植保无人机动态变量施药系统设计与试验

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm~2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm~2。     

摆动分离筛薯土分离机理分析与参数优化试验

针对摆动分离筛薯土分离机理不明确,作业参数匹配不合理导致明薯率与马铃薯破皮率矛盾突出等问题,利用高速摄像机实时拍摄不同曲柄转速、筛面倾角和机器前进速度时摆动分离筛上薯土混合物的分布状态,统计并分析薯土混合物分布高度的变化规律,揭示薯土分离机理,并获得影响分离筛性能主要因素的取值范围。以明薯率和破皮率为评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,对影响摆动分离筛性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,各因素对明薯率、破皮率影响由大到小为曲柄转速、筛面倾角、机器前进速度。摆动分离筛优化参数组合为:曲柄转速230 r/min,筛面倾角21.1°,机器前进速度2.03 km/h,优化后明薯率和破皮率分别为98.94%和0.21%,明薯率较优化前提高1.68个百分点,破皮率较优化前降低9.6个百分点,参数优化试验结果满足国家标准要求。     

基于OFDM-MIMO移动通信模型的采摘机器人设计

为了提高果树采摘机器人的智能化和自动化水平,提高机器人的实时通信和在线控制能力,实现机器人作业过程的远程控制,在采摘机器人通信系统中引入了OFDM-MIMO模型,并将移动4G技术应用到了机器人的设计中,突破了机器人控制距离限制,实现了机器人的跨区域无线通信。机器人采用视觉传感器和4G网络采集并传输图像,图像数据可以在远程浏览器端实时显示,便于掌握机器人作业信息。当机器人碰撞传感器发出信号时,可以利用OFDM-MIMO信道模型进行图像的高效传输,并将视觉传感器采集的图像信息传送给远程控制端,在采摘出现失误时可以及时地调整机器人的状态,实现果实采摘的在线控制。同时,设计了机器人的实验样机,并对机器人的果实定位能力和通信能力进行了实验和仿真。实验和仿真结果表明:该种机器人可以有效地识别普通果实和套袋果实,并且通信实验测试和仿真测试的结果吻合,从而验证了结果的可靠性及OFDMMIMO模型在采摘机器人通信系统中的可行性。     

双定子对称型多泵多速马达理论特性分析

在现有的对称型定量泵、定量马达原理基础上,设计出了双定子对称型结构的多泵/多速马达,在一个壳体内1个转子对应2个定子,使多速马达可以独立同步工作;以双定子对称型双作用多速马达为例,阐述了结构和工作原理,定义了符号表示方法,分析了多泵的输出流量特性、多速马达的输出转速和转矩特性,对多泵多速马达不同组合方式下的多速马达转速进行了分析,结果表明,双定子对称型多速马达能够输出多种不同的转速和转矩,这为双定子多泵/多速马达系统在机床设备、行走机械等领域的应用奠定了基础。     

开缝叶片低比转数离心泵空化性能的数值模拟

为了进一步提高低比转数离心泵的空化性能,对离心泵叶轮叶片进口附近的开缝进行研究.考虑开缝的3个参数,设计6组水力模型探究开缝对低比转数离心泵性能的影响.针对离心泵运行过程中产生空化的流动特点,基于Rayleigh-Plesset方程来描述空泡成长和溃灭过程的空泡动力学模型,采用RNG k-ε模型对在相同工况下的离心泵中两相流动进行数值模拟与分析.模拟结果表明:在叶片进口处开缝可以提高泵空化性能,其中第二组模型的空化性能提升比较明显,空化余量由4.447 m下降到3.910 m,降低了12.1%,水力效率由71.56%上升至76.46%;在相同工况下,开缝叶轮流道内的能量分布更加均匀,而扬程在额定流量下只有很小的变化.该模拟结果对研究低比转数离心泵内部流动特性及性能的提升具有一定的参考价值.     

低比转数变曲率叶型离心泵非定常流动分析

运用Fluent流场计算软件,采用修正的RNG k-ε湍流模型、滑移网格技术和二阶隐式时间推进法,用SIMPLEC算法对压力和速度耦合求解,数值模拟了低比转数变曲率叶型离心泵定常压力场、速度场和非定常压力场,设定了不同工况下靠近隔舌区叶轮和蜗壳之间的3个监测点,得到了3点的均压脉动度,并将计算的外特性曲线与试验进行了比对。结果表明,短叶片抑制了工作面流动的分离,改善了叶片上压力分布,叶轮出口处的射流尾迹区得到了明显改善;隔舌附近监测点的压力脉动幅值与监测点到隔舌间的距离成正比;数值计算结果为该泵叶型设计提供了理论依据。     

直流伺服控制系统的转速控制

基于反馈控制原理,该文提出应用电流放大器与电压放大器系统作为控制手段,使被控制对象严格按照各种特定的转速分布特性工作,其控制系统结构简单,精度高,操作方便。在分析中,获得了输入信号与转速以及负载转矩与转速的传递函数,进而分析了对于输入信号和负载转矩的转速响应的瞬变过程。     

单轴振动电机横置的高速振动筛理论研究

将单轴振动电机横置于筛体上作为高速振动筛的振动源，通过筛体的动力学分析，建立了筛体的运动微分方程，从中解得筛体的运动方程及筛体的运动轨迹方程。理论分析表明：筛体作由随其质心的平动和绕质心的摆动组成的平面运动，筛面上点的运动轨迹为变化的椭圆，引起筛体摆动的因素是振动电机相对筛体质心在水平和垂直方向的位移以及筛体质心到弹簧支撑面的距离。就振动电机相对筛体质心的位移对筛面运动状态的影响进行了计算机模拟，找出了它们之间的相互关系，从理论上论述了振动电机位移对筛分性能的影响。     

Spatial modeling of wind speed around windbreaks

This paper presents a model to integrate windbreak shelter effects into a Geographic Information System (GIS). The GIS procedure incorporates the 1999 version windbreak sub-model of the Wind Erosion Prediction System (WEPS). Windbreak shelter is modeled in terms of friction velocity reduction, which is a function of wind speed and direction, distance from the barrier, windbreak height, porosity, width, and orientation. A first application of the model was conducted at a study area with an extensive windbreak network in England (Thetford, East Anglia). Windbreak characteristics (windbreak type, height, width, porosity, and location) were recorded. Porosity was estimated from digitized B/W silhouettes. To evaluate the network effectiveness, a windbreak network shelter index (SI) was proposed in terms of average reduction of friction velocity over the area due to network shelter. The network was found to give good protection, but the windbreak distribution was not optimal in relation to the wind vector distribution.     

移动式秸秆制粒机作业速度调控系统研究

为了提高移动式秸秆制粒机工作效率,解决玉米秸秆收获过程中作业速度与喂入量不匹配的问题,设计了一种移动式秸秆制粒机作业速度自动调控系统,以实现对秸秆制粒机作业速度的自动调控。该系统由喂入量-期望作业速度自适应变论域模糊控制器与液压马达转速调控系统构成,采用液压系统控制秸秆制粒机作业速度的方式进行调控。通过螺旋输送器功率得到实际喂入量,并根据灰色理论建立喂入量预测模型,以预测值作为变论域模糊控制器的输入;变论域控制器的输出作为液压马达转速调控系统的输入,作业速度PID控制器驱使液压控制系统调节制粒机行走机构改变作业速度,从而使作业速度和喂入量匹配,达到最佳喂入量,起到超前调节的目的。设计了3次试验,分别为模型参数的获取试验、均匀秸秆条件下的稳定性试验、非均匀秸秆条件下跟踪性能试验。试验结果表明,在均匀秸秆条件下,作业速度能够在3m内达到最佳作业状态,超调量小于5%,之后能够保持良好的平稳运行状态,使制粒机以最佳喂入量工作;同样,在非均匀秸秆条件下,作业速度能够以不大于5%的超调量跟踪喂入量的变化。试验证明,本系统能够实时检测作业速度和喂入量,达到作业速度和喂入量相匹配的目的,有效提高了移动式秸秆制粒机的工作效率。