喷杆喷雾机控制系统及喷雾补偿控制方法

摘要

一种喷杆喷雾机控制系统及喷雾补偿控制方法，包括：液压及机械驱动部分和电气控制部分，其中：液压及机械驱动部分提供了比例流量阀和三位四通电磁阀分别控制喷雾机的药液压力，风机风量、喷雾角和喷头与作物冠层距离等工作参数；电气控制部分依据获取的二维自然风速、环境温湿度、机具行走速度等外部信息，对最优控制索引参数表进行参数检索，计算出该状态下的最佳喷雾控制参数；然后分别对各参数实施PID反馈控制；进一步提出一种最优控制索引参数表的智能控制方法；利用支持向量机对动态环境下喷雾的非线性特性建模，并通过多目标优化建立最优控制参数索引表，存储在SD卡中供喷雾主控控制系统读取；使用上述考虑自然环境动态变化和基于最优控制参数索引表的喷雾控制后，有效提高了喷雾系统的稳定性，保证了喷雾效果。

主权项

一种喷杆喷雾机控制系统及喷雾补偿控制方法，其特征在于包括：液压及机械驱动部分和电气控制部分；所述的液压及机械驱动部分包括拖拉机液压输出装置和动力输出轴、比例流量阀1、三位四通电磁阀1、三位四通电磁阀2、三维四通手动阀、液压马达1、喷雾角调整油缸、升降油缸、折叠油缸、轴流风机、风助风筒以及增速器、齿轮泵、比例流量阀2、液压马达2、隔膜泵、药液箱、喷头；拖拉机通过液压输出装置和动力输出轴分别为喷杆喷雾机提供了液压动力源；所述的拖拉机动力输出轴经花键轴与增速器联接，可使增速器输出轴转速增加至齿轮泵工作的额定转速，增速器输出轴经联轴器接入齿轮泵，齿轮泵的进油口经液压油管与油箱相连，齿轮泵的出油口经液压油管与比例流量阀2的油路输入端联接，比例流量阀2的输出端经油管与液压马达2的进油口固定联接；液压马达2的回油口与油箱相连；液压马达2的输出转轴经联轴器与隔膜泵联接；隔膜泵的进液口经药液管与药液箱联接，隔膜泵的出液口经药液管与多个喷头联接；隔膜泵在液压马达的驱动下从药液箱中将混合好的药液泵出，再将管路中的药液经药液压力驱动下由喷头喷出，形成扩散雾滴；所述的液压输出装置经液压油管与比例流量阀1的输入端联接，比例流量阀1的输出端经液压油管与液压马达1的输入口联接，液压马达1经联轴器与轴流风机联接；轴流风机在液压马达的驱动下高速转动为风助风筒提供所需的风量；所述液压输出装置还经液压油管与三位四通电磁阀1的输入端联接，三位四通电磁阀1的输出端与喷雾角调整油缸的输入端联接、三位四通电磁阀1串联在液压油路中，用于完成喷雾角的连续调整；所述液压输出装置还经液压油管与三位四通电磁阀2的输入端联接，三位四通电磁阀2的输出端与喷杆的升降油缸的输入端联接、三位四通电磁阀2串联在液压油路中，用于在喷雾准备和结束阶段完成喷杆的高度调整；所述液压输出装置还经液压油管与三位四通手动阀的输入端联接，三位四通手动阀的输出端与喷杆的折叠油缸的输入端联接，三位四通手动阀串联在液压油路中，用于在喷雾准备和结束阶段完成喷杆折叠；所述的电气控制部分包括外部信息感知模块、工作参数测量模块、工作参数执行模块、精确喷雾控制器和离线优化控制参数生成模块，其中：所述的外部信息感知模块用于实时测量喷杆喷雾机二维风速、温湿度、机具行走速度等田间作业环境信息，作为喷雾参数调整的决策依据；所述的工作参数测量模块用于实时测量喷杆喷雾机的药液压力，风机风量、喷雾角、喷头冠层距离等实际工作参数；上述两种测量信息均通过CAN总线发送给精确喷雾控制器；所述的离线优化控制参数生成模块用于生成最优控制参数索引表，最优控制索引参数表可以存储于SD卡中，由精确喷雾控制器读取，作为形成最佳喷雾控制参数策略的依据；所述的精确喷雾控制器依据获取的田间环境的外部信息，对最优控制索引参数表进行参数检索，并根据此参数计算出适用于该状态下的喷雾压力、风机流量、喷雾角和喷头与作物冠层间距的最佳控制参数，进行最佳喷雾控制参数决策，并与工作参数测量模块测得的药液压力，风机风量、喷雾角、喷头冠层距离等实际工作参数进行比较，在PID控制下调整喷雾机的喷雾过程，实现对喷雾机的实时控制；所述的外部信息感知模块主要包括二维超声波风速传感器、温湿度传感器和增量式旋转编码器；所述的二维超声波风速传感器用于测量田间作业环境下的自然风在拖拉机行走方向的水平风速和喷杆长度方向的水平风速；所述的温湿度传感器用于获取田间作业环境中空气的温度和湿度信息；所述的旋转编码器用于测量拖拉机后轮的转速，借助于后轮的直径大小计算出喷杆喷雾机的瞬时行进速度；所述的工作参数测量模块包括喷雾角传感器、药液流量传感器、药液压力传感器、风机流量传感器和超声波距离传感器；所述的喷雾角传感器用于测量风筒出口和喷嘴与垂直方向的夹角变化量；所述的药液流量传感器和药液压力传感器用于获取喷出药液的流量和压力信息；所述的风机流量传感器用于测量辅助气流在风助风筒进口处的风速，并换算为流经风筒的气流流量；风机流量传感器安装在轴流风机下方；所述的超声波距离传感器用于测量喷头与作物冠层的垂直距离；超声波距离传感器安装在喷杆两端，朝向正下方；所述的工作参数执行模块包括比例流量阀1、比例流量阀2、三位四通电磁阀1和三位四通电磁阀2；所述的比例流量阀1用于控制流经液压马达1的液压油流量进而控制轴流风机的转速从而改变进入风助风筒的气体流量；所述的比例流量阀2用于控制流经液压马达2的液压油流量进而控制隔膜泵的转速从而改变喷雾药液的流量和压力；所述的三位四通电磁阀1用于控制喷雾角大小；所述的三位四通电磁阀2用于控制喷杆高度的调节；所述的离线优化控制参数生成模块主要依据室内模拟试验所获取的试验数据，利用SVM回归方法实现对自然风风速、喷雾压力、喷雾角和风筒流量四个输入参数与飘失率和沉积率两个输出参数间映射的建模，应用该模型和多目标控制参数优化用于生成最优控制参数索引表，存储在SD卡中用于喷雾控制系统读取，作为最佳喷雾控制参数的依据；所述的精确喷雾控制器依据获取的二维自然风速、环境温湿度、机具行走速度等外部信息，对最优控制参数索引表进行参数检索，计算出喷杆喷雾机在该状态下的最佳喷雾压力、风机流量、喷雾角和喷头与作物冠层间距，形成最佳喷雾控制参数决策；精确喷雾控制器调用相应的喷雾压力、风机流量、喷雾角和喷头与作物冠层间距的PID控制子程序，依据最佳喷雾控制参数，对工作参数测量模块测得的喷雾机的喷雾实际值进行调整，分别产生对液压及机械驱动部分的比例控制阀2、比例控制阀1、三位四通电磁阀1和三位四通电磁阀2的PID控制；所述的电气控制部分各模块之间通过CAN总线联接发送信息。