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变量喷雾装置喷雾特性及其控制系统的研究

作　者: 吴吉麟
导　师: 苗玉彬
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 变量喷雾控制系统模糊PID 喷杆动态特性
分类号: S491
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 106次
引　用: 2次
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内容摘要

变量喷雾技术作为精准农业技术中的重要组成部分,广泛适用于种植业、畜牧业、园艺和林业。发达国家对变量执行机械的研发非常重视,投资巨大,并形成了较为成熟的基于地图的和基于实时传感技术的可变量农药喷施系统。近年来,我国政府部门加大了对农业的财政支持力度,对变量喷雾技术也越来越重视。变量喷雾技术的核心是获取农田小区域内病虫草害的差异性,采取高效喷雾技术和变量喷施技术,按需施药。本文对国内外变量喷雾技术文献进行了分析与总结,讨论了变量喷雾装置的喷雾特性,设计了变量喷雾控制系统方案及控制回路方案,开发出一套用于实现变量喷雾和实时数据采集的控制系统,并搭建试验台对系统的喷雾流量控制特性进行了试验研究。主要研究内容如下:(1)对喷杆式喷雾机的结构进行改进,将其设计为具有变量喷雾功能的喷雾装置,并对其变量喷雾控制系统进行了设计;对变量喷雾控制回路方案进行分析和对比,采用了旁路节流调节形式的控制回路并对变量喷雾控制回路的元器件进行了设计和选型。(2)为了研究变量喷雾装置的喷雾特性,分析了喷杆运动对喷雾效果的影响以及地面激励源对喷杆运动的影响,建立了变量喷雾机喷杆和悬架的模型,对不同激励源下宽幅喷雾机喷杆的动态特性进行了分析和动态仿真,并分析了喷杆的不同运动对喷雾效果的影响。(3)根据设计的变量喷雾控制系统方案,分析并建立了变量喷雾控制的硬件系统和软件系统,采用基于总线通信的主从结构方式来实现对变量喷雾机的信号实时采集和智能控制。完成了下位机的电路设计、开发以及调试;利用Visual Basic软件开发了用于控制变量喷雾的可执行程序;最后对软件程序进行了综合调试。(4)根据流量调节要求,研究了变量喷雾系统的自适应模糊PID流量控制算法。考虑到TEEJET 346BR-2型节流阀非线性、迟滞性比较高的特点,采用自适应模糊PID控制算法来实现流量的调节。仿真结果表明该算法在流量控制方面具有一定的优越性。(5)对变量喷雾控制系统的流量特性及自适应模糊PID控制效果进行了试验分析和验证。对喷雾系统的流量特性进行了试验测试,得到了节流阀开口度与喷雾量之间的关系曲线;验证了自适应模糊PID控制算法的流量响应特性,结果表明自适应模糊PID控制算法能够满足变量喷雾系统的控制要求。本文的研究工作是开发一套适合我国现阶段农田防治状况,集变量喷雾、实时采集和控制于一体的变量喷雾控制系统,为变量喷雾机的推广和实现提供技术支持。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 论文研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-18
    1.2.1 变量喷雾系统的目标信息获取方式  11-13
    1.2.2 变量喷雾系统的喷雾控制方式  13-15
    1.2.3 变量喷雾系统的喷雾特性  15-18
  1.3 本文研究主要内容及技术路线  18-19
  1.4 本章小结  19-20
第二章变量喷雾装置及其控制系统的设计  20-33
  2.1 喷杆式喷雾机的应用与改进  20-22
  2.2 变量喷雾控制回路方案分析  22-27
    2.2.1 主回路节流调节  23-25
    2.2.2 旁路节流调节  25-27
  2.3 变量喷雾控制回路方案设计及实现  27-32
    2.3.1 变量喷雾控制回路方案设计  27
    2.3.2 变量喷雾控制回路的设计与选型  27-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章变量喷雾装置的喷雾特性分析  33-44
  3.1 研究背景  33-34
  3.2 喷杆的动态特性分析  34-41
    3.2.1 模型的建立  34-35
    3.2.2 模型的分析  35-39
    3.2.3 动态仿真分析  39-40
    3.2.4 试验验证  40-41
  3.3 喷杆运动对喷雾效果的影响  41-42
  3.4 喷头对喷雾效果的影响  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章变量喷雾控制系统的构建  44-56
  4.1 变量喷雾控制的硬件系统  44-48
    4.1.1 硬件系统的总体设计  44-46
    4.1.2 总线子节点的电路设计  46-48
  4.2 变量喷雾控制的软件系统  48-55
    4.2.1 上位机控制软件开发  48-52
    4.2.2 下位机控制软件开发  52-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章变量喷雾系统流量的自适应模糊 PID 控制  56-68
  5.1 变量喷雾伺服控制系统和节流阀的模型  56-60
    5.1.1 变量喷雾伺服控制系统  56
    5.1.2 节流阀的模型  56-60
  5.2 自适应模糊 PID 控制  60-63
    5.2.1 PID 控制系统设计原理  60
    5.2.2 模糊控制系统设计原理  60-62
    5.2.3 自适应模糊 PID 控制系统设计原理  62-63
  5.3 流量阀的自适应模糊 PID 控制  63-67
    5.3.1 模糊控制器的设计  63-65
    5.3.2 控制系统的仿真实现  65-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章变量喷雾系统的流量特性试验与研究  68-76
  6.1 试验台搭建  68-69
  6.2 喷雾系统流量特性的测试  69-72
  6.3 自适应模糊 PID 控制算法试验  72-75
  6.4 本章小结  75-76
第七章总结与展望  76-78
  7.1 总结  76-77
  7.2 展望  77-78
参考文献  78-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间发表的学术论文  85-87

变量喷雾装置喷雾特性及其控制系统的研究

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