基于脉宽调制的变量喷药技术试验研究

摘要

化学农药的使用对控制农作物病虫草害，提高农作物产量和质量等方面做出了巨大贡献，并且我国长期内将大面积使用农药防治作物病虫草害。传统喷药方式很少考虑根据不同情况改变喷药量，均匀喷洒化学农药，造成农药浪费和生态环境污染。如何有效提高化学农药的使用效率一直是世界各国科学家普遍关注的问题。 变量技术的实现使农业生产取得一定成效，但在很多方面还存在很大的不足之处。如采用控制管路压力方法实现变量控制喷药，实现流量的变量控制范围较小并且需要系统提供较大的压力范围，而喷头的喷雾性能受压力变化影响非常明显，因此这种变量控制方式的实现是以牺牲喷雾质量和效果为代价的。因此，实现系统对流量的控制范围的同时保证一定的喷雾质量是实现变量喷药技术的关键所在。 本课题在国家高新技术研究发展计划(863计划)“大规模现代化农业数字化技术应用与开发”课题的支持下，综合国内外最新变量喷药技术研究成果，创新性地将脉宽调制技术应用于国产变量喷药领域，提出了一种适合国产喷药机的变量控制技术。试验系统包括自行研制的电磁阀驱动控制器、脉宽调制控制软件和变量执行机构三个部分。 电磁阀驱动控制器包括信号放大部分，电路保护部分和电源三个部分，增强了系统工作的适用性和可靠性。脉宽调制控制软件采用Visual Basic语言进行编写。将普通农用喷头安装于国产电磁阀入口处，通过电磁阀的周期运动实现对流量的变量控制。 通过大量的试验研究证明，电磁阀响应信号的时间小于0.036秒；在一定的试验条件下，系统可实现流量控制范围4：1；喷雾锥角变化幅度符合大田喷药机械对喷头部件工作性能的要求，角度变化在规定的角度的±10°范围内；在较大范围的控制信号占空比范围内，单喷头沿喷杆方向雾量分布均匀性和机车行进方向雾量分布均匀性随喷头反复开关无明显变化。通过大量动态模拟试验得出，在一定的控制信号占空比、频率和机车行进速度条件下，采用脉宽调制技术可满足变量喷药机进行田间作业需要，可实现不同喷雾量的沉积，在机车行进方向不会产生漏喷现象。通过正交旋转试验研究得出PWM信号频率为3Hz条件下，喷头流量，压力，PWM信号占空比三者关系为：Y=0.6265+0.0799x<,1>+0.1539x<,2>-0.03163×2<'2>但由于国产电磁阀开关频率较低，本变量控制系统对流量的控制范围未达到理想范围，所以有待于采用更高的开关频率的电磁阀。随着对脉宽调制喷头研究的不断深入和我国变量控制技术的不断完善，将使国产变量喷药机赶上国际先进水平，加快变量喷药机大面积应用步伐。

目录

文摘

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声明

第一章引言

1.1研究的目的和意义

1.2精准农业研究现状

1.3变量喷药技术研究现状

1.4脉宽调制喷头研究现状

1.5变量喷药系统技术支持

1.6本课题研究内容和方法

第二章试验控制系统设计

2.1 PWM信号控制电路板设计

2.2脉宽调制控制软件

第三章数据采集系统

3.1信号采集硬件

3.2信号采集软件

第四章信号采集及分析

4.1电路板输出控制信号分析

4.2喷头入口处压力信号滞后分析

4.3喷头入口处压力信号分析

4.4本章小结

第五章单因素试验研究

5.1喷雾锥角的单因素试验研究

5.2喷头流量的单因素试验研究

5.3单喷头横向雾量分布均匀性试验研究

5.4单喷头纵向雾量分布均匀性试验研究

5.5单喷头纵向雾量分布均匀性动态模拟

5.6单喷头纵向喷雾沉积均匀性空间模拟分析

5.7本章小结

第六章正交旋转试验研究

6.1正交旋转试验研究方案

6.2试验结果与因素分析

6.3本章小结

第七章结论与建议

7.1结论

7.2创新点

7.3建议

参考文献

致谢

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