动态施药模糊神经控制系统的设计与研究

精确施药控制系统具有控制变量因素多、非线性与强耦合等的特点,解决这类复杂的时变系统用传统的PID控制方法几乎无法控制。本文以"3WC―30―G车载式超低容量自动喷雾机"为研究载体,通过分析其动态施药模式控制原理,结合实践的经验知识,试图利用自适应模糊神经控制的方法,对其精确施药控制系统进行研究与设计。通过MAT-LAB软件仿真实验表明,基于自适应模糊神经控制的静态施药控制系统可以取得比较理想的控制效果,从而为精确施药控制领域的研究提供了一种新的理论方法。     

变量施药机的恒压变量控制系统设计及算法

针对施药机施药量和施药质量不能满足农艺要求的问题,在建立系统总管道药液压力PID控制模型和施药量模糊控制模型的基础上,采用AT89S52单片机设计了变量施药机的恒压变量控制系统,并研究了其控制算法.利用MATLAB对系统模型进行仿真,结果表明:药液压力PID控制的响应时间为0.85s,施药量模糊控制的响应时间为1.04s,两者的稳态误差均在±3%之内,该控制系统可用于施药机恒压变量控制.     

精准施药中叶面积指数探测研究

精准施药技术的研究以提高农药的利用率为目的,是精准施药的发展方向。果树叶面积指数能为精准施药提供重要参考依据,通过叶面积指数及生物量探测可以进行大面积果树的长势监测并计算其药量的需求,进而对作物进行指导性施药。为此,结合国内外研究现状阐述了各类叶面积指数探测技术和计算方法,分析了精准施药技术中靶标探测的方法及叶面积指数探测在精准施药中的应用,并对精准变量施药中叶面积指数探测方法进行了展望。     

基于蓝球比赛运动的农业机器人避障系统设计

农业机器人面临的作业环境越来越复杂,为保证机器人在复杂环境中正常工作,机器人需要拥有可自主避障的行为控制系统来适应作业环境中未知障碍物避开的需要。在基于篮球比赛运动的农业机器人避障系统研究中,通过动态窗法建立工作控制,模拟了篮球运动中的动态避球行为,并为以模糊控制方法实现自主避障,使移动机器人的避障行为通过模糊逻辑控制和基于优先度的决策程序来实现。仿真实验表明:该机器人的避障系统有效、实用性好且具有实时性。     

精准施药技术与装备发展现状分析

精准施药以提高农药利用率、降低农药残留对食品和环境污染为目的,是施药发展的方向。为此,首先介绍了国内外精准施药技术发展现状,包括变量施药控制系统、控制算法、对靶施药控制技术和基于处方图施药技术现状分析。其次,分析了国内外精准施药装备发展现状:普遍应用于果园的风送施药机极大提高了工作效率及喷雾均匀性;风幕式喷杆喷雾机适用于大田喷雾,在减小劳动强度的同时提高了喷雾均匀性,降低了药液漂失量;循环喷雾机以回收利用沉积药液为目的,可提高药液的利用效率,减轻对环境的污染。最后,通过比较国内外相关领域的研究现状,指出国内精准施药技术研究不足,需要利用电子信息和自动化技术进一步提升精准施药装备水平。     

基于模糊PID的农业智能喷雾控制系统设计与试验

为提高农作物的施药效果,将模糊PID控制技术应用于喷杆喷雾机喷雾量的控制中,设计了相应的控制系统。首先,分析了农作物喷雾控制系统的基本原理。其次,设计了模糊PID控制系统的软件系统、硬件系统和模糊控制逻辑表。最后,进行了喷雾量的控制仿真研究,仿真结果表明,模糊PID控制系统能够取得更好的喷雾量控制效果和更高的控制精度。      

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。     

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。     

基于物联网的植保机作业参数匹配设计研究

为了实现精准农药喷洒,降低农药浪费,基于物联网技术建立了植保机作业参数匹配系统.系统主要包括流量控制系统和药雾粒径控制系统.流量控制系统包括以下内容:①建立飞行速度、单位面积施药量和流量模型;②驱动隔膜泵流量与PWM控制信号占空比模型;③PID流量调节,降低系统响应时间,进而实现流量随飞行速度动态调整;药雾粒径控制系统...     

基于模糊控制的变频恒压供水系统研究

传统变频恒压供水系统中的模糊控制系统存在误差,且表现相当不稳定,特别是动态跟踪能力薄弱。目前业界设计了全新的基于模糊控制算法的在线实时控制系统,能对变频恒压供水系统中的诸多参数进行模糊控制研究,凸显其控制快速性、高精度与鲁棒性特征,对变频恒压供水系统的动静态性能改善有很大帮助。文章探讨了基于模糊控制的控制器设计,以提高变频恒压供水系统供水的安全稳定性。     

基于水动力学模型的渠道流量控制系统研究

针对渠道流量较大、水流条件复杂的流量测量问题，提出一种水动力学模型的渠道流量计算方法，并以此搭建基于水动力学模型的渠道流量控制系统。首先建立水动力学数学模型，采用两点水位量水法计算渠道流量，即在闸门上、下游选择两个断面，利用水位传感器实时测量断面水位数据，通过上位机求解水流控制方程得到两处断面的流量，取均值作为渠道的流量值，其次结合PLC搭建渠道流量控制系统，根据调度要求控制闸门的启闭，实现渠道流量的精准控制。在加大供水流量、水流条件复杂条件下，流量计算结果与多声道超声波流量计所测数据相比，平均偏差率小于5%。通过试验研究表明：控制系统流量控制误差为0.514%，系统响应时间小于200 ms，平均无故障运行时间大于10 000 h。控制系统的研究为后续渠道流量调度工程建设提供理论依据和案例支撑，具有较强的应用价值。     

P-模糊-PI滑模控制系统设计

针对PID控制器难以解决非线性、时变的复杂系统和模型不清楚系统的控制问题,利用模糊控制器能简单而有效地控制复杂的或模型不清楚的系统的优点,设计一种具有PID和模糊控制优点的P-模糊-PID滑模控制系统,并将其应用于某温度被控对象。通过进行系统仿真并分析仿真结果,说明所设计的滑模控制系统具有较强的鲁棒性。     

变量施药关键技术综述变量施药关键技术综述

变量施药技术以提高农药利用率,降低农业成本,适当减少农药用量,降低农药残留,减轻环境污染为目的,是精准农业领域的重要课题和施药技术的发展方向。从变量施药关键技术中的田间信息采集方式、变量施药控制方式和变量施药控制算法三个方面进行综述,首先阐述基于地理信息技术和基于实时传感器技术的田间信息采集技术;其次分析包括变压力调节式、药液浓度调节式和脉宽调制式的变量施药控制方式,并剖析各控制方式的优缺点,脉宽调制式因其具有更好的动态响应特性和流量调节性能,拥有广阔的应用前景;最后对当前最主要的变量施药控制算法（模糊控制算法、PID控制算法以及BP神经网络）进行概述与研究,了解到对不同算法进行组合和改进有利于提高变量施药控制性能。针对国内变量施药技术存在的问题,提出建议,旨在为我国变量施药技术的发展与推广提供一定的参考。     

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。     

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、17 s,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。     

车辆电动转向系统的卡尔曼滤波模糊PID控制

通过对车辆动力转向系统的动力学分析,建立了动态数学模型。为了克服单独使用PID控制和模糊控制时的问题,提高控制系统的响应速度,减小超调量,减小稳态误差,设计了模糊控制和PID控制相结合的多模态控制器,实现了分段控制;并由卡尔曼滤波对控制信号进行滤波处理,减小路面随机干扰和传感器测量噪声的影响,从而进一步提高了控制效果。仿真和试验结果表明,该控制方法能够明显改善控制性能。     

基于模糊PID控制的水肥一体化设备的设计

针对智能水肥一体机的水肥混合过程，结合PID控制、模糊控制理论等完成水肥一体化设备，控制器主要是基于模糊的PID控制的规则，以多元数据为依托的控制系统。水肥一体机设备的整体平台主要包括分析层、平台管理层、控制层及资源层几个方面。本次设计的PID控制的自动水肥一体机旨在解决控制对象复杂影响控制系统准确性的问题，应用PID算法提高整体系统的稳定性及响应速度。     

果园精准施药技术的现状与发展趋势分析

目前果园环境的监测与果树喷洒作业主要依靠人力,劳动强度高且效率低。在精准农业方面应用较为广泛的植保无人机对于冠层比较茂密的果园,其果树冠层下部和树干及根部喷施作业时效果不能满足要求,严重制约了果园产业的发展。项目组通过分析果园精准施药中存在的问题,探讨了果园精准施药研究的热点和发展趋势,为精准施药技术研究的推进、智能施药装备的研发和现代化农业的发展提供参考和思路。     

基于LabJack的电机转速控制系统

直流电机广泛应用于工矿企业机电设备之中，但存在动态性能相对差、恢复时间长、超调量大以及参数整定困难等缺点。通过模糊控制算法，分析基于虚拟仪器和LabJack的直流电机转速模糊控制系统的硬件组成及软件设计方法，可在某种程度上可以克服上述缺点，系统编程简单，具有良好的软件交互界面，控制效果良好，有实际应用价值。     

基于BAS-PID控制的精准变量施药系统仿真与试验

精准变量施药技术是精准农业的重要内容之一,为解决当前常用的变量施药方式存在的控制精度低、超调量大等不足,提出将天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法与常规PID控制结合形成BAS-PID控制算法,用于变量施药系统控制。首先建立施药控制系统机理模型并基于Matlab平台进行软件仿真,仿真试验结果表明,BAS-PID算法的超调量为0.024 1,绝对误差为1.14%,均低于常规PID和模糊PID,控制效果更好。在吉林农业大学试验田进行了田间施药试验,根据试验数据分析,BAS-PID、模糊PID以及常规PID的平均施药误差分别为0.016 L/min、0.020 L/min、0.238 L/min,平均超调量分别为0.006 L/min、0.016 L/min、0.238 L/min。BAS-PID控制算法的施药误差仅在0.01~0.02 L/min内,误差范围小,总体而言,该算法的施药误差和平均超调量都低于模糊PID和常规PID,系统应用效果好。试验结果表明:本文提出的BAS-PID算法提高了PID算法的参数适用性,施药控制精度高,超调量小,改善了变量施药系统的施药效果,可为推动精准变量施药技术的发展提供新的技术方案。