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电液驱动式变量施肥闭环控制系统研究

作　者: 李爱传
导　师: 王熙
学　校: 黑龙江八一农垦大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 精准农业变量施肥单片机电液比例阀
分类号: TP29-AG
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 9次
引　用: 1次
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内容摘要

本研究针对大型施肥播种机使用的施肥机械转速不稳定的问题,提出和设计了一种电液驱动式变量施肥闭环控制系统,以期对发展国产自主知识产权的变量施肥控制系统,提供技术支持。电液驱动式变量施肥控制即电子装置和液压技术相结合的方式来控制。采用液压马达做为施肥机的驱动装置,电子装置就是基于单片机的控制器。所以本课题研究的方法采取调查研究、方案设计、设计调试、试验研究、数据处理分析等方法。论文首先对电液比例控制技术进行了阐述,接着阐述了对变量施肥影响的主要因素,介绍了变量施肥机机械部分原理和控制部分的设计方案,就所选用的液压马达,阐述了其控制原理和特性,本文重点是对排肥轴转速进行控制。由于施肥机是通过液压马达驱动的,设计了相应驱动方式下的基于单片机的控制器,即利用单片机对系统实现控制。设计了中央处理器的时钟电路、复位电路,外围接口和电源电路。该控制器通过串口RS232接收来自田间计算机的控制命令,进行解析处理后生成相应的I/O口信号,经过驱动电路放大后控制执行元件动作。同时,控制器利用车速度传感器、排肥轴磁阻转速传感器通过采样获得排肥轴转速信息,反馈给控制器实现闭环控制。这样设计的闭环控制系统可以有效地保证变量施肥系统的稳定性和快速响应性,实现施肥装置的闭环转速恒定。通过对控制系统开环方式所做试验的MATLAB分析和拟合,对闭环控制器的软件做编程,软件采用PID控制算法,烧录进单片机之后进行验证性试验。试验表明:研发的闭环控制器是成功的,除可避免传统施肥技术所存在的缺陷,还可起到节本增效的作用。克服了老式的农业机械结构,效率、精度都很低的问题。研究为变量施肥控制器适合于大型农业机械找到了一条新途径,具有良好的推广前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章引言  7-11
  1.1 课题研究的目的与意义  7-8
  1.2 课题的研究现状  8-10
  1.3 课题的技术关键及试验研究的价值  10-11
第二章电液比例控制技术研究  11-14
  2.1 电液比例控制技术发展概述  11
  2.2 电液比例控制技术的主要优点  11-12
  2.3 电液比例阀控马达闭环系统的组成  12
  2.4 电液比例阀的传递函数  12-13
  2.5 本章小结  13-14
第三章变量施肥方案的确定  14-21
  3.1 施肥方案的确定  14-16
  3.2 施肥机总体结构与技术参数  16-18
  3.3 液压马达的选取  18-20
  3.4 本章小结  20-21
第四章电液驱动式变量施肥闭环控制器的设计  21-37
  4.1 电液驱动式变量施肥控制系统的方案设计  21
  4.2 闭环控制器的电路设计  21-34
  4.3 与控制器相接口的主要外围电路  34-36
  4.4 本章小结  36-37
第五章系统PCB 整体设计  37-41
  5.1 元器件布局设计  37-39
  5.2 系统地、电源设计  39-40
  5.3 本章小结  40-41
第六章控制系统软件设计  41-45
  6.1 变量施肥控制器软件设计  41-44
  6.2 上位机控制软件  44
  6.3 本章小结  44-45
第七章系统实验及分析  45-60
  7.1 试验地点及设备的选取  45
  7.2 阀的电压与液压马达转速的开环标定试验  45-49
  7.3 各拟合方程的系数确立及对比分析  49-53
  7.4 闭环解决方案-转速PID 控制  53-57
  7.5 系统的联机调试  57-59
  7.6 本章小结  59-60
第八章结论  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
附录闭环控制器的电路图及系统软件程序  65-72
作者简历  72

电液驱动式变量施肥闭环控制系统研究

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