【摘要】：在我國,使用農(nóng)藥防治病蟲草害是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要環(huán)節(jié)。由于我國植保機(jī)械發(fā)展相對落后、施藥方式不科學(xué)、田塊類型復(fù)雜等因素,造成農(nóng)藥的利用率低、農(nóng)藥殘留量大,環(huán)境污染嚴(yán)重等諸多問題。近年來,隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,變量施藥技術(shù)被越來越多的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。航空植保具有作業(yè)效率高、不受地理因素制約、施藥機(jī)具對農(nóng)作物的破壞小等優(yōu)點(diǎn)。近年來,雖然航空植保發(fā)展迅速,但針對航空植保的變量施藥研究仍然很少。本文在對國內(nèi)外變量施藥技術(shù)研究的情況進(jìn)行分析和總結(jié),提出采用改變PWM占空比來改變植保無人機(jī)隔膜泵電機(jī)導(dǎo)通和關(guān)斷時間來調(diào)節(jié)隔膜泵電機(jī)兩端平均電壓,從而實現(xiàn)在施藥過程中對流量的控制。本文采用試驗與理論仿真相結(jié)合研究方法,其主要工作如下:(1)論文首先根據(jù)植保無人機(jī)實際施藥的控制要求,結(jié)合植保無人機(jī)施藥特點(diǎn),在理論上設(shè)計了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,確定相應(yīng)的控制芯片、硬件電路、以及軟件編程,完成植保無人機(jī)定量施藥控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。(2)基于DSP控制技術(shù),采用TSM320F28335控制芯片,介紹了該芯片的特點(diǎn),根據(jù)該芯片的結(jié)構(gòu),設(shè)計了定量施藥控制系統(tǒng)的硬件電路圖,包括電源電路,信號采集電路,控制PWM占空比輸出電路,完成了控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。(3)根據(jù)控制芯片選擇了CCS編程軟件,介紹了CCS軟件編程特點(diǎn),根據(jù)定量施藥控制系統(tǒng)的輸入輸出要求,通過軟件編程實現(xiàn)了控制系統(tǒng)輸入信號的采集,PWM方波信號的輸出,根據(jù)實際植保無人機(jī)施藥特點(diǎn)與定量施藥要求,編寫了定量施藥控制系統(tǒng)所需程序。(4)由于通過PWM占空比技術(shù)控制隔膜泵電源電壓來控制隔膜泵出水流量,為了能精確的控制噴霧流量,需要建立泵電壓與泵流量的函數(shù)模型,設(shè)計并建立了噴霧流量測試實驗臺。測量不同泵電壓下相對應(yīng)的噴霧流量,記錄泵電壓與泵流量試驗數(shù)據(jù),對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了多項式擬合,得到了泵電壓與泵流量函數(shù)模型。(5)根據(jù)植保無人機(jī)施藥特點(diǎn),建立植保無人機(jī)實際施藥過程施藥速度Simulink仿真模型,通過農(nóng)業(yè)施藥作業(yè)過程理論分析可知:在每畝施藥量給定情況下,施藥速度與施藥流量存在函數(shù)關(guān)系,建立理論施藥速度與施藥流量函數(shù)模型。(6)為了確定控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性,建立了定量施藥控制系統(tǒng)施藥過程的仿真試驗,將采集的植保無人機(jī)實際施藥作業(yè)速度信號作為整個控制系統(tǒng)的輸入,施藥流量作為控制系統(tǒng)分反饋,建立閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真試驗,通過仿真試驗,得到定量施藥控制系統(tǒng)最佳參數(shù)。
【圖文】：

圖 1- 1 占空比與噴藥量擬合曲線Figure 1- 1 Dose ratio and spray volume curve015 年，孫永佳等人基于 TMS320F28335 控制芯片，設(shè)計了可以手動輸藥量，根據(jù)施藥機(jī)具作業(yè)速度自動控制調(diào)節(jié)閥門的開度，通過實際的噴驗表明，實際的施藥流量與理論流量值的誤差范圍在 3%以內(nèi)。2008 年基于 PWM 技術(shù)對連續(xù)式變量噴霧進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，當(dāng)施藥，施藥量的控制對施藥量的分布影響明顯增加，噴霧角度減小。2015 年人建立了無人機(jī) PWM 變量施藥系統(tǒng)并對 PWM 變量施藥系統(tǒng)進(jìn)行了噴徑試驗，結(jié)果表明，施藥作業(yè)風(fēng)速小于 3m/s 時，霧滴粒徑沉積不明顯霧滴粒徑發(fā)生漂移。外的變量施藥控制系統(tǒng)研究相對成熟，研究人員也有很多，例如，Lam Bakker T 等，變量施藥主要是對變量施藥輸入信號的采集，目前，對蟲草害信息采集的方式有：超聲波傳感器與多光譜儀采集，Norremark RTKGPS 技術(shù)設(shè)計了變量施藥系統(tǒng)對雜草施藥，研究表明，該系統(tǒng)精度高誤差較小。Carrara 等設(shè)計了基于處方圖變量施藥系統(tǒng)，通過對雜草變

設(shè)有流量傳感器，將流量傳感器作為系統(tǒng)的反饋，連接控制系統(tǒng)的外圍電路，進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟件編程及調(diào)試，確保對速度信號和流量信號的采集。4、組建試驗平臺，測量隔膜泵的電壓與流量關(guān)系，記錄并得到相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到隔膜泵流量與電壓的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型編寫程序，實現(xiàn)對流量的精準(zhǔn)控制。對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗，通過試驗與仿真試驗得到控制系統(tǒng)的最佳參數(shù)。1.5 研究技術(shù)路線論文采用試驗與仿真相結(jié)合的研究方法，根據(jù)論文的研究內(nèi)容，制定了研究的技術(shù)路線圖。如圖 1-2，通過理論分析與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，，結(jié)合實際需求和研究條件制定了總的設(shè)計方案�？傇O(shè)計方案包括控制系統(tǒng)試驗和仿真，試驗數(shù)據(jù)結(jié)合仿真結(jié)果確定最佳控制系統(tǒng)參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S252.3

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本文編號：2675760