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双变量施肥机结构及液压调控系统设计

吴金林  
【摘要】:精准农业是当今农业发展的趋势,以信息技术为基础,根据空间变异,定位、定时、定量地实施整套现代化农事操作技术,机械智能系统为其核心系统。但现有的机械智能系统都存在排肥实时性差、施肥均匀度底、肥料潮湿易堵塞等问题,为此对现有机械智能系统的传动系统、控制系统及其机械结构进行了深入的分析研究,并在其基础上对系统及其结构进行了改进设计。 (1)针对变量施肥机械单一控制施肥产生可调度小、低速排肥脉动显著、均匀性差等问题,通过模拟手动调节过程设计出了排肥转速和开度双调节双变量施肥机构,并改进设计出了一体三箱室颗粒肥料料箱,以便控制系统进行N、P、K等肥料营养元素的自动配比施肥。 (2)为了解决施肥传动不精准性,设计了基于PID控制与液压马达的双变量液压变量调速变量施肥系统。以提高双变量施肥液压调速系统液压油路的稳定性和槽轮式排肥器驱动控制方法为重点,研究并建立了PID控制数学模型和液压系统仿真模型。为了更好控制施肥精度,在液压油路中增加了液压稳压环节和液压压力传感器,采用PID控制算法对传动误差进行补偿,并在不同PID控制参数下进行系统仿真分析。 (3)为了更好实现精准农业,提高施肥均衡性,提出了以N、P、K含量与转速、开度为控制变量的调控系统,控制系统以PC机作为上位机、PLC作为下位机,通过数据采集系统,将采集到得信息发送给PC,PC通过编写好的程序,计算当前施肥配比参数并将控制参数发送给PLC转而控制液压马达实现双变量控制施肥。 (4)为了验证常规PID和模糊PID控制性能效果,分别作了常规PID和模糊PID控制试验,并对实验数据作了均值与方差比较,其结果显示模糊PID控制无论在控制转速输出的稳定性还是在输出值的离散度都要比常规PID控制效果好,达到了预期控制效果。 (5)以最大限度放大施肥机延迟度误筹方法,设计延迟度试验方案,其试验延迟度为0.852秒满足设计。为了获知施肥机硬件系统和软件系统在动态试验条件下两者之间的协调性、整机的施肥均匀性等性能有关参数,对整机作了调试试验其最终结果显示当机具速度保持在10km/h的时候,施肥均匀较好,当低于5km/h时,排肥波动性比较大,试验结果基本与模糊PID控制曲线图走势基本一致。


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