可移植的对靶喷雾控制系统设计与试验

为解决果园传统风送喷雾机连续喷雾在果树间空隙引起无效喷雾的缺点,本研究设计了一种可移植的对靶喷雾控制系统,该系统采用3个单激光传感器探测靶标,PLC控制器依据传感器信号的逻辑运算控制相应的电磁阀通断,实现对靶喷雾、间隙不喷雾的功能。由于激光传感器光束较细,树冠内空洞和枝叶间空隙会导致单点对靶喷雾系统中电磁阀频繁开启,为此,本研究提出线性对靶喷雾控制方法。同时,在喷雾系统延时时间基础上引入提前延后时间,保证雾滴完全覆盖靶标。以主干形靶标为探测对象,以3WGF-300C型果园风送喷雾机为搭载平台进行试验,靶标株距为1.5 m,喷雾压力为1×10~5Pa,喷雾机行驶速度为0.48 m/s时,试验结果表明,相对连续喷雾作业方式,单点对靶喷雾作业方式能够节省55%的喷雾量,线性对靶喷雾作业方式能够节省37%的喷雾量;单点对靶喷雾作业上、中、下区域电磁阀分别平均通断44次、57次与40次,线性对靶喷雾作业各电磁阀平均通断20次。综合考虑系统喷雾量和系统稳定性,线性对靶喷雾作业方式在节约37%用药量的前提下大大减少了电磁阀的通断次数,能够降低系统故障率。     

一种新型农业喷雾机喷雾装置设计及智能化实现

针对电动喷雾装置雾滴大小不可调节、易漂移等关键问题,文中分析了影响电动喷雾装置雾滴大小的主要因素是电机转速（N）和喷雾流量（Q）,用脉宽调制（PWM）方式控制喷头电机转速、电磁阀的通断时间以调节电机转速和喷雾流量;影响雾滴漂移的主要因素是外界风力,用离心风机产生垂直地面的风压,控制雾滴的漂移;该喷雾装置已应用于3WD-12和3WD-4型喷雾机械,并申请了发明专利（发明专利中请号：200810108124．6）。试验结果表明,根据喷雾作业对象及作物生长密度的不同而改变喷雾方式,以达到节省农药、保护环境的目的。     

基于宽调制的变量喷药技术喷雾锥角影响研究

以精准农业技术理论和研究为基础,讨论我国喷药实施现状,分析传统喷药技术的弊端,提出一种基于脉宽调制(PWM)技术的变量喷药控制方法。将国产电磁阀安装到普通喷头入口处,通过控制电磁阀的开关状态控制喷头喷药和停喷。通过试验证明采用PWM方法实现变量喷药,喷雾锥角变化幅度符合大田喷药机械对喷头部件工作性能的要求,角度变化在规定的角度的±10°范围内。     

果园管道自动顺序喷雾控制系统设计

针对密植果园或成熟果园中由于果树树冠逐渐长大使果树行距变小甚至封行,增加果树喷药难度和劳动强度、危及喷雾作业人员安全等问题,设计了一种果园管道自动顺序喷雾控制系统.该系统由喷雾给药单元、自动顺序喷雾主控器和电磁阀控制节点组成.喷雾给药单元为系统提供药液,自动顺序喷雾主控制器给电磁阀控制节点提供控制信号,电磁阀控制节点控制电磁阀的开关,通过控制果园中多个电磁阀的顺序开启和关闭,实现对果树的自动顺序喷雾.运行试验结果表明,该系统可以按照设定喷雾时间对果树进行自动顺序喷雾,不需要人工进入果园喷雾.     

植保无人机喷头开启策略对喷雾沉积效果的影响

合理的喷头安装位置对植保无人机的喷雾沉积具有重要意义.除调整喷头安装位置外,控制喷头喷雾时刻也是变相调整喷头位置的另一种方法.该研究采用安装有四个离心转盘式喷头的四旋翼植保无人机对破口期水稻进行了田间试验.喷头分为前后两组可以控制独立开启,然后分析采集纸卡上的喷雾覆盖率和雾滴密度,以分别研究其喷雾沉积效果.试验在不同的...     

基于自组织神经网络与遗传算法的边坡稳定性分析方法

将自组织(SOM)神经网络、误差反馈(BP)神经网络和遗传算法(GA)三者结合起来,应用于边坡稳定性分析中.首先推导了基于高斯函数的SOM神经网络过程简化权值求解公式,并采用SOM神经网络对收集到的边坡样本进行归类,降低了学习样本的噪声;然后设计了适用于边坡工程的神经网络结构编码模式;再将GA用于优化BP神经网络结构;最后对优化后的BP神经网络进行了计算.计算结果证明,优化后的BP神经网络在安全系数的拟合以及样本的误差分布方面均有明显的改善.同时,通过与其他类型的神经网络相比较,优化后的BP神经网络准确度较高,用于计算边坡的安全系数误差较小.     

基于神经网络PID的无人机自适应变量喷雾系统的设计与试验

【目的】针对传统植保无人机在定量喷施作业时由于飞行速度的变化造成施药不均匀以及传统控制算法无法满足无人机变量喷雾系统所需的实时性和稳定性等问题,设计一种基于神经网络PID的自适应无人机变量喷雾系统。【方法】采用风压变送器测出无人机的飞行速度,根据速度采用脉宽调制(PWM)方法进行自适应变量喷雾,同步用流量传感器测出实际喷雾流量,融合BP神经网络PID控制算法调节喷雾流量。由MATLAB构建BP神经网络PID控制算法,并与PID、模糊PID和神经元PID对比及分析;田间试验过程中,对比分析无人机定量喷雾与随飞行速度改变的变量喷雾效果,采用水敏纸获取雾滴沉积量分布,分别从整体区域、飞行方向和喷杆方向评价沉积量分布的均匀性。【结果】算法仿真对比试验结果表明,与PID、模糊PID和神经元PID相比,BP神经网络PID阶跃响应上升时间分别少28.57%、84.73%和31.03%,正弦跟踪平均误差分别小63.01%、87.03%和0.58%,方波跟踪平均误差分别小74.00%、79.53%和6.80%,鲁棒性强,无静差,超调量为1.20%;喷雾对比试验结果表明,本系统能够根据飞行速度自适应调节喷雾流量,实际流量与目标流量的平均偏差为8.43%,水敏纸扫描结果表明总体区域雾滴沉积量的变异系数对比定量喷雾平均降低26.25%,喷杆方向平均降低18.79%。【结论】该研究结果可为农业航空变量喷雾技术的应用提供理论基础。     

基于键合图理论的间歇式精准喷施系统喷雾压力动态特性

为解决传统喷施系统农药利用率低的问题,设计基于双阀控制的精准间歇式喷施系统。针对喷施系统多能域相互耦合的特点,采用键合图方法建立系统状态方程,并基于20-sim键合图仿真平台进行仿真计算,得到不同压力工况下的喷雾压力动态特性。试验研究喷施系统在0.2、0.3和0.4MPa压力下喷头的喷雾压力动态特性,并采用轮廓分析统计学方法研究仿真结果的准确率。试验结果表明:车速为0.8m/s,作物间距20cm,作物茎叶覆盖直径10cm情况下,间歇式精准喷施系统的喷雾准确率89%,仿真计算与试验结果最大相合置信水平为0.088。基于键合图理论建立的数值模型能够很好的预测间歇式精准喷施系统的喷雾压力动态特性。     

同种类型不同型号的3种喷嘴性能测试分析

[目的]筛选适当的喷头喷嘴,使用小雾滴喷洒,实现最小的用药量,实现农药的精准喷施,减少大容量、大雾滴喷雾技术给农业带来的负面影响.[方法]选用哈尔滨博纳科技有限公司生产的试验室喷雾性能测试台,对3种同类型不同型号(LICHENG Vp110015、Vp11003和Vp11006)的扇形喷嘴性能进行比较分析,根据喷雾机喷头的压力与流量关系、喷雾角大小、雾滴粒径分布等参数的比较,选出比较适合大田作业的喷嘴.采用高精度超声波传感器,进行超声波数据的采集和处理,得出喷雾分布均匀性.[结果]在同一压力(0.3 MPa)下3种喷嘴的流量分别为0.74、0.85和2.26 L/min;采用低照度高感度工业摄像机,进行图像采集和处理,测量得出喷雾角测量喷雾角的大小分别为109.5°、109.0°和114.1.;采用喷雾激光粒度仪进行雾滴测试体积粒径结果为91.881、119.625和185.499um.[结论]综合考虑,型号为Vp11003的喷嘴具有较好的喷洒性能,选取该型号的喷嘴对大田作物进行喷雾效果更佳.     

温室弥雾机控制系统的设计

为实现温室环境人机分离自动变量施药,设计基于Wi-Fi与模糊控制的自走式自动变量风送弥雾机。施药系统以STM32单片机为核心,在Eclipse开发环境下采用Socket编程技术实现移动端与弥雾机端双向通信。为满足施药技术要求,采用Mamdani模型制定施药控制规则,将虫害覆盖率和茄子冠层高度参数作为模糊控制模型的输入,根据施药控制规则自动控制电磁阀和继电器以调控喷雾流量和控制施药时间,共同完成弥雾机变量施药。通过流量测定、模糊控制及自动与手动弥雾的沉积试验对施药系统进行验证,结果表明:1)施药控制系统可根据占空比准确调控喷雾流量,且占空比与喷雾流量线性度较好,拟合度为R~2=0.996 4,满足该设计喷雾范围要求。2)采样点与喷头距离为1~3m时对单位面积雾滴有效沉积量影响显著,且随着茄子冠层高度的增大和蓟马覆盖率的提高均会使单位面积雾滴沉积量显著提高。3)自动弥雾与手动弥雾沉积量的相对误差不超过0.8%,可满足变量喷雾的实际需求。     

多态自动对靶风送式喷雾试验台的设计与试验

针对果园喷雾存在的药液沉积量低、农药浪费及环境污染等问题,拟设计1种集传感器探测技术、电子信息技术和风送式喷雾技术于一体的多态自动对靶喷雾试验台。该试验台主要由机架、风送系统、探测及其控制决策系统、药液管路系统和组合喷头喷洒执行机构等组成。对关键部件进行设计仿真,以获得最佳设计方案;设计控制多组合喷头的控制决策算法,实现多态自动对靶喷雾;进行喷雾性能的对比试验。结果表明,设计的多态自动对靶喷雾试验台,可以实现对不同冠层宽度靶标的多状态喷雾,作业效果良好,雾滴沉积量比普通风送式喷雾提高了34.07%,变异系数降低了25.60%;多态自动对靶风送喷雾相较于普通风送式喷雾的综合省药率大于20%,从而提高了农药的利用率,降低了农药残留量。     

应用遗传算法-主成分分析-反向传播神经网络的近红外光谱识别树种效果

以风车木(Conbretum imberbe)和非洲小叶紫檀(Pterocarpus tinctorius Welw)为研究对象,应用LabSpec光谱仪采集光谱样本进行主成分分析(PCA),并运用遗传算法(GA)对主成分进行寻优,分别以未经GA寻优的主成分和经GA寻优的主成分作为反向传播(BP)神经网络输入量,测试了BP神经网络识别两种树种的效果。结果表明:寻优前,获得高识别率的主成分区间较窄,仅有5种情况识别效果理想,此种情况不利于主成分数的恰当选择;寻优后,获得高识别率的主成分区间较宽,从前6到前17有12种情况可供选择,此种情况更利于主成分的合理选择;寻优后的识别率比寻优前高,且稳定性较好。利用近红外光谱,依据GA-PCA-BP神经网络方法识别树种是一种理想的方法。     

特殊的多功能喷头设计研究

借用稳定流动液体连续性方程等流体力学理论,导出特殊的多功能喷头阀芯移动量S与节流面积f的关系.通过正交试验,选出喷头最佳的喷孔直径和长度,研制出了适用于不同水压及相配套的设备中特殊的多功能喷头.在自来水水压(0.15 MPa)下,其喷射距离为8.3 m; 在高压清洗机的水压(7.84 MPa)下,其喷射距离为10 m.并且还提供了研制喷头的方法.     

自走式水田高地隙喷杆喷雾机喷雾试验研究

[目的]解决自走式水田高地隙喷杆喷雾机喷雾不均匀的问题。[方法]以10 m喷杆为试验对象,搭建喷杆喷雾试验平台,研究喷雾压力、喷雾高度、喷雾喷幅宽度对喷雾均匀性的影响。[结果]喷头压力为0.30 MPa,流量变异系数最小值为5.292 5%,喷雾流量稳定性最高;喷杆距作物水平高度0.5 m时,变异系数最小值为2.543 010 1%,喷雾均匀性最好;喷雾压力增加,喷幅宽度呈一定程度的正相关。喷雾压力0.30 MPa,喷雾高度0.5 m时,喷幅宽度为10.502 1 m,相对其他喷雾压力情况下,喷幅变异系数最小值为0.280 2%,喷雾喷幅最为稳定。[结论]该研究结果可为自走式水田高地隙喷杆喷雾机的进一步研究提供一定的参考。     

果园管道恒压喷雾雾滴均匀性试验与分析

雾滴均匀性是衡量喷雾效果的重要指标之一,探索管道恒压喷雾中压力和孔径对空心圆锥雾喷头雾滴均匀性的影响具有重要意义。通过喷雾性能综合试验平台,利用激光粒度仪,测量管道恒压喷雾中3种孔径空心圆锥雾喷头在8种压力下的5种雾滴均匀性参数数据,获得雾滴累积分布,分析雾滴的分布和均匀性。结果表明,在本试验压力范围(0.70~1.40 MPa)下,雾滴粒径较一致,雾滴较均匀;当压力大于0.80 MPa时雾滴均匀性很好;压力越大、孔径越小,雾滴越均匀;D20 μm的雾滴(均小于0.538%)和D≥100 μm的雾滴(均小于0.325%)可忽略不计,主要为D60 μm的雾滴(90.132%~99.234%),扩散比为0.893~0.916;5种均匀性参数均随压力呈二次多项式变化规律,R2均在0.984以上;5种均匀性参数与孔径和压力均有良好的二元线性关系(R2分别为0.952、0.952、0.937、0.850和0.831)。结果验证了管道恒压喷雾装置有助于提高雾滴均匀性,对管道恒压喷雾中喷头的选型、喷雾压力的设置及喷雾效果的优化有重要参考意义。     

国外植保喷头技术开发进展

喷头是植保机械药液雾化的关键装置,其性能优劣对喷雾质量有重要影响。主要阐述了国外通用喷头、静电喷头、抗飘喷头和变量喷头技术的研究成果和应用发展状况,对现有技术成果进行了综合性评述。在通用喷头方面注重结构优化、材料性能与CAD技术应用研究,在静电喷头方面侧重喷雾系统优化、喷雾技术原理与产业化研究,在抗飘喷头方面关注喷头结构设计、喷雾方案优化与提高药效利用率方法研究,在变量喷头方面强调控制技术、元器件与新喷头开发的研究,并指出国外植保喷头注重新技术、智能化和精准化方面的研究较多,而在喷头管理、新理论应用方面研究较少,没有规范统一的编码制度及缺乏专业化的监控体系等问题。最后提出植保喷头技术应在注重与新机具配套开发、制造技术要专业高精化、建立健全的编码制度和专业监控体系方面引起更多重视,以使其进一步为农林业发展服务。     

基于质量守恒定律的油管压控模型

目的研究控制燃油系统高压油管内部压力的方法。方法根据弹性模量与压强的关系,利用积分法求解出密度与压强的关系式,然后运用质量守恒定律,建立单喷油嘴油管压控模型。拟合得到凸轮极径与角度间的关系、针阀上升高度函数,根据流量守恒,建立油管实际工作的压控模型。对2个喷油器以及加入单向减压阀开关后的油管的喷油量进行分析,得到喷油量的表达式,根据流量守恒联立方程组,建立双喷油器压控模型。结果油管压力稳定在100 MPa时,单向阀每次开启时长为0.289 ms;当凸轮的角速度为23.1329 rad·s~(-1)时,高压油管的压力稳定在100 MPa;最后得到凸轮转动的角速度与减压阀开启时间之间的控制关系。结论控制阀每次开启的时间以及开启次数来控制油管内部的压力。     

小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响

【目的】探索小型植保无人机对果树喷施作业的雾滴沉积分布效果及应用前景,研究小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响。【方法】采用三因素(飞行高度、飞行速度、喷施流量)的正交试验,应用小型六旋翼植保无人机进行喷雾试验。【结果】根据雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量1.0 L·min~(-1)、作业高度2.5 m、作业速度4 m·s~(-1),影响雾滴沉积密度的主次顺序依次为作业速度、作业高度、喷头流量;根据雾滴沉积穿透性结果,作业高度均为2.0 m的试验号2(作业速度4 m·s~(-1),喷头流量0.6 L·min~(-1))和试验号8(作业速度1 m·s~(-1),喷头流量1.0 L·min~(-1))中雾滴沉积穿透性分别为22.21%和22.41%,其雾滴覆盖密度大且穿透性较好;影响雾滴沉积穿透性的因素主次顺序为作业高度、作业速度、喷头流量。【结论】针对植保无人机旋翼风场的影响和橘树独特的树形结构,对植保无人机的作业参数进行了优选,以保证航空喷施作业雾滴在橘树冠层的有效沉积分布。本试验研究可为小型无人机对果树的合理喷施、提高喷施效率提供参考和指导。     

基于GA–BP神经网络的番茄应力松弛参数的估计

为了实现机械手在抓取过程中对番茄应力松弛参数的快速准确估计,提出以BP神经网络为核心,遗传算法(GA)对BP神经网络初始权值和阈值进行优化的番茄应力松弛参数的估计方法:以番茄为样本,利用质构仪进行番茄应力松弛试验,并利用三元件广义Maxwell模型来表征番茄的应力松弛特性,通过拟合获取样本数据集;再以抓取力F、变形量D、作用时间t为输入,松弛特性参数E、Ee、η为输出构建BP神经网络模型,使用遗传算法对初始连接权值和阈值进行优化,获取最优参数的GA–BP神经网络估计模型;将该估计模型应用到机械手抓取过程中对番茄应力松弛参数的估计验证。结果表明:番茄应力松弛特性参数E、Ee和η的估计相对误差都在15%以内,且趋于稳定,该估计模型可对番茄应力松弛参数进行在线估计。     

基于KPCA-SSA-BP的农业气象灾害预测

农业气象灾害对农业发展有很大阻碍,为优化农业气象灾害预测的估算模型,本研究以山东省作为研究区域,利用核主成分分析(KPCA)对影响因子进行降维,以传统反向传播(BP)神经网络模型为基础,基于麻雀搜索算法(SSA)、粒子群算法(PSO)、遗传算法(GA)3种优化算法,构建了SSA-BP、PSO-BP、GA-BP 3种优化模型。结果表明,在旱灾受灾率的模型评价指标对比中,发现与传统BP神经网络模型相比,SSA-BP、PSO-BP、GA-BP神经网络模型的均方根误差(RMSE)分别下降23.55%、12.28%和17.74%;在洪灾受灾率的模型评价对比中,发现与传统BP神经网络模型相比,SSA-BP、PSO-BP、GA-BP神经网络模型的RMSE分别下降了29.96%、9.49%和13.88%。说明SSA-BP神经网络模型对旱灾受灾率、洪灾受灾率的预测效果优于传统BP神经网络模型以及PSO-BP、GA-BP优化的神经网络模型。