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基于步进电机的自动变量施肥系统研究

作 者: 张金娣
导 师: 杨晓京
学 校: 昆明理工大学
专 业: 农业机械化工程
关键词: 步进电机 变量施肥 施肥决策 螺旋式排肥器
分类号: S224.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


精准农业是高新技术与农业生产全面结合的一种新型农业,是现代农业的重要发展方向。精准施肥是精准农业的重要组成部分,其目的是按需施肥,使肥料投入合理,减少化肥浪费,保护环境,减少水土污染,提高作物产量和质量。精准施肥需要通过自动化的变量施肥机械来实现。因此研究变量施肥的装备技术和开发相关装备十分必要。现阶段变量施肥机械设备仍存在着结构复杂,价格昂贵,调试维护不便等缺点,从而制约了变量施肥技术的应用和推广。论文研究把步进电机系统应用于自动变量施肥技术中。为开发先进、可行、实用、低成本的变量施肥装备奠定基础和提供相关技术支持。论文主要开展了以下五个方面的研究工作一是提出了一种简便易行的变量施肥作业方式,对作业区域划分不同地块,根据施肥决策系统确定各个地块的施肥量,并针对该作业方式建立了施肥量-排肥器转速关系和给出了自动变量施肥系统的工作流程,在此基础上,提出了基于步进电机的自动变量施肥系统的总体方案和功能模块划分。二是结合变量施肥,进行了步进电机的选型计算,选定了型号为YK110HB115的步进电机。通过对步进电机的控制的分析,比较了三种控制方案,并采用PMC300步进电机控制器进行控制的方案。由于控制器不能直接驱动步进电机,选择了采用恒流斩波驱动电路的YKA2811MA步进电机驱动器进行功率放大。完成了步进电机系统硬件的构建,对硬件各组成部分的相互连接进行了详细设计,包括计算机与控制器的连接与通讯,控制器、驱动器和步进电机三者之间的接线设计。最后,通过Motion Logic软件编程,开发了步进电机速度控制程序。三是通过对各种排肥机构的比较,选择了螺旋式排肥器作为基于步进电机的自动变量施肥系统的排肥机构。研究分析了螺旋式排肥器的设计。为步进电机控制的排肥器的设计提供了指导。四是用Visual Basic 6.0开发了变量施肥决策系统。采用BP人工神经网络对施肥量进行预测。预测得到的施肥量反馈到VB决策系统中,由系统给出决策,确定施肥量,控制变量施肥。五是制作了步进电机变量施肥器实验装置,对基于步进电机的自动变量施肥器的排肥器性能进行了实验,得到了排肥量和转速的关系。设计了变量排肥试验,结果表明基于步进电机的自动变量施肥器能实现变量排肥要求。本论文研究结果表明:步进电机系统具有开发简单、调整方便、容易实现等优点;结合决策系统,把步进电机应用于自动变量施肥技术中是可行的;论文的研究工作为开发先进、实用、低成本的变量施肥装备奠定了基础和提供了相关技术支持。

全文目录


摘要  3-5ABSTRACT  5-11第一章 绪论  11-21  1.1 课题研究的意义  11-14  1.2 国内外研究现状  14-16  1.3 论文研究内容和技术路线  16-18    1.3.1 研究内容  16-17    1.3.2 技术路线  17-18  1.4 本章小结  18-21第二章 基于步进电机的自动变量施肥系统总体方案  21-29  2.1 系统分析  21-26    2.1.1 变量施肥作业分析  22-23    2.1.2 施肥量-排肥器转速关系分析  23    2.1.3 系统工作流程分析  23-25    2.1.4 转速变换执行单元分析  25-26  2.2 系统总体方案  26-28    2.2.1 施肥决策系统  26-27    2.2.2 步进电机系统  27    2.2.3 施肥器机械部分  27-28  2.3 本章小结  28-29第三章 步进电机系统  29-53  3.1 步进电机的工作原理与性能参数  29-31  3.2 步进电机的计算与选型  31-35  3.3 步进电机的控制  35-42    3.3.1 步进电机控制方案比较与选择  38-40    3.3.2 PMC300步进电机控制器  40-42  3.4 步进电机的驱动器  42-45    3.4.1 步进电机的驱动电路  42-43    3.4.2 步进电机的驱动器选择  43-45  3.5 系统硬件总成  45-48    3.5.1 计算机与控制器的通讯接口  46-47    3.5.2 控制器与驱动器接线设计  47-48    3.5.3 驱动器与步进电机接线设计  48  3.6 步进电机系统控制程序开发  48-52  3.7 本章小结  52-53第四章 排肥器机械部分设计  53-63  4.1 排肥器的设计要求  53  4.2 排肥器的结构类型  53-57  4.3 螺旋式排肥器的设计  57-62    4.3.1 螺旋式排肥器的结构  58    4.3.2 螺旋推进机构的设计  58-60    4.3.3 联轴器的设计  60-61    4.3.4 肥料箱的设计  61-62  4.4 本章小结  62-63第五章 施肥决策系统的研究  63-75  5.1 施肥决策系统  63-64  5.2 BP人工神经网络施肥量预测  64-73    5.2.1 网络层数与传递函数  65-67    5.2.2 训练函数的选取  67-68    5.2.3 训练网络  68-71    5.2.4 嫁接网络的预测  71-73  5.3 本章小结  73-75第六章 步进电机变量施肥器试验研究  75-89  6.1 步进电机变量施肥器实验装置  75-77  6.2 排肥性能影响因素试验  77-84    6.2.1 料箱高度和排肥量的关系试验确定  79-80    6.2.2 步进电机转速和排肥量的关系试验确定  80-82    6.2.3 步进电机转速与排肥量误差分析  82-84  6.3 变量排肥试验  84-86    6.3.1 实验设计  84-86    6.3.2 试验结果  86  6.4 本章小结  86-89第七章 总结与展望  89-93  7.1 总结  89-91  7.2 存在的不足和后续研究展望  91-93致谢  93-95参考文献  95-99附录A 就读硕士期间的科研成果  99-101附录B BP网络程序  101-105

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中图分类: > 农业科学 > 农业工程 > 农业机械及农具 > 田间管理机械 > 肥料机械
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