可以满足实时精准喷药要求,在作业机械速度为4km/h时,喷药精确度可以达到91.4%。     

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。     

变量式喷药装置的设计

在现代农业生产中,为达到精准喷洒农药、减少污染的目的,设计一种变量式喷药装置,可对喷药量进行精确控制,实现变量喷药。利用Simulink对装置的控制系统进行仿真,并与现有装置进行对比分析,在单位阶跃信号输入下,压力和施药量控制系统的响应时间分别为50 ms和45 ms。变量式喷药装置灵敏度高,农药有效利用率大幅提高,从而可提高农作物病虫害防治效果,对保证农产品质量安全和喷灌人员安全、减少环境污染,加快我国农业现代化的发展,具有重要意义。     

地面自走式植保机械精准变量作业研究

目前国内植保机械存在劳动任务重、农药利用率低等不足之处。基于此,重点探讨地面自走式植保机械精准变量作业相关问题,设计了地面自走式植保精准变量作业流程,有效提升农药利用率,大大提高了农作物生长效率和水平,推动我国农业经济又好又快发展。     

植保机变量施药鲁棒H∞最优控制

提出了一种基于电控伺服变量柱塞泵的植保机变量施药控制方法,推导并建立了包含参数不确定性和扰动的施药流量模型,设计了鲁棒H∞最优控制器并证明其鲁棒稳定性,并转化为线性矩阵不等式求解控制器参数。本研究弥补了传统优化控制方法对于不确定性反应较为敏感的不足,与传统的线性二次型最优控制相比具有一定的快速性和鲁棒性优势,能够满足复杂作业条件下植保机精准变量施药要求,有效提高了农药利用率。     

颗粒肥料质量流量传感器设计与试验

变量施肥具有提高肥料利用率、保护生态环境、节约农业生产成本等优点，但目前还没有得到广泛的应用，除了难以获得变量施肥的处方图之外，缺乏闭环检测也是原因之一。闭环控制是实现变量施肥的关键之一，与间接测量排肥轴的转速相比，实时检测肥料的质量流量更为准确。本文基于静电感应原理，设计了一种颗粒肥料质量流量传感器。由于颗粒肥料之间、颗粒肥料与空气、颗粒肥料与排肥管之间的摩擦和碰撞，颗粒肥料会携带一定量的电荷，因此本研究设计了环形电极来检测电荷强度，并利用电流放大电路输出感应电流。通过标定质量流量与感应电流的关系，获得了实时的肥料质量流量。搭建试验台对该颗粒肥料质量流量传感器进行检测，试验台主要包括动态信号采集系统、肥料箱、电流放大器和环形电极传感器。以大颗粒尿素（CO(NH2)2）、过磷酸钙（Ca(H2PO4)2·H2O）和氯化钾（KCl）为研究对象，其平均容重分别为0.7、1.2、1.1g/cm3。根据施肥装置的物理参数，通过调整排肥轴转速可获得近似的目标质量流量，目标质量流量的范围是3~15g/s，增量为1g/s。对于每个质量流量，进行了4次重复。每次重复30s，施肥装置与信号采集系统同时启动。利用平均感应电流和平均质量流量建立回归方程，采用插值法得到实时质量流量。随后，对每种肥料进行25次试验，从而检验本文中颗粒肥料质量流量传感器的测量精度，每次试验的目标质量流量由5个随机质量流量组成，每个质量流量下持续排肥6s，用天平称量30s内的实际质量，通过积分质量流量和时间曲线计算检测质量。采用SPSS 22.0软件对试验结果进行统计分析，分析表明，大颗粒尿素、过磷酸钙、氯化钾的检测误差分别为3.9%、5.1%、5.9%，相应的标准差分别为5.21、7.98、11.29。检测质量与实际质量无显著性差异（P>0.1），大颗粒尿素、过磷酸钙和氯化钾检测误差的数学期望值分别为3.74%、4.93%、5.22%。本文的研究结果表明，检测误差随颗粒肥料粒径的减小而增大。     

四要素变量施肥机肥箱施肥量控制算法设计与试验

针对黑龙江农垦地区垄作玉米施肥过程中遇到的肥料分层问题，设计了一种四要素变量施肥控制系统。系统采用电液比例控制技术，主要由液晶显示终端、变量施肥控制器、4路液压马达和编码器、4路排肥机构（排肥轴和外槽轮）和GNSS模块组成。为了实现氮肥、磷肥、钾肥和微肥的一次性及时、准确施用，提出了一种基于复合交叉原则的各路施肥量确定策略，基于PID技术设计了液压马达控制算法。根据用户在变量施肥控制软件中设置的目标施肥量，系统自动确定各肥箱精确施肥量，基于PID液压马达控制算法，实时计算4路液压马达的目标转速，同步向控制器发送4路转速指令，一次性完成氮肥、磷肥、钾肥和微肥4种肥料的同步变量施用。为了验证各路施肥量控制算法的效果，分别进行了PID算法响应时间和精度试验、变量施肥系统单质肥排肥性能验证试验和作业条件下各肥箱施肥量控制算法验证试验。试验结果表明，基于PID技术的排肥轴转速控制算法响应时间不大于0.5s；变量施肥系统单质肥排肥性能误差绝对值不大于3%；作业条件下各路施肥量控制算法显著减少了氮素的施用量，实现了氮肥、磷肥、钾肥的精确投入。四要素变量施肥机各路施肥量控制算法完全满足了垦区玉米施肥精确、均匀施用的要求。     

基于GWR模型的江西省山洪灾害区域异同性研究

[目的]探索山洪灾害空间分布的规律,为江西省山洪灾害防治和各流域的监测和管理提供重要决策支持。[方法]根据山洪灾害的形成机理,从触发因子、孕灾环境、承灾体3个方面选取9个解释变量,将山洪灾害调查数据的5项内容作为反应变量,并作为评价山洪灾害度的指标,利用地理加权回归方法(GWR)构建模型,然后利用GIS技术探讨江西省3个不同区域山洪灾害空间分布的异同性。[结果]同一区域不同山洪灾害度指标的模型之间具有异同性,不同区域同一山洪灾害度指标的模型之间也具有异同性,不同灾害度指标的空间分布也表现出明显的异同性。[结论]在构建各项灾害度指标模型时,不仅要考虑到地域上的差异,也要考虑到不同灾害度指标之间的差异,GWR模型能有效地解释局部空间变化情况和重要解释变量的分异性。     

小田块变量施肥系统优化设计与应用

针对苏南地区推广变量施肥存在的施肥策略过于精细化导致高密度土壤信息不易获取和普通的施肥机械难以达到播量精度等主要技术障碍,该文建立了一种简单实用的变量施肥方案,在现有机械式播种施肥机基础上进行了自动化改造,构建了一套基于简易电子处方图系统的变量施肥系统;变量施肥作业时,以单个自然田块为处理单元,依托所建立的简单实用的电子处方图系统,实现多种肥料按需配比、同一田块均匀施肥、不同田块变量施肥的功能。为提高播量精度和播量稳定性,对普通精度GPS模块的数据进行了差分和卡尔曼滤波处理,对外槽轮施肥播种器结构进行了优化设计。田间试验结果表明:电子处方图运行结果准确,施肥播种机工作稳定,种子和肥料的最大和平均播量误差分别为3.91%和2.09%,最大和平均动态误差分别为4.52%和1.48%。该研究可为苏南小田块地区推广变量施肥提供技术参考。