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基于LiDAR扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统研制

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农业工程学报 2020年第14期36卷 89-95页

作者：乔白羽何雄奎王志翀韩冷刘伟洪董祥梁文鹏中国农业大学理学院北京100193 中国农业机械化科学研究院北京100083 广西农业机械研究院有限公司南宁530007

为提高甘蔗等高茎秆作物的机械化病虫害防治水平,解决普通喷雾机进地困难、农药用量大且利用率低等问题,该研究研制了一套基于三维Li DAR实时扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统。该系统搭载的喷雾机作业幅宽24m、地隙1.35 m,喷杆喷雾... 详细信息

为提高甘蔗等高茎秆作物的机械化病虫害防治水平,解决普通喷雾机进地困难、农药用量大且利用率低等问题,该研究研制了一套基于三维Li DAR实时扫描的高地隙宽幅喷雾机变量施药系统。该系统搭载的喷雾机作业幅宽24m、地隙1.35 m,喷杆喷雾高度在0.5~2.5 m可调。变量施药系统采用16线激光雷达传感器,对作物的三维信息实时探测,安装于机具后端的脉宽调制(PWM,Pulse-WidthModulation)控制器从CAN总线上获取喷雾机的速度信息并传递给计算机,采用Python控制程序,融合激光雷达数据与实时速度信息绘制喷雾量处方图并发送给PWM控制器。建立了作物冠层高度与施药量之间的数学模型,根据作物冠层所需要的喷雾量,由控制器控制电磁阀的开闭实现精准变量施药。系统组装完成后,在甘蔗地进行田间试验测试。结果显示:激光雷达能够准确识别甘蔗株高,最大识别误差为8.42%,最小识别误差为0.17%,平均误差为4.59%,激光雷达将识别到的株高信息准确传递给变量施药系统。变量系统开启后,喷雾机会根据株高变化实时改变喷雾量,雾滴沉积密度满足相关标准要求。在变量施药条件下,植株上中下3层的雾滴沉积密度变异系数均小于15%,满足喷雾机(器)作业质量标准要求,机具整体作业性能良好。变量施药时布样区施药总量为56.43 L,相比常量施药的施药总量78.96 L,减少农药用量22.53 L,减幅28.5%。该研究可为高茎秆作物病虫害高效精准防治提供新的思路和方法,为新型精准变量施药机械的结构设计和高效施药技术性能优化提供参考。

关键词：喷雾农药激光雷达脉宽调制变量施药高地隙喷杆喷雾机

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车载式变量施药机控制系统设计与试验

农业工程学报 2009年第8期25卷 105-109页

作者：翟长远朱瑞祥随顺涛薛少平上官周平西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100

施药控制是提高作业质量、减少化学污染、降低生产成本的关键技术。该文基于单片机AT89C52,采用滞环控制法,设计了一种车载式变量施药机控制系统。该系统能够根据施药机行走速度自动变更喷药量,实现施药量不变。试验表明:加速度小于0.4m... 详细信息

施药控制是提高作业质量、减少化学污染、降低生产成本的关键技术。该文基于单片机AT89C52,采用滞环控制法,设计了一种车载式变量施药机控制系统。该系统能够根据施药机行走速度自动变更喷药量,实现施药量不变。试验表明:加速度小于0.4m/s2时,实际施药量与设定施药量之间的误差不超过8%,且雾化效果良好、生产效率高,还可以减少农药的残留和对环境的污染,能够满足农业生产的需要。

关键词：控制系统机械单片机变量施药

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植保无人机动态变量施药系统设计与试验

农业机械学报 2017年第5期48卷 86-93页

作者：王大帅张俊雄李伟熊斌张顺路张文强中国农业大学工学院北京100083

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施... 详细信息

针对我国植保无人机施药系统控制方式单一,施药流量无法根据飞行参数自动调整造成的雾滴分布不均匀、重喷、漏喷等问题,设计了基于ARM架构单片机的施药控制系统,提出基于PWM(脉宽调制)的施药流量控制方法,采用多传感器融合技术,实现施药参数的实时动态监测。设计了基于LabVIEW的地面站控制软件,实现对施药系统的远程控制和作业数据存储。基于3CD-15型单旋翼无人机平台对动态变量施药系统实际作业性能及施药效果进行了测试。试验结果表明,在飞行速度为0.8~5.8 m/s时,该动态变量施药系统可实现施药流量与飞行速度自动匹配,实际流量与理论流量之间平均偏差为1.9%,实际施药作业优选飞行速度为3.91~5.10 m/s,此时有效喷幅为5 m,雾滴覆盖密度为18~41个/cm^2,变异系数为34%~75%,雾滴沉积量为42.1~52.4μg/cm^2。

关键词：无人机变量施药飞行速度脉宽调制流量

基于神经网络整定的PID控制变量施药系统设计与试验

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农业机械学报 2020年第12期51卷 55-64,94页

作者：孙文峰刘海洋王润涛付天鹏吕金庆王福林东北农业大学工程学院哈尔滨150030 岭南师范学院信息工程学院湛江524048

针对常规的大田喷雾装备的定量施药方式,在机具行进方向上农药雾滴分布不均导致农药有效利用率低的问题,设计了一种基于神经网络整定的PID控制变量施药系统。该系统采用多传感器实时监测车速、流量、压力等信息,并以此作为控制依据,运... 详细信息

针对常规的大田喷雾装备的定量施药方式,在机具行进方向上农药雾滴分布不均导致农药有效利用率低的问题,设计了一种基于神经网络整定的PID控制变量施药系统。该系统采用多传感器实时监测车速、流量、压力等信息,并以此作为控制依据,运用神经网络自学习能力修正PID参数,精准调控药液回流量,解决了现有变量施药控制算法存在的超调量较大、稳态误差较大、响应时间较长等问题,实现了大田单位面积内施药量恒定的目标。为验证本系统算法对精准变量施药的优越性,在Simulink平台下对常规PID、模糊PID和神经网络PID控制方式进行建模仿真,结果表明,神经网络PID控制在上升时间、超调量和稳态误差方面均优于其他两种控制方式。田间试验表明,在不同车速下,液滴沉积数量标准差均小于1.4个/cm^2;在不同施药量、车速随意变化的情况下,机具纵向均匀度变异系数均小于6%;车速在4~11 km/h范围内随机变化时,系统平均调节时间为0.72 s,平均超调量为2.1%,实际施药量与理论值相差1.3%。

关键词：变量施药神经网络 PID 液滴沉积田间试验

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变量施药关键技术综述

中国农机化学报 2021年第12期42卷 65-71页

作者：冯耀宁裴亮陈晓陈小兵刘燕陈彬农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

变量施药技术以提高农药利用率,降低农业成本,适当减少农药用量,降低农药残留,减轻环境污染为目的,是精准农业领域的重要课题和施药技术的发展方向。从变量施药关键技术中的田间信息采集方式、变量施药控制方式和变量施药控制算法三个... 详细信息

变量施药技术以提高农药利用率,降低农业成本,适当减少农药用量,降低农药残留,减轻环境污染为目的,是精准农业领域的重要课题和施药技术的发展方向。从变量施药关键技术中的田间信息采集方式、变量施药控制方式和变量施药控制算法三个方面进行综述,首先阐述基于地理信息技术和基于实时传感器技术的田间信息采集技术;其次分析包括变压力调节式、药液浓度调节式和脉宽调制式的变量施药控制方式,并剖析各控制方式的优缺点,脉宽调制式因其具有更好的动态响应特性和流量调节性能,拥有广阔的应用前景;最后对当前最主要的变量施药控制算法(模糊控制算法、PID控制算法以及BP神经网络)进行概述与研究,了解到对不同算法进行组合和改进有利于提高变量施药控制性能。针对国内变量施药技术存在的问题,提出建议,旨在为我国变量施药技术的发展与推广提供一定的参考。

关键词：变量施药田间信息采集变压力调节药液浓度调节脉宽调制控制算法

变量施药系统压力波动特性及其消除方法研究进展

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中国农机化学报 2024年第11期45卷 60-68页

作者：张萌张春凤赵学观杨硕李思翟长远江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京市100097 农芯(南京)智慧农业研究院有限公司南京市211800

变量施药系统具有提高农药利用率、降低农药残留、减轻环境污染等优点,根据控制方式可分为药液浓度调节式、压力调节式和流量调节式。基于脉宽调制技术的变流量式施药系统因流量调节范围广、雾滴特性稳定等优点成为国内外研究热点,但在... 详细信息

变量施药系统具有提高农药利用率、降低农药残留、减轻环境污染等优点,根据控制方式可分为药液浓度调节式、压力调节式和流量调节式。基于脉宽调制技术的变流量式施药系统因流量调节范围广、雾滴特性稳定等优点成为国内外研究热点,但在变量施药过程中因部分喷头启闭、泵源脉动、阀体开关动作等会造成管路压力波动,导致雾化质量差,药量不精准等亟待解决的问题。从变量施药系统类型、系统压力波动特性研究、系统压力波动抑制方法与装备方面综述国内外研究现状,分析总结药液浓度调节式、压力调节式、流量调节式变量施药系统的构成、优势和缺陷,重点阐述和归纳国内外施药系统中管路和喷头附近压力波动特性,主要介绍回流稳压、空气阀、稳压喷嘴等压力冲击抑制方法和装备,指出我国在变量施药系统精确性、变量施药系统压力稳定产品开发等方面的不足并提出展望,为实现变量施药系统的进一步精准化、智能化提供思路。

关键词：变量施药药液浓度调节脉宽调制压力波动特性压力波动消除

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植保机械变量施药系统模糊控制器研究与仿真

系统仿真学报 2006年第11期18卷 3224-3226页

作者：邵陆寿戴之祥韦韫葛婧李兵朱德泉安徽农业大学工学院安徽合肥230036

目前农药使用上存在很多问题,如施药过程中忽略了病虫害发生的差异性和作物信息的差异性,从而使大量的农药流失到非靶标环境中,造成大量环境污染。农业植保机械变量施药系统施药过程是一个复杂的过程,需要根据作物密度变化(MB)和虫害等... 详细信息

目前农药使用上存在很多问题,如施药过程中忽略了病虫害发生的差异性和作物信息的差异性,从而使大量的农药流失到非靶标环境中,造成大量环境污染。农业植保机械变量施药系统施药过程是一个复杂的过程,需要根据作物密度变化(MB)和虫害等级(CD)不同采用不同的喷药量和不同的喷药方式。对密度等级和虫害等级进行了模糊化,并给出密度等级与虫害等级隶属度值,建立了综合双输入双输出模糊控制器模糊模型。并对其进行了仿真研究,仿真结果与专家经验相一致。

关键词：模糊模型变量施药模糊控制仿真

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基于模糊控制的变量施药控制系统

农业机械学报 2005年第11期36卷 110-112页

作者：邵陆寿戴之祥崔怀雷韦韫朱德泉李兵安徽农业大学工学院安徽美菱集团公司

针对目前农药在使用过程中忽略了病虫害发生的差异性和作物信息的差异性,使大量的农药流失到非靶标环境中,造成大量环境污染等问题,采用模糊控制技术建立自适应喷雾控制系统,实现了农药使用过程中自动调节喷雾参数。经仿真与台架实验证... 详细信息

针对目前农药在使用过程中忽略了病虫害发生的差异性和作物信息的差异性,使大量的农药流失到非靶标环境中,造成大量环境污染等问题,采用模糊控制技术建立自适应喷雾控制系统,实现了农药使用过程中自动调节喷雾参数。经仿真与台架实验证实,整个系统能满足变量施药的要求。

关键词：变量施药控制系统模糊控制

基于BAS-PID控制的精准变量施药系统仿真与试验

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中国农机化学报 2020年第3期41卷 62-66页

作者：王新东徐艳蕾孟笑天何润翟钰婷吉林农业大学信息技术学院长春市130118 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春市130022

精准变量施药技术是精准农业的重要内容之一,为解决当前常用的变量施药方式存在的控制精度低、超调量大等不足,提出将天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法与常规PID控制结合形成BAS-PID控制算法,用于变量施药系统控制。首先建... 详细信息

精准变量施药技术是精准农业的重要内容之一,为解决当前常用的变量施药方式存在的控制精度低、超调量大等不足,提出将天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法与常规PID控制结合形成BAS-PID控制算法,用于变量施药系统控制。首先建立施药控制系统机理模型并基于Matlab平台进行软件仿真,仿真试验结果表明,BAS-PID算法的超调量为0.024 1,绝对误差为1.14%,均低于常规PID和模糊PID,控制效果更好。在吉林农业大学试验田进行了田间施药试验,根据试验数据分析,BAS-PID、模糊PID以及常规PID的平均施药误差分别为0.016 L/min、0.020 L/min、0.238 L/min,平均超调量分别为0.006 L/min、0.016 L/min、0.238 L/min。BAS-PID控制算法的施药误差仅在0.01~0.02 L/min内,误差范围小,总体而言,该算法的施药误差和平均超调量都低于模糊PID和常规PID,系统应用效果好。试验结果表明:本文提出的BAS-PID算法提高了PID算法的参数适用性,施药控制精度高,超调量小,改善了变量施药系统的施药效果,可为推动精准变量施药技术的发展提供新的技术方案。

关键词：变量施药 PID 天牛须搜索控制精度