基于卡尔曼滤波的pwm变量喷雾控制研究

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．010*基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究蒋焕煜周鸣川童俊华刘岩(浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310058)摘要:构建了一套可采集测量喷头喷雾压力数据的PWM变量喷雾实验平台，通过喷头压力与流量关系特性，经卡尔曼滤波算法得出喷雾瞬时流量数据，并对其积分得到喷雾流量。设计了一种自动分段线性拟合方法将滤波后得到的喷雾流量与PWM信号占空比相关联，最终建立PWM喷雾流量模型。在喷雾压力为0.2、0.3和0.4MPa条件下，对各喷雾流量模型进行喷

2、雾流量控制精度实验，实验表明3种压力条件下所建立的PWM喷雾流量模型决定系2数Ｒ均在0.995以上，喷雾流量控制误差在±6%范围内，说明该方法可以为快速、在线建立喷雾控制模型提供参考。关键词:变量喷雾脉宽调制卡尔曼滤波分段线性拟合中图分类号:S49文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0060-06还需要进一步完善。引言依据在指定流体、喷头参数情况下，喷头喷雾流［11］变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的量与压力的平方根呈正比例关系这一特性，本文［1－2］重要技术手段。变量喷雾施药可以通过变喷雾通过卡尔曼滤波将采集的喷头瞬时喷雾压力推导得时间和

3、变喷雾压力两种途径实现，变喷雾压力方法出喷雾流量，并设计自动分段线性拟合方法建立在改变喷雾流量的同时也改变了雾滴粒径及雾滴分PWM信号占空比与喷雾流量关系，通过喷雾流量控布，因此应用受到局限。变喷雾时间实现方式有变制精度实验来验证该模型的准确性，从而为快速、在作业速率与运用PWM技术调节电磁阀两种，其中线建立喷雾控制模型提供参考。作业速率往往受到其他因素局限调节不便，而运用1PWM变量喷雾实验平台PWM技术调节电磁阀实现流量控制对喷雾粒径影［3－4］响不大，因此该技术已成为实现变流量喷雾的设计的PWM变量喷雾实验平台的总体结构如［5－6］重要手段。应用PWM技术进行喷雾

4、流量控图1所示。［7］制，喷雾流量模型是必不可少的。Lebeau等在某实验平台由供压稳压单元、流量调节单元、信号一确定压力和固定频率下使用线性方程对喷头特性采集单元和PWM控制单元构成。其中供压稳压单［8］进行了描述，刘大印等通过正交组合设计方法建元包括药箱、电动机、三缸柱塞泵、蓄能器、压力表、立了喷雾压力、PWM信号占空比和流量的关系模安全阀和喷头。二相交流电动机(YL112M-4型，台［9］型，翟长远等通过二次回归正交组合设计建立了州大地机械有限公司)驱动三缸柱塞泵(DA-45A针对指定喷头的喷雾压力、PWM信号频率、PWM信型，台州大地机械有限公司)将液体从药箱中

5、抽出，［10］号占空比和流量的回归方程，魏新华等针对指定三缸柱塞泵上组装的调压式溢流阀可实现压力调喷头分析了包括压力泵转速、喷头位置、喷雾压力等节，经调压后的液体通过蓄能器(NXQ-4-10型，丹阳市多个因素对喷雾流量的影响，建立了在不同压力下宏达蓄能器有限公司)吸震稳压后由喷头(H-PWM信号占空比与喷雾流量的关系。这些研究方VV9515型，美国喷雾公司)喷出，系统压力可由数法完成的喷雾流量模型已经达到较高的控制精度，显压力表(PST-H型，上海天贺自动化仪表有限公但是在规模化生产装备及田间喷雾作业中，快速、在司)观察，为了保障系统安全可靠工作，加装安全阀线完成针对某

6、种电磁阀与喷头组合的流量模型方面(DSSV-4S型，青岛东石机电设备有限公司)保证喷收稿日期:2013-11-05修回日期:2013-12-26*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2012AA10A504)、农业部引进国际先进农业科学技术资助项目(2011-G32)和浙江省“新世纪151人才工程”资助项目作者简介:蒋焕煜，教授，博士生导师，主要从事农业自动化装备研究，E-mail:hyjiang@zju．edu．cn第10期蒋焕煜等:基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究61保存。2基于卡尔曼滤波的喷雾流量计算采用喷头喷雾施药时，药液流量与压力的平方根、药液

7、流体性质及喷头的几何形状参数呈比例，因喷雾作业过程中喷雾药液及所用喷头固定不变，因此可得q/槡p=C(1)式中q———喷头瞬时流量，L/min图1PWM变量喷雾实验平台p———喷雾压力，MPaFig．1ExperimentplatformofPWMvariablespray1/2C———喷头流量系数，L/(min·MPa)1．药箱2．过滤器3．三缸柱塞泵4．电动机5．蓄能器6．安全阀7．调压溢流阀8．排气阀9．精细过滤器10．大球阀2.1卡尔曼滤波11．数显涡轮流量计12．数显压力计13．计算机14．信号采要获得准确的瞬时流量则必须获得可