基于神经网络算法的植保无人机硬件电路设计

针对现有的植保无人机操控较为复杂的现状,基于神经网络算法进行了硬件电路设计。植保无人机的主要组成包括控制结构、承力结构、升力结构和喷洒结构。为了提高多旋翼无人机的性能,采用BP神经网络对其控制系统进行设计,包括建立模型辨识控制器和逆模型控制器,以达到对多旋翼植保机辨识和控制的要求。为了验证该植保无人机的性能,对其进行控制性能和喷药试验。试验结果表明:植保无人机控制系统具有良好的自适应控制能力,喷药过程稳定,能够满足客户要求。     

有边界式棉田喷雾机的研制与试验

针对棉花生长前期,行间距较大,普通风送植保作业机存在气流扩散严重,对靶性不强,设计有边界式棉田喷雾机,该机基于高地隙通用底盘,通过动力输出和液压系统带动药泵、液压装置和轴流风机工作。采用Pro/E5.0进行零部件三维设计和模拟仿真,在计算流体力学CFD的基础上,对有边界式轴流风送系统中轴流风扇气流场相关参数等性能进行模拟改进优化。对轴流风送系统和液压系统等关键部件进行设计、计算和验证,实现有边界式定向喷洒。试验结果表明:有风送比无风送时雾滴沉积量提高了23.75%,变异系数降低了11.24%,有风送喷雾附着率达到40%以上,喷雾效果良好,适用于棉花前中期植保作业。     

基于复合模糊PID的植保无人机变量喷雾系统设计

为提升现有植保无人机喷雾流量随飞行速度变化自适应调整的精准性，降低施药偏差，设计了一种基于复合模糊PID控制算法的植保无人机变量喷雾系统，可根据无人机飞行速度，以基于复合模糊PID控制算法的PWM调制实时调整喷雾流量。通过测试平台分别对比了此控制算法与PID、模糊PID的响应情况，并进行了无人机喷雾流量随飞行速度变化的响应测试。结果表明：基于复合模糊PID控制的系统响应较PID超调量降低63.64%,较模糊PID调节时间缩减23.08%,复合模糊PID与模糊PID的稳态误差控制在3.125%内，小于PID的4.688%;基于PID、模糊PID、复合模糊PID的喷雾系统喷雾流量平均偏差分别为2.67%、3.85%、1.90%;基于复合模糊PID算法的喷雾系统跟随飞速变化自适应调整喷雾流量的最大偏差为6.29%,满足植保无人机施药作业要求，可为农业航空精准变量喷雾系统设计提供参考。     

基于模糊PID的农业智能喷雾控制系统设计与试验

为提高农作物的施药效果,将模糊PID控制技术应用于喷杆喷雾机喷雾量的控制中,设计了相应的控制系统。首先,分析了农作物喷雾控制系统的基本原理。其次,设计了模糊PID控制系统的软件系统、硬件系统和模糊控制逻辑表。最后,进行了喷雾量的控制仿真研究,仿真结果表明,模糊PID控制系统能够取得更好的喷雾量控制效果和更高的控制精度。      

计算机数据融合算法下植保机精准化作业研究

针对我国传统的植保机在精准化作业和自动化喷洒方面存在的不足，基于计算机数据融合算法对植保机精准化作业进行了设计试验。植保机的主要组成包括控制单元模块、信息采集模块、传感器模块、数据传输模块和变量执行器模块。为了实现植保机的精准化作业，对植保机的飞行姿态调整和变量喷药过程进行了算法设计。其中，飞行姿态控制采用双闭环位置式PID控制算法，喷药过程采用改进的遗传PID控制算法进行控制。为了验证植保机精准化作业的效果，对其进行姿态控制和变量喷药试验。结果表明：植保机姿态控制良好，能够完成精准化喷药。     

基于PID控制技术的喷雾机均匀化作业设计

针对喷雾机作业过程喷雾均匀化程度较低的问题,基于PID控制技术对喷雾机均匀化作业进行了设计。该喷雾机为智能喷杆喷雾机,主要组成为转向控制系统、智能平衡控制系统、变量施药系统和显示系统。喷雾机的电机采用PID控制器进行控制,利用PID控制算法—积分分离算法对电机进行闭环调速,保证喷雾机的均匀化作业。为验证喷雾机的作业性能,对其进行平衡和均匀化试验验证,结果表明:其平衡性能和均匀化作业性能良好,能够满足喷雾机的作业要求。     

宽幅变量喷雾机智能控制系统设计

自走式宽幅喷雾机现场作业时,经常由于机组速度的变化导致喷施差异,影响了喷雾效果,甚至造成药害.为此,开发了基于嵌入式处理器和多传感器高效融合的变量喷雾控制系统,实现了喷洒压力和机组行走速度的在线协调控制.系统采用PID参数模糊自整定控制器,可自动根据作业速度调整喷雾压力和喷雾量,提高了单位面积施药量的均匀程度.通过对自主开发的变量喷雾样机进行实验表明,该模糊PID 控制器响应快速、适应性强,能迅速消除系统余差,使变量喷雾控制系统具有良好的动态和稳态特性.     

植保无人机药箱建模与姿态控制器设计

为了提高八旋翼植保无人机的可控制性,对无人机喷洒过程中药箱进行了分析和建模,推导出长方体药箱质量和转动惯量随时间变化的公式,进一步得到了植保无人机精确的时变性动力学模型.为了验证模型的正确性和先进控制律的控制效果,设计自适应反步终端滑模姿态控制器,第一步采用典型反演控制;第二步应用终端滑模控制,使最后状态在有限时间内收敛到理想值;第三步设计了自适应控制律以消除未知干扰的影响,设计的控制器均满足Lyapunov稳定性理论.对控制器进行了仿真和试验验证,控制效果与模糊PID姿态控制器进行对比分析,结果表明:建立的时变性动力学模型可以使自适应反步终端滑模控制器良好地应用到无人机上,姿态角控制效果得到明显改善,试验中姿态角误差分别降低了25.57%,24.21%和19.41%,同时控制器对外界未知干扰不敏感,且具有较强的鲁棒性.     

果园风送喷雾风量调节研究现状与趋势

与传统喷药装备相比,果园风送式喷雾机农药利用率和作业效率都明显提高,目前已成为果园机械化植保的主要机具,提高风送喷雾作业质量是机械化植保的重要研究内容。现阶段国内风送喷雾机大多采用恒定大风量喷雾,在喷雾过程中存在风送系统结构配置不当、风量作业参数调整实时性差,难以对风量进行精准控制等问题,很难做到同时适用多种树形,智能化喷雾程度较低。国内外风送喷雾机风送系统的研究主要集中在气流场分布、气流运动规律及变风装置结构、关键部件设计等方面,本文结合现阶段研究现状,对现有试验研究中所采用的风量理论原则,CFD风场模型仿真结果和变风量装置综合分析,提出基于农机农艺结合改进果树种植模式、完善有限元仿真试验参数、提高风量机械调节智能化程度等策略,以期为风送喷雾机整机结构改进提供参考依据。     

小型无人飞行喷雾机喷雾性能试验研究与分析

为解决大豆生长中后期的植保喷雾作业难度较大的问题,研制了一种小型无人飞行喷雾机。为了研究该喷雾机在大豆田喷雾作业的可靠性与稳定性,试验采用聚酯卡、荧光分光光度计、卡罗米特纸卡等对飞行喷雾机的喷雾沉积量、沉积密度及分布均匀性等参数进行取样和分析,研究分析了小型无人喷雾机的飞行高度、速度等工作参数对喷雾沉积均匀性及浓度等的影响。结果表明:该喷雾机喷雾均匀,工作效率高,整体喷雾效果较好,不同作业高度和飞行速度时在大豆各冠层雾滴沉积效果和分布均匀性的变异系数不同。对试验样本进行数据分析并结合实际的喷洒效果得出:当飞行高度控制在植被上方1.5~2.0m、飞行速度控制在3~5m/s时,该小型无人飞行喷雾机喷施农药效果较好。     

基于模糊理论的参数自适应PID智能控制系统

针对平地机进行刮平作业时无法实现稳定恒速控制的问题,提出了基于模糊理论的参数自适应PID算法的行走智能控制系统,并完成了将该算法应用在平地机的控制系统中协调解决作业时油门大小、档位和恒速控制问题。同时,为验证参数自适应PID算法对整机运行参数实时监控的有效性和可靠性,系统采用单片机作为控制器,通过Mat Lab软件的Simulink仿真,分别对平地机作业恒速控制设定干扰信号、参数自适应过程性能以及不加PID、加PID、自适应模糊PID3种控制方式进行了恒速控制效果对比分析。测试显示:该系统响应时间短、速度较快,具有良好的工作稳定性和可靠性,能够满足设计要求。     

环保型高地隙烟草喷雾机设计与试验

针对移栽后烟草在不同生长期植株形态存在显著差异,导致一般植保机械病虫害防治效果差的问题,设计了集喷杆式喷雾和隧道式喷雾两位一体的烟草喷雾机。该喷雾机由机架滑移变形机构、机架收拢机构、机架升降装置、药液喷洒系统和药液收集循环系统组成。滑移变形机构通过链条传动和变角伸缩机构改变喷雾机架形态,实现喷杆式和隧道式两种药液喷施模式;机架收拢机构实现机器工作态和运输态两种机架形态的变换。药液收集循环系统将烟叶滴落的药液经滤网过滤汇集后,再将残余药液泵回至药液箱,从而实现药液高效利用,并基于PLC的控制系统完成对喷雾机的机架变形和植保作业的控制。同时,通过大田试验验证了该机在烟草上作业的有效性。     

温室自走式风送喷雾机设计与试验

本文提出了一种远程遥控式植保作业方法,并结合风送喷雾技术研制出一种适用于温室大棚的自走式风送喷雾机。在确定喷雾机总体方案和主要技术参数的基础上,对喷雾系统、履带行走系统和通讯控制系统进行了设计和选型。雾滴冠层沉积分布与穿透性的试验结果显示,不同冠层沉积量均在1.5μL/cm^2以上,同冠层内不同植株雾滴密度变异系数较小,对植株叶片的正反面穿透性较好。因此,自走式风送喷雾机能够很好地满足设施内的植保施药作业。     

植保机可变量喷雾鲁棒控制

为了减少农药对环境的污染程度,可变量喷雾技术是当前植保机械研发的重要内容和发展方向,该技术可根据喷药目标的要求,通过提高农药的利用率来减少对环境的污染问题。本文针对植保机变量喷药系统的输出流量进行控制,建立了喷药系统的数学模型,控制电磁阀的输出流量,并设计了最优鲁棒输出跟踪控制器,实现实际输出流量跟踪到目标值。同时,利用Mat Lab对系统进行了仿真,结果表明:采用鲁棒控制方法,能够进行良好的系统跟踪,并能达到很好的控制效果。     

果园植保喷雾机研究现状与优化建议

果园植保作业机械化、智能化发展有力助推了果园经济效益的提升,植保机械经历了人背机器、机器背人、人机分离、喷药机器人等发展历程。基于此,本研究小组在总结回顾了国内外喷雾机研究概况和主要成果的基础上,分析了果园喷雾机存在的不足之处,建议在开展植保喷雾机械研究时要加强农机与农艺相融合,参考果树生长特性,优化产品结构设计,提高智能植保喷雾机械的通用性和喷雾机械的智能化技术水平,进而提高果园农药喷洒效率。     

基于大数据的施药平台农药喷洒定量分析研究

近年来,我国农用小型无人植保飞机发展势头迅猛,目前国内生产无人植保飞机的厂家已经超过10家,并呈快速增长趋势。为了提高无人机喷药设备喷洒的准确性,提出了基于云技术的施药量大数据实时分析平台,并通过PID调节来实现农药喷洒量的精准控制。为了验证方案的可行性,设计了喷药定量分析实时数据分析平台,并以无人机喷药作为研究对象,对喷药定量分析平台的可靠性进行了测试,包括数据的分析速度及喷药的准确性等。测试结果表明:相比传统的数据分析服务器,基于云技术的大数据分析平台具有更高的施药定量数据分析能力,采用数据分析平台后,施药的精度较高,可以满足无人化植保作业的需求。     

基于自适应模糊PID控制下拖拉机液压系统的优化

为了实现拖拉机电子液压系统在田间的压力控制，建立了拖拉机液压控制系统数学模型，并结合压力控制算法设计了拖拉机自适应模糊PID控制系统，以实现拖拉机的压力控制。以传统PID算法、带补偿修正的传统PID算法和补偿修正的自适应模糊PID算法进行试验，验证不同控制器对拖拉机的压力控制效果。研究结果表明：当输入为1.5MPa的阶跃信号，传统PID控制器的响应时间为2.5s,波动范围为0.5MPa;带补偿校正的自适应模糊PID的响应时间为1.5s,波动范围为0.3MPa,响应时间降低了40%,压力波动范围也减少了40%。因此，提出的补偿修正的自适应模糊PID算法下拖拉机液压系统具有更好的动态控制性能。     

电磁阻尼悬架智能控制策略的研究

通过对电磁阻尼器结构的合理简化和力学分析,建立了电磁阻尼主动悬架系统的数学模型,分析了系统模型及模糊逻辑控制器的设计与实现,并对所设计的控制器的控制效果进行了对比仿真与实验研究,结果表明,在所研究的控制器中不同的控制策略具有不同的特性,其中模糊自适应PID控制器在总体上对电磁阻尼悬架的控制效果较好。     

基于SimMechanics机械臂自适应模糊PID控制仿真研究

针对传统PID控制机械臂在运动中存在跟踪精度低、响应速度慢、动态性能差等问题,提出采用自适应模糊PID控制。通过用Sim Mechanics搭建二自由度机械臂模型,分别运用传统的PID控制和自适应模糊PID控制方案进行仿真并比较上述两种方案控制效果。仿真结果表明,所设计的自适应模糊PID控制器相比传统的PID控制器对控制机械臂运动有更好的控制效果。     

基于灰狼优化PID控制的变量喷药系统研究

针对传统PID控制式的不足,将灰狼优化算法与PID控制结合,设计了一种基于灰狼优化PID控制的变量喷药系统,控制系统主要由微处理器、电动阀、传感器和摄像头等组成。同时,构建了变量喷药系统传递函数模型并基于MatLab软件平台进行仿真实验,结果表明:灰狼优化PID控制响应速度快,调节时间为0.203 5s,低于传统PID控制的0.463 5s,系统的稳态误差小,仅为1.32%。在WFS-II喷雾性能综合试验台进行实际喷药试验研究,结果表明:相对于传统的PID控制,灰狼优化PID控制的变量喷药系统平均响应时间提高了21.4%,平均误差为11.0%,低于传统PID控制的16.8%。本文设计的基于灰狼优化PID控制的变量喷药系统响应速度快、稳态误差小、控制精度高,改善了传统PID控制系统的控制效果和稳定性,可为变量喷药系统的研究提供新的理论基础和技术方法。