水田宽幅喷雾机变量控制系统研究

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1、2010年7月农机化研究第7期水田宽幅喷雾机变量控制系统研究袁炜锋，苗玉彬(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：宽幅变量喷雾机是水稻植保作业的重要装备。为此，提出了以电动控制阀作为变量执行机构，根据流量传感器和压力传感器的反馈信号建立了闭环控制模型，从而克服了以往变量控制方式存在的结构复杂、成本高等不足。同时，利用嵌入式操作系统和PC104工控机，开发了基于RS485总线的变量作业控制系统软硬件，试验验证了上述系统的有效性和可行性。关键词：变量喷雾；控制系统；电动控制阀；PID控制器中图分类号：$493．1文

2、献标识码：A文章编号：1003—188X(2010)07—0017—04变量喷雾控制系统。该系统具有喷雾流量、作业幅宽0引言和喷杆相对作物冠层高隙自动可调等功能，并且随载水稻生长过程中病虫草害发生较为频繁，除杂草机行进速度在线调整药液流量，保证均匀喷施，具有和防治病虫害对确保水稻高产作用显著。但是长期广阔的应用前景。以来我国水稻植保作业基本以背负式喷雾喷粉机、小1变量喷雾的实现原理及控制方式型动力喷雾机为主，喷药效率低下，人员劳动强度大，且农药有效利用率仅为20％一40％，远低于发达国家1．1实现原理(60％一70％)。大量流失

3、的农药不仅造成了巨大浪变量喷药的关键是实现定点定量作业，保证单位费，还严重污染了土壤和环境。区域面积内的农药喷施量。由此可知，变量控制系统发达国家较早开展了高效、精确施药技术和装备的主要任务有两部分：一是根据处方确定当前作业区的研究，CASE，Dick—John等跨国公司都有自己的成域的标称喷雾流量；二是根据标称喷雾流量和车辆行熟产品线。国内黑龙江、新疆等农场也曾陆续引进了进速度，适时调整喷头的实际流量，使其与速度协调，部分设备，其主要问题是成本高昂，难以大面积推广从而满足处方要求。故此，喷头的总流量公式可由下应用。国内相关研究

4、起步较晚，目前从事研制生产的式得出主要有中国农业机械化科学研究院等单位，但其产品q⋯Q，1、一600，缺乏变量控制作业系统，尚不具备变量喷施功能。其式中g一喷嘴总流量(L／min)；他如中国农业大学、江苏大学等单位也采用进口设备开展了变量控制原理和技术等方面的探索¨I2J，为研一行进速度(km／h)；B一工作幅宽(m)；究开发具有我国自主知识产权的宽幅喷雾作业变量Q一处方指定单位面积喷雾量(L／hm)。控制系统提供了技术储备，但是这些系统和技术尚不由式(1)可知，单位面积喷雾量一定时，药液流量成熟，无法进行实际应用。是喷药机的行

5、进速度和喷幅的函数，即Q=，B)。本文针对我国水稻全程机械化作业对植保机械目前流量调整主要有3种方式：采用电磁比例压变量控制系统的迫切需求，结合宽幅喷杆喷雾机作业力阀控制喷头人口处压力，进而控制流量；采用时药液低压、流量大等特点，开发设计了阀控多功能PWM控制高速电磁开关阀的打开与关闭控制流收稿日期：2009—09—25量；采用变量泵控制流量等。电磁比例阀成本比较基金项目：国家“863”计划项目(2007AA10Z209)；上海市科技兴农重点攻关项目(沪农科攻字[2007]第7一l号)高并且压力的改变会对雾滴的大小和喷雾效果产生

6、作者简介：袁炜锋(1985一)，男，河南许昌人，硕士研究生，(E—mail)很大的影响，并且缺少适用的耐腐蚀阀组。变量泵的yuanwt01@sjtu．edu．cn。控制实际是通过精确调整液压马达的转速实现的，同通讯作者：苗玉彬(1973一)，男，山东青岛人，副教授，博士，硕士生导师，(E—mail)ybmiao@sjtu．edu．cn。样存在结构复杂和成本高等不足。而PWM方式需要2010年7月农机化研究第7期在每只喷头上附加高速开关阀，并且为间歇控制方)=(2)式，如果频率不够高甚至会影响到药液覆盖效果。为此，本文采用了电动控

7、制阀来控制总流量，其反应时其中，为控制阀的总增益；为时间常数。喷间和控制精度能达到变量作业要求，且结构简单、安装方便。头为一阶系统，传递函数为Gn(s)=。控制器系统的控制原理，如图1所示。药泵输出的药液的控制算法采用工程上常用的PID控制，技术成熟，效经过控制阀流量计__'电动开关阀一压力计一喷头果良好。控制器的传递函数是c(s)=Kp(1+KiI+到达作业对象。为了保证喷施量，主控制器根据处方要求和当前速度值，依据控制模型计算出对应控制参s)，反馈的传递函数为(s)=I。故系统的传递函数，发送给喷雾控制单元，喷雾单元驱动电动

8、流量控数为制阀，调节流量到期望值。同时，流量计实时采集实!际流量值馈入到喷雾控制器，形成反馈闭环控制。压一2丝!!!!一!!!!(s)I+G。(s)日(s)(s)I+(s)G

9、(s)力值作为参考和检测使用，一旦压力异常则发出报警，必要时停止喷雾作业，提醒工作人员