PWM间歇喷雾式变量喷施系统性能测试及压力稳定控制器的设计

摘要

在PWM间歇喷雾式变量喷施系统中，由于其间歇式喷雾特性，导致其雾量沉积分布均匀性较难控制，而药液雾滴在靶标上的沉积分布均匀性对农药药效的影响很大;系统管路中流量变化会引起管路压力损失的改变，致使喷头实际喷雾压力出现波动、喷头间的实际喷雾压力出现差异;隔膜泵间歇性吸排液等特点会造成管路中出现压力脉动;且系统所用电磁阀的快速启闭会在管路中形成液压冲击，二者共同作用将会产生压力谐振;而喷头的喷雾流量和雾化特性对喷雾压力比较敏感，致使喷雾流量控制精度受到较大影响。本文对PWM变量喷施系统性能进行相应的试验测试和流体动力学分析，明确静态雾量沉积分布、管路压力损失、压力脉动及液压冲击与喷雾压力、PWM信号频率和占空比等工况参数之间的关系，建立量化模型，从而设计了一套PWM变量喷施压力稳定控制器并为PWM变量喷施系统的动态雾量沉积分布模型的建立奠定基础。这对于提高农药的有效利用率、节约农药资源、保护农业生态环境，促进农业的可持续发展有着重要意义。主要研究工作及结论如下:
　　 1.在不同喷雾压力、不同PWM信号频率和占空比下，采用矩阵式雾量收集装置对TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布进行了测试，并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3Mpa.PWM信号频率2Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型。结果表明:喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状，且近似符合二维双正态分布;随喷雾压力的增大，雾量沉积量增加，且雾量分布圆环区域半径增大;PWM信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系，而对雾量分布圆环区域半径的影响较小;PWM信号频率对静态雾量分布影响很小。
　　 2.为揭示系统管路压力损失的变化特性和液压冲击特性，在PWM间歇喷雾式变量喷施管路系统中进行了流体动力学分析，确定了不同喷雾流量下的管路药液流态，建立了压力损失和液压冲击的计算模型，分析了0.3MPa设定喷杆压力下的管路压力损失变化范围和液压冲击幅度，并进行了实际试验测试。结果表明:在0.3MPa设定喷杆压力下，同一喷头前端管路的压力损失的变化幅度可达140kPa，不同喷头间的实际喷雾压力差异可达25kPa，由于电磁阀快速启闭而引起的液压冲击幅值可达170kPa。
　　 3.为得到系统中由隔膜泵和电磁阀带来的压力脉动和液压冲击以及二者共同作用产生的压力谐振，在不同隔膜泵转速、不同PWM控制信号频率和占空比下进行了压力脉动和液压冲击的综合测试研究。结果表明:随着隔膜泵转速的增加，压力脉动周期逐渐变小，幅值逐渐变大;随着PWM信号频率的增加，液压冲击和压力谐振趋于压力脉动的形式，周期逐渐变小，幅值逐渐变大;而PWM信号占空比对液压冲击和压力谐振的影响不明显。
　　 4.本文结合隔膜泵和比例溢流阀的特性，设计了一套PWM变量喷施压力稳定控制器。压力稳定控制器选用了DSP56F805数字信号控制器，建立了以预测控制和均值PID控制为中心的压力稳定控制模型，并进行了压力稳定控制试验。试验表明:经压力稳定控制后，喷杆压力调节误差≤±0.05MPa。基本达到实际所需要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究目的和研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 PWM变量喷施技术的研究现状

1．3．2 PWM变量喷施系统雾量沉积分布特性的研究现状

1．3．3 PWM变量喷施系统压力损失、压力脉动、液压冲击特性综合分析及压力稳定控制器的研究现状

1．4 论文研究的主要内容

1．5 本章小结

第二章 PWM变量喷施系统的静态雾量分布特性研究

2．1 PWM变量喷施系统

2．2 试验方法

2．2．1 PWM信号占空比对静态雾量分布影响试验方法

2．2．2 喷雾压力对静态雾量分布影响试验方法

2．2．3 PWM信号频率对静态雾量分布影响试验方法

2．3 试验结果与分析

2．3．1 静态雾量分布的一般特性

2．3．2 PWM信号占空比对静态雾量分布的影响

2．3．3 喷雾压力对静态雾量分布的影响

2．3．4 PWM信号频率对静态雾量分布的影响

2．4 本章小结

第三章 PWM变量喷施系统管路压力损失及液压冲击的理论分析与试验研究

3．1 PWM变量喷施管路系统

3．2 系统管路的流体动力学分析

3．2．1 系统假设

3．2．2 管路中的药液流态

3．2．3 管路中的压力损失

3．2．4 单个喷头的压力损失变化

3．2．5 喷头间的压力损失差异

3．2．6 管路中的液压冲击

3．3 系统管路中的压力损失及液压冲击测试试验

3．3．1 压力损失测试试验方法

3．3．2 压力损失测试试验结果与分析

3．3．3 液压冲击测试试验方法

3．3．4 液压冲击测试试验结果与分析

3．4 本章小结

第四章 PWM变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试研究

4．1 系统管路压力脉动测试研究

4．1．1 试验方法

4．1．2 试验结果与分析

4．2 系统管路液压冲击测试研究

4．2．1 电磁阀连续启闭产生液压冲击测试试验方法

4．2．2 电磁阀连续启闭产生液压冲击测试试验结果与分析

4．3 系统管路压力脉动及液压冲击综合测试研究

4．3．1 试验方法

4．3．2 试验结果与分析

4．4 本章小结

第五章 PWM变量喷施系统压力稳定控制器设计与试验

5．1 控制器系统功能需求分析

5．2 隔膜泵和比例溢流阀特性介绍

5．3 喷雾压力稳定控制模型建立

5．4 系统压力稳定控制试验测试

5．4．1 试验方法

5．4．2 试验结果与分析

5．5 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的主要论文和专利

附录