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《黑龙江八一农垦大学》 2017年
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电动变量施肥控制系统的设计与试验研究

张汉林  
【摘要】:变量施肥技术的快速发展在于能够显著提高化学肥料的利用率,通过按需变量施肥,能够减轻不科学施肥带来的环境问题,对降低农业生产成本的投入,具有显著的经济效益。本文设计一种应用于国产大豆精密播种机的电动变量施肥控制系统,利用小型直流电动机对单个排肥器进行单独控制,根据不同的地块信息和实际生产需求对每条垄沟变量施用肥料。本研究包括如下几个方面:(1)电动变量施肥控制系统以微处理器模块为核心,整个变量施肥控制系统由人机交互模块、电机驱动模块、测速模块和供电模块等组成。通过人机交互界面设定输入施肥量与反馈施肥量取差,通过控制器调节PWM占空比,控制排肥轴转速形成闭环控制。(2)利用临界比例方法对控制系统PID算法参数进行整定,分析系统控制算法的性能。电动变量施肥施肥试验台制作,通过室内静态施肥试验,试验表明:各行一致性的变异系数为3.1%,符合国家技术要求的≤13%,总排肥量稳定性变异系数为2.6%,符合国家技术要求的≤7.8%,满足农业机械施肥国家标准。(3)以排肥轴转速、槽轮有效工作长度、机具行驶速度为变量,通过单因素试验,得出排肥轴转速、槽轮有效工作长度、机具行驶速度对施肥量的影响显著。进行三因素二次回归正交旋转组合试验,通过回归分析、方差分析,得出排肥轴转速对施肥量影响最大,轴开度对施肥量影响次之,行驶速度对施肥量影响最小,变量施肥工作优化参数为排肥轴转速30r/min,轴开度为10mm,行驶速度为6.7km/h时,试验台施肥误差量最小。本文运用理论分析、计算机仿真、试验设计等方法对电动变量施肥控制系统进行分析,研究结果表明:该系统可以有效提高施肥精度,可以满足精准农业变量施肥控制要求。
【关键词】:变量施肥 电动控制 脉宽调制 试验设计
【学位授予单位】:黑龙江八一农垦大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S223.2
【目录】:
  • 摘要7-8
  • Abstract8-10
  • 1 绪论10-16
  • 1.1 研究的目的和意义10
  • 1.2 国内外研究动态和趋势10-14
  • 1.2.1 国外发展现状及趋势10-12
  • 1.2.2 国内发展现状及趋势12-14
  • 1.3 研究的主要内容14-16
  • 1.3.1 研究内容14-15
  • 1.3.2 技术路线15-16
  • 2 电动变量施肥控制系统的研究16-28
  • 2.1 分析影响施肥的主要因素16-17
  • 2.1.1 槽轮有效工作长度16
  • 2.1.2 排肥轴转速16
  • 2.1.3 机具前进速度16-17
  • 2.2 控制系统组成17-22
  • 2.2.1 微处理器选型17-18
  • 2.2.2 信息采集的单元18-19
  • 2.2.3 作业速度采集单元19
  • 2.2.4 排肥驱动电机19-20
  • 2.2.5 电机驱动电路单元20-21
  • 2.2.6 人机操作界面21-22
  • 2.3 控制系统调速方式及控制算法设计22-26
  • 2.3.1 控制系统调速原理22-23
  • 2.3.2 PWM输出模块23
  • 2.3.3 控制算法设计23-26
  • 2.4 本章小结26-28
  • 3 电动变量施肥试验台性能测试28-44
  • 3.1 电动变量施肥试验台工作原理及主要技术参数28-29
  • 3.1.1 电动变量施肥试验台工作原理28-29
  • 3.1.2 电动变量施肥试验台主要技术参数29
  • 3.2 电动变量施肥试验台各部件设计29-33
  • 3.2.1 排肥器29-30
  • 3.2.2 电动变量施肥控制系统30-31
  • 3.2.3 开关电源的选用31
  • 3.2.4 传动部分31-32
  • 3.2.5 调速电机32
  • 3.2.6 联轴器32-33
  • 3.3 电动变量施肥控制系统控制性能分析33-40
  • 3.3.1 PID参数变化33-34
  • 3.3.2 PID参数整定34-37
  • 3.3.3 特性分析37-40
  • 3.4 电动变量施肥试验台性能测试40-43
  • 3.4.1 试验条件40-41
  • 3.4.2 试验方案41-42
  • 3.4.3 数据分析42-43
  • 3.5 本章小结43-44
  • 4 电动变量施肥试验与分析44-54
  • 4.1 变量施肥试验条件44
  • 4.1.1 试验主设备44
  • 4.1.2 试验材料44
  • 4.1.3 试验时间及地点44
  • 4.2 变量施肥控制系统的试验与分析44-53
  • 4.2.1 试验设计44-45
  • 4.2.2 试验数据及分析45-53
  • 4.3 本章小结53-54
  • 5 结论与展望54-56
  • 5.1 结论54
  • 5.2 展望54-56
  • 参考文献56-62
  • 致谢62-63
  • 个人简历63

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