PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验

由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究。采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度。经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大。     

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.     

基于北斗自动驾驶比例电磁阀的控制方法

PWM调制是一种控制比例电磁阀的方法,通过采用比例电磁阀连接双PWM调制模块的方法,提高拖拉机在自动驾驶过程中的精度和稳定性。双PWM调制模块是采用双PWM调制对比例电磁阀进行控制。双PWM调制是指在1个PWM周期内,增加了第2个调制,减小了比例电磁的电流纹波,从而对比例电磁阀的冲击更小。可有效增加比例阀的使用寿命,增加比例电磁阀的控制精准度。      

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。     

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。     

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。     

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.     

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间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试

为实现基于脉宽调制(PWM)间歇喷雾的流量调节式变量喷施控制,以DSP56F805数字信号控制器为核心,设计了一种PWM间歇喷雾式变量喷施控制器.控制器有单机和联机两种工作模式,可输出12路独立调节的PWM信号,实时检测喷雾机组前进速度、隔膜泵输入轴转速、喷杆压力和喷施流量,并采用预测比例控制方法,通过比例溢流阀在线调节喷杆压力.将控制器安装到一台经过改装的商购喷杆式喷雾机上,构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施系统,并进行了系统测试.测试结果表明:PWM信号有效频率小于等于5 Hz、流量调节范围大于10,喷雾机组前进速度检测误差在±0.1 km/h范围内、隔膜泵输入轴转速检测误差在±1.5 r/min范围内、喷杆压力检测误差在±0.01 MPa范围内、喷施流量检测误差在±0.05 L/min范围内,经2 s调节后喷杆压力调节误差在±0.01 MPa范围内.     

喷头流量控制试验台的设计与试验

针对喷药作业中对幅宽调节的要求,采用对所有喷头实行独立控制的方法,设计可以控制多路高压喷药电磁阀的喷头流量控制试验台,试验台可以灵活调整喷药幅宽。平台采用脉宽控制技术(PWM)实现对电磁阀的独立控制,通过改变驱动模块的频率与占空比来调节单个喷头的流量,从而实现变量喷药。利用平台做喷头变量试验,结果表明,在恒压条件下,喷头流量与频率(1~10Hz)和占空比(0.2~1)均呈正相关关系,其中,流量与占空比之间呈现良好的线性关系。     

生菜气雾化栽培营养液供给控制系统研究

为了实现生菜气雾化栽培营养液供给的自动监测与智能控制,探究了基于植物工厂及模糊控制的营养液加液调节及喷雾控制方法和系统。在营养液调节控制中,根据pH和电导率EC检测值,结合加液实验结果、模糊控制和基于PLC的现场和远程集成控制,通过控制加液电磁阀实现HCl溶液、NaOH溶液、母液和NaCl溶液加入量的控制,从而控制营养液浓度和pH值在设定范围。针对喷雾控制,根据培养架内温湿度的检测值来自动调节气雾化栽培营养液供给的喷雾频率,包括生菜生长所需的营养液供给时长和空闲时间间隔,实现营养液供给的智能控制。本系统现已在浙江大学农业科技园生菜气雾栽培中运用,营养液加液调节及喷雾控制满足了实际应用需要。     

荷质比对荷电雾滴沉积分布影响的初步研究

自制静电喷雾系统,采用自制环状电极通过感应充电方式对雾滴充电,调节充电电压得到试验要求的荷质比,对距离喷头550mm的模拟植株喷雾,研究对靶喷雾荷质比对雾滴沉积分布的影响。结果表明:静电喷雾较常规喷雾能够有效改善荷电雾滴的沉积分布效果;随着雾滴荷质比的增加,荷电雾滴向靶标集中,改善喷雾效果,且随着荷质比的增大,喷雾最大距离减小。     

国内外农业施药技术研究进展

本文简要介绍了雾滴尺寸的分类和测量方法,分析了不同的雾滴尺寸、飘移对喷雾效果的影响,简介了我国在农药使用中存在的问题及当前国外控制雾滴飘移的先进技术,为国内研究有效控制雾滴飘移,提高农药效果的技术提供参考。     

自动喷雾机红外控制系统的设计

利用红外遥控专用芯片PT2262与PT2272,围绕51单片机搭建简单可行的红外控制电路,并提出了经济方便的PWM电机驱动电路,结合揉性带式底盘设计了红外遥控小车.通过对电磁阀电压控制特性的分析提出了PWM控制电路,并结合红外传感器建立了自动喷雾系统.     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

气流辅助喷雾技术的试验分析

气流辅助喷雾技术是一种利用专用设施产生定向气流辅助雾滴分布,从而提高雾滴在目标上的沉积率、减少雾滴飘移的技术。气流辅助喷雾技术的应用提高了农药的生物效果,拓宽了喷雾设备的应用条件,有利于提高喷雾工作效率,减少化学药品的投入。在喷雾过程中,飘移是影响施药效果和造成环境污染的重要原因。为此,对防漂移技术中的气流辅助技术的试验和应用做了简要论述。     

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。     

基于嵌入式PID的喷雾头结构设计及雾化效果仿真

针对喷雾施药过程中药物的不合理利用现象,提出了一种喷雾头结构设计方法,并设计了一种压力流量自动调控喷雾头。该方法结合了嵌入式PID控制和遗传优化算法,将喷头机械结构设计成空心圆锥雾化喷嘴形式,对压力和流量调节过程进行遗传编码,采用积分和比例系数实现优化控制过程。为验证所设计喷雾头喷嘴的喷雾效果,对喷嘴内部流场和外边喷雾场进行了数值仿真模拟,通过数值仿真模拟计算发现:采用嵌入式优化算法对喷嘴的流量和压力进行控制,加大了喷雾的面积,增强了雾滴的粉碎程度,实现了均匀的喷药过程,提高了药物的利用率,为生态农业的发展提供了技术支持。