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变量施肥控制系统关键技术的研究

作　者: 姜立明
导　师: 庄卫东
学　校: 黑龙江八一农垦大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 精准农业 变量施肥 PID 闭环控制 电液比例阀 液压马达
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 7次
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内容摘要


精准农业（Precision Agriculture，简称PA）代表了当今世界农业发展的新潮流，是在信息技术支持下，根据农田空间变异，定位、定时、定量地实施精细准确的农业生产。其基本涵义是根据作物生长的性状，调节对作物的投入，即一方面掌握农田的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理，提高土壤的生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得最佳的经济效益和生态效益。结合农业实际需求，根据变量施肥控制原理，本文对变量施肥控制系统的关键技术进行了深入研究。在分析了现有变量施肥控制系统方案的基础上，提出了基于两个单片机架构的双CPU闭环控制系统的控制方案，系统可接收车载计算机的控制指令和测速传感器反馈回来的液压马达转速信息，根据施肥决策数据精准调节，控制液压马达转速，实现变量施肥控制；对基于AT89S52单片机架构的闭环控制器和基于STC89C52单片机架构的测速系统进行了深入地研究；在深入分析比较几种变量施肥控制机构方案后，确定了阀控液压马达控制机构方案，设计了新型变量施固体肥电液驱动装置；为了能够更加精确地控制液压马达转速，更好地适应变量施肥作业的要求，系统引入了PID控制策略，并对PID控制参数进行了整定；进行了系统室内及室外的相关标定试验，试验证明系统具有结构简单、操作方便易学、施肥量变化范围大、性能稳定可靠、控制精度高等优点，有较大的推广价值。此外，本系统借鉴国内外研究经验，以自主开发为主，成本较低，有利于促进变量施肥技术的实施及推广应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 研究的目的及意义  10-11
  1.2 变量施肥及其重要性  11-12
  1.3 变量施肥的关键技术  12-14
    1.3.1 GPS 全球定位系统  12
    1.3.2 GIS 地理信息系统  12-13
    1.3.3 变量投入技术  13-14
  1.4 国内外研究现状  14-18
    1.4.1 国外变量施肥技术研究现状  14-16
    1.4.2 国内变量施肥技术研究现状  16-18
  1.5 研究的主要内容及创新点  18-20
    1.5.1 研究的主要内容  18-19
    1.5.2 论文的主要创新点  19-20
第二章 变量施肥控制系统的设计方案  20-26
  2.1 影响施肥量的主要因素  20-21
  2.2 常见的变量施肥控制机构的分析与比较  21-24
    2.2.1 电控液压马达式变量施肥控制机构  22
    2.2.2 电控机械无级变速器式变量施肥控制机构  22-23
    2.2.3 电机直接驱动式变量施肥控制机构  23
    2.2.4 几种变量施肥控制机构的分析比较  23-24
  2.3 变量施肥控制系统方案  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 变量施肥控制系统的实现  26-44
  3.1 变量施肥控制系统的总体设计  26-27
  3.2 基于 AT89S52 单片机的变量控制系统的设计  27-38
    3.2.1 基于 AT89S52 单片机的变量控制系统的硬件设计  27-36
    3.2.2 基于 AT89S52 单片机的变量控制系统的软件实现  36-38
  3.3 基于 STC89C52 单片机的测转速系统的设计  38-43
    3.3.1 基于 STC89C52 单片机的测转速系统的硬件设计  40-43
    3.3.2 基于 STC89C52 单片机的测速系统的软件实现  43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 液压驱动电液比例控制技术  44-54
  4.1 电液比例控制技术的发展  44
    4.1.1 电液比例控制技术的基本概念  44
    4.1.2 电液比例控制技术的发展概况  44
  4.2 电液比例控制技术的特点  44-45
  4.3 电液比例阀控制液压马达系统  45-46
  4.4 电液比例阀  46-48
    4.4.1 电液比例阀特点  46-47
    4.4.2 电液比例阀的分类  47-48
  4.5 液压马达  48-52
    4.5.1 液压马达特点  48-49
    4.5.2 液压马达分类  49
    4.5.3 摆线液压马达  49-52
  4.6 变量施固体肥电液驱动装置  52-53
  4.7 本章小结  53-54
第五章 变量控制系统 PID 仿真及参数整定  54-75
  5.1 控制系统的数学建模  54-59
    5.1.1 比例放大器的传递函数  54-55
    5.1.2 电液比例阀传递函数  55
    5.1.3 阀控液压马达系统的数学模型  55-59
  5.2 PID 控制阀控液压马达系统  59-63
    5.2.1 增量式 PID 控制  60-63
  5.3 PID 控制器的参数整定  63-65
  5.4 PID 控制系统仿真  65-73
    5.4.1 系统仿真软件  65-66
    5.4.2 控制系统仿真分析  66-73
  5.5 控制器整定参数计算  73-74
  5.6 本章小结  74-75
第六章 控制系统标定试验  75-95
  6.1 转速与排肥量试验  75-77
  6.2 液压马达转速标定试验  77-80
  6.3 PID 控制器参数 A、B、C 标定试验  80-86
    6.3.1 试验方案设计  81-83
    6.3.2 试验结果分析  83-86
  6.4 试验数据采集及分析  86-91
    6.4.1 PID 控制器整定参数验证  87-90
    6.4.2 控制系统的响应速度试验  90-91
  6.5 变量控制器闭环控制试验  91
  6.6 变量施肥机室外标定试验  91-94
  6.7 本章小结  94-95
第七章 结论与展望  95-97
  7.1 研究结论  95
  7.2 研究展望  95-97
参考文献  97-100
致谢  100-101
作者简历  101

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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