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基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验

张成远 朱立成 王瑞雪 马明 郑永鑫 贾晓峰 徐庆忠

张成远,朱立成,王瑞雪,等.基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验[J].农业工程,2022,12(11):18-23. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.11.004
引用本文: 张成远,朱立成,王瑞雪,等.基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验[J].农业工程,2022,12(11):18-23. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.11.004
ZHANG Chengyuan,ZHU Licheng,WANG Ruixue,et al.Design and experiment of variable rate application system based on fuzzy PI control[J].Agricultural Engineering,2022,12(11):18-23. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.11.004
Citation: ZHANG Chengyuan,ZHU Licheng,WANG Ruixue,et al.Design and experiment of variable rate application system based on fuzzy PI control[J].Agricultural Engineering,2022,12(11):18-23. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.11.004

基于模糊PI控制的变量施药系统设计与试验

doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.11.004
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFD2000105);国有资本金项目(GZ202013)
详细信息
    作者简介:

    张成远,硕士生,主要从事自动检测与控制技术研究 E-mail:2419658842@qq.com

    朱立成,通信作者,高级工程师,主要从事智能农业装备研究 E-mail: zhulicheng@caams.org.cn

  • 中图分类号: S49

Design and Experiment of Variable Rate Application System Based on Fuzzy PI Control

  • 摘要:

    针对国内现有农田喷药机的定量施药方式,设计了一套基于模糊PI控制的变量施药系统。该系统采用多传感器实时采集喷药机车速、流量、压力等参数,并以此为控制依据,通过改变比例阀开度实时调整管道内药液流量,同时控制多组喷头的开闭。该系统采用主路流量调节方案,5组开关电磁阀控制多组喷头。喷药机喷头流量控制试验与田间喷药试验结果表明,单个喷头流量误差<2.5%,模糊PI控制优于传统PI控制,田间喷药误差<2.2%。

     

  • 图 1  变量施药系统组成与管路结构

    1. 过滤器 2. 隔膜泵 3. 北斗测速系统 4. 变量喷药控制器 5. 流量传感器 6. 压力传感器 7. 雾化喷头 8. 开关电磁阀 9. 变量喷药阀组10. 药箱 11. 溢流阀 12. 主阀 13. 液位传感器

    Figure 1.  Composition and pipeline structure of variable spraying system

    图 2  变量施药系统控制原理

    Figure 2.  Control principle of variable spraying system

    图 3  喷药主程序流程

    Figure 3.  Flow chart of main program of spraying

    图 4  变量喷药部分系统PI控制原理

    Figure 4.  PI control principle of variable spraying part system

    图 5  变量喷药PI与模糊PI控制系统对比仿真

    Figure 5.  Comparison and simulation of variable spraying PI and fuzzy PI control system

    图 6  变量喷药系统阶跃信号响应曲线对比

    Figure 6.  Comparison of step signal response curves of variable spraying system

    图 7  变量喷药系统正弦信号响应曲线对比

    Figure 7.  Comparison of sinusoidal signal response curves of variable spraying system

    图 8  田间性能试验

    Figure 8.  Field performance test

    表  1  变量喷药系统KP模糊规则

    Table  1.   KP fuzzy rules of variable spraying system

    eae
    NMZENSPMPS
    NMPMPMPMPMPM
    ZEZENSZEZEZE
    NSPSPSPSNSPS
    PMPMPMPMPMPM
    PSPSPSPSPSPS
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    表  2  变量喷药系统TI模糊规则

    Table  2.   TI fuzzy rules of variable spraying system

    eae
    NMZENSPMPS
    NMZEPSPSNMNM
    ZEZEPMPBPMPS
    NSNSPMPMPMZE
    PMNMNMNMNMNM
    PSPMPMPMPMZE
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    表  3  喷头流量精度对比试验

    Table  3.   Comparison test of nozzle flow accuracy

    目标流量/
    (L·min−1
    喷头关闭
    数量
    喷头理论流量/
    (L·min−1
    喷头实际流量/
    (L·min−1
    喷药量
    误差/%
    3000.6250.6371.92
    0.6260.16
    0.6290.64
    0.617−1.28
    0.619−0.96
    4011.0271.002−2.43
    1.0471.95
    1.0502.24
    1.0492.14
    1.016−1.07
    6022.0692.022−2.27
    2.1021.59
    2.0890.97
    2.0520.82
    2.0730.19
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    表  4  田间综合喷药试验

    Table  4.   Field comprehensive spraying test

    普适性能试验理论喷药量/(L·hm2)行驶速度/(km·h−1)管道流量/(L·min−1)喷头关闭组数控制方式实际喷药量/(L·hm−2)喷药量误差/%
    定速试验200648.10PI204.82.40
    745.31模糊PI199.2−0.40
    840.02PI198.5−0.75
    945.02模糊PI202.61.30
    3009107.90PI307.12.37
    877.91模糊PI305.21.73
    745.31PI298.6−0.47
    645.02模糊PI299.4−0.20
    变速试验2005~90PI197.5−1.25
    1模糊PI205.82.90
    2PI207.43.70
    2模糊PI204.32.15
    3005~9 0PI294.3−0.19
    1模糊PI303.81.27
    1PI302.40.80
    2模糊PI295.6−1.47
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-27
  • 修回日期:  2022-06-27
  • 出版日期:  2022-11-20

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