果树施药仿形控制系统的设计

介绍一种能够实现果树仿形施药的机械装置及其控制系统.本设计采用由步进电机驱动的仿形推杆作为执行装置,根据不同树冠大小来对仿形机构在水平和竖直方向进行调节,从而达到仿形施药的目的.控制系统选用SILICON公司C8051F020和C8051F340增强型单片机作为主控芯片,采用主从通讯方式,方便有效地控制了执行机构和喷雾参数.     

基于LabVIEW的果树仿形喷雾控制的实现研究

在对果树实施机械化施药的过程中,为了降低药液的浪费和对环境造成的污染,实现均匀和精确的喷雾,利用LabVIEW平台,提出了对果树仿形喷雾控制的实现方法。一是采用超声波传感器阵列检测果树的冠层形状。二是根据检测的结果,得到喷头组的运动控制策略。喷头组中一个喷头的运动对应由一个步进电机拖动,一个步进电机对应由一个单片机控制。一个单片机对应分布式控制系统一个节点。PC机把控制策略通过RS485总线发布到各个节点,各个节点根据控制策略,启动喷头运动到相应的位置。三是按照预定的压力和喷量实施喷雾。该方法进一步提高了喷药的效率,增加了施药的可控性,从而降低对环境的污染,为植保机械提供了一个可以选择的解决思路。     

基于ADAMS的果树仿形施药机构优化设计与仿真分析

针对目前果园施药喷雾器械作业效率低下、农药浪费严重和影响生态环境等问题,提出三自由度对称式两级摇杆喷雾机构。为提升工作空间和运行稳定性,构建该机构的数学模型,在ADAMS环境中创建仿真单元,根据实际约束条件对其进行喷雾参数优化和动力学、运动学仿真分析,并推导出喷雾点运动学方程。研究结果表明:仿形机构关键点所受最大力由优化前1 621.1 N减小到338.94 N,为原来的20.9%,运行平稳可靠;在此基础上,得到喷雾点在水平、竖直方向工作范围分别为1 704.5 mm、2 151.5 mm,调节幅度分别为695.4 mm、680.4 mm,完全可以满足不同果树形貌的喷雾要求,实现立体高效的仿形施药作业。     

虚拟样机技术及其在果树仿形喷雾装置研制中的应用

虚拟样机技术是提高机械产品研制效率的有效手段。为此，在分析了虚拟样机技术的基本含义和研制果树仿形喷雾装置的意义和关键问题的基础上，提出了将虚拟样机技术应用于仿形喷雾装置研制中的方法。     

果园风送式喷雾机仿形喷雾试验研究

为研究果园风送式喷雾机风速及雾量垂直分布对雾滴在果树冠层内穿透沉积的影响,本文通过调整喷雾机导流板角度及喷头喷雾角度,并测量风速及雾量的垂直分布,使其分布曲线与果树冠层轮廓匹配.试验结果表明,当风速及雾量垂直分布呈单边纺锤形、并与现代化种植模式果树纺锤形树冠轮廓吻合时,雾滴在果树冠层中各部分枝叶正反面都有充分而均匀的沉积,因此,通过调节风速及雾鼍垂直分布使与果树冠形匹配,是提高雾滴在冠层中沉积分布均匀性的有效途径.     

基于圆柱面模型的仿形喷雾植物冠层密度超声量化测试

基于低成本超声波传感器搭建了一套植物冠层超声回波信号检测系统,建立了基于圆柱面叶片分布模型的量化测试台。在正交中心复合设计试验基础上,建立了超声回波信号均值与冠层密度、探测距离的定量关系,即植物冠层密度量化模型。对已建立的植物冠层密度量化模型进行方差分析,结果表明,植物冠层密度量化模型具有显著性,且失拟性不显著。植物冠层密度量化模型决定系数R2和预测模型决定系数R2分别为0. 988 5和0. 911 4,表明试验值和预测值具有良好的一致性。为了验证已建立的植物冠层量化模型的可靠性,于室内测试台进行了4种植物在3种不同测试距离下的冠层密度验证测试,试验结果表明,实测值与模型测量值的相对误差最小为1. 230%,最大为13. 650%,平均相对误差为6. 120%,植物冠层密度量化模型对室内测试台的冠层密度测量有较好适用性。室外选择3棵不同的桂树,每棵树选择9个测试点进行验证测试,试验结果表明,实测密度与模型测量密度的最小相对误差为3. 959%,最大相对误差为20. 600%; 3棵桂树的实测密度与模型测量密度的平均相对误差分别为11. 244%、12. 246%和9. 628%,植物冠层密度量化模型对户外桂树密度测量有较好的适用性。     

密植矮化茶园地面低容量仿形喷雾液滴沉积性能研究

为探究地面低容量仿形喷雾技术在茶园植保作业中的适应性,以自主设计的茶园低容量仿形喷雾轨道式测试系统为喷雾载体,通过正交试验方法对茶园地面低容量喷雾的雾滴沉积性能进行了试验研究。阐述分析了喷雾测试系统的结构及控制电路,依据解析法确定了喷头安装参数;以雾滴沉积密度、沉积均匀性为主要喷雾指标,探究了喷雾高度、喷施方向、风扇转速、喷头类型和冠层梯度对茶树低容量喷雾时液滴沉积的影响。田间试验结果表明:茶树冠层梯度对雾滴沉积密度有显著性影响,其雾滴数量在冠层上、中、下部依次减少,冠层上部雾滴个数明显多于中、下部,中、下部雾滴数量没有显著性差异;喷雾高度与雾滴沉积数量呈负相关,且喷雾高度30 cm时的雾滴个数明显多于50 cm时的雾滴数量,而40 cm高度与30、50 cm时的雾滴数量无显著性差异。喷施方向、冠层梯度对雾滴分布均匀性有显著性影响,喷施方向45°时,其变异系数均值为0. 610,显著大于0°、15°、30°时的变异系数,雾滴分布均匀性最差,而0°、15°、30°时变异系数无显著性差异;不同冠层梯度上的雾滴分布均匀性差异显著,其中冠层上部雾滴分布最均匀,而冠层中部雾滴分布均匀性最差。与常规喷雾相比,低容量喷雾的雾滴沉积量整体偏小;冠层梯度对雾滴沉积量有显著性影响,其中冠层上部沉积量均值为0. 608μL/cm2,显著大于中、下部沉积量,而中、下部雾滴沉积量差异不显著;喷施方向0°时,其雾滴沉积量均值最大,显著大于沉积量最小的45°方向。茶树低容量喷雾时,雾滴平均沉积密度均大于26个/cm2,冠层顶部变异系数均不大于标准中规定的0. 5,满足国家标准中农药喷雾机喷洒质量要求。     

仿形雕刻机的设计

木雕制品是对木材经过艺术构思后进行雕刻加工的一种工艺制品，可以用来装饰居室、殿堂、建筑，给人带来美及艺术的享受。随着人们生活水平的提高，该制品的需求量越来越大，产业前景非常好。为此，介绍了一种新型仿形雕刻机的结构和工作原理，利用该装备可以实现对木雕制品及木制品的仿形加工。     

基于单片机果树施药仿形喷雾的位置控制系统

当前果树种植已经由小面积种植模式转变为大面积果园种植模式,因而对喷雾提出更高要求,尤其是要解决传统喷雾在操作中存在的药物浪费现象。为此,采用仿形技术结合单片机控制技术研制出一种仿形机构,可根据果树形状改变其结构形状。其由多自由度机械臂组成,通过单片机发布命令控制液压系统,推动机械臂到达指定位置,形成与果树形状类似的包络形结构,通过单片机控制系统控制其机械臂位置,并以C语言作为编程语言编写控制程序,控制整个机构展开工作。试验结果表明:其实效性满足工作需求。     

果树喷雾用圆盘风扇三维气流速度场数值模拟与验证

为研究用于果树风送喷雾的圆盘风扇气流速度场分布特性,采用k-ε紊流模型和稳态求解方法,设置合适的边界条件,对单、双风扇不同出口风速的气流速度场进行三维稳态数值模拟和试验验证。结果表明,双风扇同时送风时,在离两风扇中心1~3m的范围内,中心区域的风速明显小于两边的风速,在3~5m的范围内中心区域的风速和两边的风速相差不大。模拟值与试验值对比表明变化趋势一致,二者的拟合直线决定系数R2分别为0.8044和0.7957,所建模型可以比较准确地模拟风扇气流速度场的分布。     

基于神经网络算法的果树需水预测研究

【目的】准确预测果树需水量。【方法】对采集地果园环境数据进行主成分分析,筛选出影响果树蒸腾量的关键因子。建立以长短时记忆(LSTM)神经网络为基础的预测模型来预测果树蒸腾量。为提高预测的精度,在LSTM神经网络的基础上加入了注意力(Attention)机制,形成Attention-LSTM预测模型。【结果】将改进的模型与其他模型的预测精度进行对比,仿真试验表明,该模型的预测精度最高,RMSE和MSE分别为0.487和0.062。【结论】该预测模型可以准确预测果树蒸腾量,从而实现果园精准灌溉并提高水果产量,具有一定的实际意义。     

基于BP算法的喷雾干燥神经网络模型的建立

随着经济的发展，喷雾干燥技术的应用越来越广泛，但在实际生产实践中．由于干燥过程影响因素很多，喷雾干燥的参数调试和试验必须在实际试验中探索。为此，通过搜集大量相关资料，选择了3个对喷雾干燥效果影响较大的参数（进风温度、压力、粘度）作为输入。选择平均粒子径参数来反映喷雾干燥的效果。建立三输入单输出的BP神经网络模型来模拟喷雾干燥系统的干燥机理，从而在计算机上实现了实时监测与控制相关参数对喷雾干燥过程的影响。实验证明，其对指导生产试验与降低经济成本具有一定意义与价值。     

考虑风扰的对靶喷雾机械臂药液喷洒动力学建模与试验

为实现对靶标杂草的有效覆盖和提高对靶施药精度,减少药液浪费和生态污染,采用基于二自由度机械臂的对靶施药方式,优化了除草机器人的对靶喷施性能;除草机器人药液喷洒模型的建立是提高对靶喷施精度的关键,在考虑风扰的前提条件下,根据液滴粒子轨迹动力学方程,结合机械臂连杆和关节变量参数,建立液滴喷洒轨迹模型,并推导得到液滴理论沉积覆盖区域;在此基础上通过计算机数值模拟,分析了喷头位姿、车速和风速对液滴落地沉积覆盖区域的影响,并对靶标点进行了坐标重构;在室内搭建了小型开口直流低速风洞并进行药液喷洒验证试验,利用图像处理技术获取试验的液滴落地沉积覆盖区域,对比其与理论沉积覆盖区域,形心误差范围为4.1~7.2 mm,区域匹配误差范围为9.1%~17.8%。试验结果表明:理论沉积覆盖区域与试验测定的结果误差较小,两者具有较高的一致性。     

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。     

果园仿形喷杆施药装置设计与动力学仿真

针对矮砧密植果园山地梯田台面果树外侧冠层常规喷药药液不易穿透等着药难问题,对仿树形果园施药装置进行参数化设计、动力学建模与仿真,并结合场地样机试验,探究药液喷杆作业的稳定性与可靠性。仿真结果表明:果园仿树形喷杆施药装置依树形结构进行喷杆位置参数实时调整,展开状态与果树冠层包络线吻合;药液喷杆折叠状态时的最大应力为3.324MPa,最大变形为0.038m;展开状态时最大应力为6.994MPa,最大变形为0.118m,结构强度满足工作要求。试验结果表明:升降架与喷杆组液压缸伸出时间分别为36s和32s,在误差允许范围内,整个机构升降展开过程流畅,行驶过程结构稳定性良好,满足设计要求。     

基于BP神经网络的模型铲刀推土阻力预测模型

将BP神经网络应用于典型的曲面推土板-模型铲刀推土阻力的预测.在模型铲刀推土试验研究结果的基础上,以模型铲刀的切削角、前翻角和切削速度为输入,以模型铲刀推土阻力的水平分力与垂直分力为输出,建立了BP神经网络数值模拟模型.研究结果表明,该BP神经网络有效地预测了模型铲刀的推土阻力,其准确率在94%以上.     

自压式树状管网的两级优化设计模型与神经优化设计

建立了自压式树状管网两级优化设计模型，并用人工神经网络法实现树状管网非线性规划模型的快速求解。采用的人工神经网络技术的两级优化设计模型在适用范围、求解速度和获得最优解能力上，均优于单一的非线性规划模型和线性规划模型，是实现树状管网全局优化设计的一条新途径。     

基于神经网络算法的广东省典型代表站点ET_0简化计算模型研究

【目的】探讨BP、极限学习机、小波神经网络算法在广东典型气候代表站点的适用性,建立ET_0简化计算模型。【方法】以韶关、深圳、广州、揭西、湛江站为研究对象,收集各站1981—2010年逐日平均、最高、最低气温、相对湿度、日照时间、风速观测数据,以FAO-56Penman-Monteith ET_0计算值为基准,对比3种算法计算效结果,确定最优算法,并结合因子敏感性分析建立了ET_0简化计算模型。【结果】①P<0.05显著水平下,广州、韶关站各气象因子均差异显著;湛江、广州、揭西、深圳4站除日最高气温差异显著,其他气象因子差异均不显著;②ET_0因子敏感性分析中,韶关、广州、深圳3站日最低、最高气温、日照时间敏感系数较大,韶关站为0.040、0.113、0.223,广州站为0.043、0.101、0.208,深圳站为0.054、0.105、0.181;揭西和湛江站日最高气温、相对湿度、日照时间敏感系数较大,分别为:0.105、-0.040、0.216和0.098、-0.072、0.197,综合各站来看,日最高气温、日照时间最为敏感;③全因子输入条件下,ET_0计算精度表现为BP>极限学习机>小波神经网络;④ET_0简化计算精度表现为BP(全因子输入)>BP-1(日最高、最低气温,相对湿度,日照时间作输入)>BP-2(日最高气温、日照时间输入),但差值不大。【结论】因此,基于日最高气温、日照时间2因素的BP算法一定程度能简化计算ET_0。     

基于BP神经网络的牡丹花热风干燥含水率预测模型

针对热风干燥制作牡丹压花时含水率不便实时测定的问题,探讨了干燥过程中热风温度、风速、压花板孔密度和牡丹花初始质量对干燥速率的影响.利用BP神经网络建立了干燥时间、热风温度、风速、牡丹花初始质量、压花板孔密度与牡丹花干燥过程中含水率之间的关系模型,采用Matlab神经网络工具箱对模型参数进行训练和模拟.结果表明,利用神经网络建立的模型仿真结果与实测值接近,预测性较好.