【摘要】：果樹(shù)施肥是林果生產(chǎn)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié),目前我國(guó)果園機(jī)械作業(yè)存在功能單一、效率低、果樹(shù)深松施肥難等問(wèn)題,要想取得果園的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn),不僅需要高肥力、低污染的化肥,更需要高效率的施肥機(jī)械。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,果園施肥機(jī)械的專業(yè)化、自動(dòng)化以及智能化需求將越來(lái)越高。本文研究設(shè)計(jì)了基于PLC的果園氣爆松土注肥機(jī)控制系統(tǒng),其目的是提高機(jī)具自動(dòng)化、智能化作業(yè)程度,解決目前果園施肥機(jī)械操作繁瑣、步驟繁多等問(wèn)題。本文完成的主要工作和成果如下:(1)完成果園氣爆松土注肥機(jī)整體結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)。確定機(jī)具總體設(shè)計(jì)方案,構(gòu)建機(jī)具三維模型,根據(jù)氣爆松土機(jī)理和整機(jī)工作原理,進(jìn)行氣液管路、松土注肥機(jī)構(gòu)和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部件選型。(2)完成松土注肥控制方案設(shè)計(jì)。在果園氣爆松土注肥機(jī)具的基礎(chǔ)上對(duì)氣爆松土氣壓調(diào)節(jié)和變流量注肥控制方案進(jìn)行進(jìn)一步研究,對(duì)備選方案進(jìn)行分析比較,對(duì)重要配件進(jìn)行選取,并建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)一步控制優(yōu)化方案進(jìn)行分析比較。(3)完成果園氣爆松土注肥機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)果園氣爆松土注肥機(jī)具作業(yè)要求設(shè)計(jì)基于PLC的控制系統(tǒng),確定系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和控制方式,主要涉及以PLC為核心控制器的下位機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)、人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)各功能模塊通訊設(shè)置。(4)進(jìn)行松土注肥控制算法研究與系統(tǒng)試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有較為成熟的各類控制算法進(jìn)行對(duì)比分析后,分別選擇了模糊PID控制和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法作為本文的氣爆松土氣壓調(diào)節(jié)和變流量注肥控制系統(tǒng)的控制算法。進(jìn)行了松土氣壓模糊PID控制與常規(guī)PID控制的仿真對(duì)比試驗(yàn),證實(shí)了模糊PID控制擁有更小的超調(diào)量,更平滑的響應(yīng)曲線,更好的魯棒性。通過(guò)樣機(jī)試驗(yàn)獲取變流量注肥控制樣本數(shù)據(jù),訓(xùn)練RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型后,與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,平均預(yù)測(cè)相對(duì)偏差為5.28%,證實(shí)了 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法在本系統(tǒng)中的可行性。
【圖文】：

Ｈｍ逡逑圖１－１開(kāi)溝施肥邐圖１－２挖穴施肥逡逑目前國(guó)內(nèi)研究的果園施肥機(jī)械缺乏松土作業(yè)功能，以手動(dòng)操作居多，自動(dòng)化程度較低，逡逑且多為固體排肥，主要適用于顆粒肥，所施肥料沉積在土壤底層，難以做到肥料均勻混合，逡逑無(wú)法滿足液態(tài)肥施用需求。２０１３年，，西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行了與果園挖坑施肥機(jī)配套的施逡逑肥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［４３］，２０１７年，又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了枸杞果園對(duì)靶排肥系統(tǒng)研制［４４］，通逡逑過(guò)傳感器采集果樹(shù)信息，并設(shè)計(jì)了穴施精量排肥器，著眼于使用固體肥料的果園施肥機(jī)械逡逑及其對(duì)靶排肥系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)。而根據(jù)研究表明，液肥具有成本低、肥效高、易吸收等特逡逑點(diǎn)，在美國(guó)，液體化肥使用率占化肥總量３５％以上，同時(shí)在諸如德國(guó)、荷蘭、英國(guó)、俄羅逡逑斯、墨西哥及比利時(shí)等國(guó)

作業(yè)自動(dòng)化程度偏低［４２］。逡逑Ｈｍ逡逑圖１－１開(kāi)溝施肥邐圖１－２挖穴施肥逡逑目前國(guó)內(nèi)研究的果園施肥機(jī)械缺乏松土作業(yè)功能，以手動(dòng)操作居多，自動(dòng)化程度較低，逡逑且多為固體排肥，主要適用于顆粒肥，所施肥料沉積在土壤底層，難以做到肥料均勻混合，逡逑無(wú)法滿足液態(tài)肥施用需求。２０１３年，西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行了與果園挖坑施肥機(jī)配套的施逡逑肥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［４３］，２０１７年，又在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了枸杞果園對(duì)靶排肥系統(tǒng)研制［４４］，通逡逑過(guò)傳感器采集果樹(shù)信息，并設(shè)計(jì)了穴施精量排肥器，著眼于使用固體肥料的果園施肥機(jī)械逡逑及其對(duì)靶排肥系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)。而根據(jù)研究表明，液肥具有成本低、肥效高、易吸收等特逡逑點(diǎn)，在美國(guó)，液體化肥使用率占化肥總量３５％以上，同時(shí)在諸如德國(guó)、荷蘭、英國(guó)、俄羅逡逑斯、墨西哥及比利時(shí)等國(guó)
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S224.2;TP273

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本文編號(hào)：2603170