基于模糊控制的车速跟随变量喷雾系统设计与试验

针对目前大田宽幅机械变量喷雾精准化程度低、农机车速变化对喷雾效果影响考虑不充分的问题，为了提高精准施药、施肥能效，基于3WF-1000型喷杆式喷雾机，设计了一种自适应跟随车速的变量喷雾系统。该系统采用传感器实时采集农机行进速度、出水管流量与压力、药箱液位高度等信息，运用Bisector模糊控制算法优化控制策略，实现了比例阀阀门变化角度的动态控制，达到了对出水管流量精准调控的目标。为验证Bisector模糊控制算法应用于本系统的优越性，利用Matlab构建仿真模型，与PID算法、Centroid算法对比分析，Bisector模糊控制算法在调节时间、超调量、稳态误差方面均表现优越。田间试验过程中，进行了非行走设定车速、恒定车速跟随、动态车速跟随以及单位面积喷雾量试验，结果表明，3种车速运行状态，变量喷雾系统适应扰动达到稳定运行的调节耗时分别为13.4、27.6、17s，单位面积喷雾量的最大绝对误差比率分别为1.20%、2.27%、2.87%，能够满足大田精准施药的精度要求。     

基于神经网络整定的PID控制变量施药系统设计与试验

针对常规的大田喷雾装备的定量施药方式,在机具行进方向上农药雾滴分布不均导致农药有效利用率低的问题,设计了一种基于神经网络整定的PID控制变量施药系统。该系统采用多传感器实时监测车速、流量、压力等信息,并以此作为控制依据,运用神经网络自学习能力修正PID参数,精准调控药液回流量,解决了现有变量施药控制算法存在的超调量较大、稳态误差较大、响应时间较长等问题,实现了大田单位面积内施药量恒定的目标。为验证本系统算法对精准变量施药的优越性,在Simulink平台下对常规PID、模糊PID和神经网络PID控制方式进行建模仿真,结果表明,神经网络PID控制在上升时间、超调量和稳态误差方面均优于其他两种控制方式。田间试验表明,在不同车速下,液滴沉积数量标准差均小于1.4个/cm2;在不同施药量、车速随意变化的情况下,机具纵向均匀度变异系数均小于6%;车速在4～11km/h范围内随机变化时,系统平均调节时间为0.72s,平均超调量为2.1%,实际施药量与理论值相差1.3%。     

遥控喷杆喷雾机设计与试验

针对大田蔬菜种植病虫害防治需求,利用高地隙四轮转向液压底盘,设计一种遥控喷杆喷雾机。采用PID控制算法设计液压驱动系统和变量施药系统。液压驱动系统通过对比实时采集的实际车速和轮速计算各轮滑转率,以理想滑转率为控制目标进行实时动力分配;变量施药系统根据实时采集的实际车速和预设的目标单位面积施药量换算目标流量,以目标流量为控制目标进行实时喷雾流量调节。在韭菜田进行不同车速下的性能考核试验,结果表明：滑转率最大的车轮为左前轮,滑转率均值为6.14%,能稳定在理想滑转率范围内;滑转率最小的左后轮是轮上载荷最大的车轮,滑转率均值为0.76%,显著小于其他车轮;喷雾作业雾滴沉积率均值为93.4%,变异系数为21.6%,变量施药系统随速调节功能良好,但作业质量随着车速增加而略有下降。该喷雾机可为大田蔬菜种植智能化植保机械的研制提供参考。     

基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统设计与试验

针对现有大田精准施药系统主要以药量变量控制为主,缺乏农药喷施作业数据远程监测与溯源管理等问题,本文设计了基于农药喷施溯源的精准变量喷药监控系统,可实现农药精准变量喷施,作业地块、作业时间、作业面积、农药种类与配比、喷施药量、喷雾压力、实时流量和作业速度等信息的在线监测、实时显示和溯源管理。基于该系统分别开展了施药量计算精度、作业面积计算精度、物联网数据传输稳定性、变量调控系统动态响应、变量调控精度和农药喷施均匀性等试验。试验结果表明,北斗定位测速最大误差为1.33%,平均误差为0.82%,施药量计算误差为1.73%,作业面积计算误差为2.61%,数据丢失率为3.51%;速度连续变化下系统稳定调节时间为4～5 s;不同设定施药量和作业速度下,变量调控精度误差为2.45%;雾滴沉积点密度大于20滴/cm²下,在喷雾机行走和喷雾方向上的喷雾覆盖率变异系数均小于10%,满足精准变量作业要求。本研究可在实现药量变量调控下对农药喷施数据进行溯源管理,为后续开展大田作物农药残留风险评估提供支撑。     

基于复合模糊PID的植保无人机变量喷雾系统设计

为提升现有植保无人机喷雾流量随飞行速度变化自适应调整的精准性，降低施药偏差，设计了一种基于复合模糊PID控制算法的植保无人机变量喷雾系统，可根据无人机飞行速度，以基于复合模糊PID控制算法的PWM调制实时调整喷雾流量。通过测试平台分别对比了此控制算法与PID、模糊PID的响应情况，并进行了无人机喷雾流量随飞行速度变化的响应测试。结果表明：基于复合模糊PID控制的系统响应较PID超调量降低63.64%,较模糊PID调节时间缩减23.08%,复合模糊PID与模糊PID的稳态误差控制在3.125%内，小于PID的4.688%;基于PID、模糊PID、复合模糊PID的喷雾系统喷雾流量平均偏差分别为2.67%、3.85%、1.90%;基于复合模糊PID算法的喷雾系统跟随飞速变化自适应调整喷雾流量的最大偏差为6.29%,满足植保无人机施药作业要求，可为农业航空精准变量喷雾系统设计提供参考。     

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%。     

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。     

基于AT89C52单片机的变量喷雾控制系统的设计

以AT89C52单片机为核心,由信息采集处理系统、自动控制系统组成,通过流量、速度传感器采集的速度、流量计算出实际的单位面积施药量,与设定的施药量相比较,自动控制系统根据比较结果自动调节电动调节阀,从而达到变量喷雾施药的目的.系统能够根据施药机车行走的速度和田间苗情自动变更喷药量,实现变量施药.基于AT89C52单片机的控制系统可以应用于自动变量施药作业,符合当前农业生产的实际情况.     

精准变量喷雾控制系统的设计

针对我国精准农业中变量喷雾技术的发展需求现状,对精准变量喷雾控制系统进行了研究。根据农作物喷雾系统的工作原理(即保证农田单位面积喷雾量恒定的喷雾作业),对喷雾作业中的数据进行实时检测,为设计的核心内容。对农作物喷雾系统的动态响应进行试验分析,结果表明:农作物喷雾系统在工作状态下,系统的动态性能良好;根据模拟车速的变化,实时记录控制器流量、实际流量与理论设定喷雾量并进行分析,结果表明:农作物喷雾系统控制喷雾量满足了设定要求。     

牵引式打药机精准喷洒系统的设计与试验

为减少农药对环境的污染,实现精准施肥,设计了一种高效、精准、简便的电控精准喷洒系统,并将其应用于牵引式打药机。基于PLC控制技术建立由数据设定、数据传输、流量控制、数据采集、上传计算、对比分析等组成的闭环控制系统,由PLC输出控制信号,控制电磁比例阀、电磁压力调节阀的开度,实现系统流量、压力调控。以牵引式喷药机行走速度、系统压力、设定单位面积施药量为试验因素,以单位面积施药量与设定值偏差量、喷头最大的喷雾量变异系数为试验指标进行正交试验,确定试验参数较优组合。结果显示：牵引式喷药机行走速度为7km/h,系统正常工作压力为1.0MPa,单位面积施药量为50L/667m²时,单位面积施药量与设定值偏差量小于3%、喷头最大的喷雾量变异系数小于10%。由此表明,系统具有良好的稳定性与精准的控制性,满足市场使用要求,符合国家检验标准,具有推广价值。