PWM变量控制喷头雾化特性研究
PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验
PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【摘要】由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究.采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度.经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】变量喷雾;脉宽调制;水敏试纸;变异系数【作者】蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S49变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的重要技术手段[1]。
变量喷雾施药可以通过变喷雾时间、变喷雾压力及变药液浓度3种途径实现。
PWM技术调节电磁阀实现流量控制是一种变喷雾时间方法，相对于其他变量喷雾技术其实现简便，对喷雾粒径影响较小[2-3]，故应用较为广泛。
由于植保作业过程中靶标的分布较难获得甚至无法获得，因此喷雾机械的喷雾均匀性指标对防治效果影响很大。
PWM 变量喷雾是在一个控制周期内调节电磁阀开闭的时间来完成流量调节，致使喷雾机运动方向上的雾滴均匀性较难控制。
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【摘要】PWM间歇喷雾式变量喷施过程中,电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击,致使喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性发生畸变,降低了喷雾质量.为研究电磁阀通径对实际喷雾压力波动特性的影响,基于自主研制的脉宽调制间歇式喷雾变量喷施系统试验台,进行了测试试验.测试结果表明:系统压力与喷头流量一定时,随着电磁阀通径减小,压力波动均值减小,压力波动程度增大;在通径为DN15情况下,压力波动离散率≤0.002;在通径为DN10情况下,压力波动离散率≤0.01;在通径为DN6情况下,压力波动离散率呈较大幅度变化;且当系统压力发生阶跃时,电磁阀通径越小,喷雾压力波动振幅越大.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】7页(P164-169,174)【关键词】变量喷施;压力波动;电磁阀通径;喷头流量【作者】蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】S274.2;TP2720 引言在PWM变量喷雾的过程中，电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击，导致实际喷雾压力产生波动，而喷头的雾量分布和喷雾流量对喷雾压力波动较为敏感[1-3]，大幅度波动致使其控制精度和稳定性受到一定的影响。
国内外学者对PWM变量喷施的施药量控制[5-10]及雾化特性[15-19]等已经有了一定研究。
Han等对PWM电磁阀控制间歇喷雾式变量喷施系统进行了详细研究，发现由于喷雾压力不稳而引起的喷雾流量变异较大[4]。
但国内外有关PWM变量喷施过程中，针对压力波动变化特性的研究很少。
PWM变量喷施系统特性试验台的设计及液压冲击的研究中期报告
PWM变量喷施系统特性试验台的设计及液压冲击的
研究中期报告
一、任务目标
本次任务旨在设计PWM变量喷施系统特性试验台，研究液压冲击对系统性能的影响，并呈现中期研究报告，使研究进程得到适时反馈。
二、进展情况
1. 系统设计
根据任务要求，我们提出了一个具体的PWM变量喷施系统特性试验台设计方案，并完成了系统结构图的绘制。
2. 实验过程
在采用该设计方案的实验中，我们制定了详细的实验方案，并完成了样机制作和实验的开展，初步了解液压冲击对喷施系统的影响。
3. 实验分析
通过实验数据的收集、总结和分析，我们初步发现在实验过程中液压冲击会对系统造成一定的影响，需要进一步深入探究。
三、下一步工作
1.系统改进
结合实验结果，我们将着手改进系统设计，使其能更好地抵抗液压冲击，提高系统的稳定性和可靠性。
2.完善实验过程
在后续实验中，我们将完善实验方案，提高实验结果可信度，探究液压冲击对系统特性的影响机理。
3.加快进程
为了保证任务最终的高质量完成，我们将密切关注实验进展，加快进程，并及时修正与调整实验方案。
基于PWM的变量喷施控制系统设计及实验研究
基于PWM的变量喷施控制系统设计及实验研究
王浩;陈树人
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2012(034)012
【摘要】以STC12C5410AD单片机为载体,设计了一套基于可编程计数器阵列(PCA)模块的变量喷施控制系统.该系统是以喷雾机前进速度、杂草密度信息为输入量、以喷药量和压力变化为输出的双输入双输出系统,并对其进行了仿真研究.仿真及实验结果证明,该系统能根据车具行进速度和杂草密度而实时改变喷药量以及管路压力的大小,误差精度小于5％.
【总页数】4页(P159-161,205)
【作者】王浩;陈树人
【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室,江苏镇江212013;江苏大学江苏省农业装备与智能化高技术重点实验室,江苏镇江212013【正文语种】中文
【中图分类】S491;S126
【相关文献】
1.PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响 [J], 蒋斌;李林;李晋阳;魏新华
2.基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计 [J], 武同昆;周超英;谢鹏
3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐
4.PWM变量喷施压力稳定控制系统 [J], 章少岑;刘青山
5.基于PWM的变浓度喷施控制系统设计与试验 [J], 孔辉;伊丽丽;兰玉彬;白京波;韩鑫
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变量喷药装置控制系统的设计与试验
基金项目：黑龙江省哲学社会科学研究规划项目"黑龙江省生态
文明机制体系建设问题研究”（18JYH760）
作者简介：周文娟（1985—）,女，
，硕士，
为
控制与
。
，研究方
此外，还可 的时
进水 的药 量。
的34 器
差分析得出,药 机械的研制提 行性参考。
0.01%, 喷药农用
1喷药装置整体方案设计
1.1主要结构和工作原理
喷药装置试验台结构示意图如图1所示。喷药装置试
要
传感器、 器、调节、溢 、 泵、
药箱、3段12 喷头、量、 传感器以及各种道
Q
图1喷药装置试验台结构示意图
B C 1药2 V液D 箱
D液 体 泵
E过 滤 器
F G H M N S P X
流
主 h阀t
溢流
压力
压力
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3
计 阀 传 表 器 阀 传 阀
的 增量为！N，
4s的
，
后，用加
，当流回：
y⑹=罟6 [(4A2V(f) + 3A^(/c-1) + 2AN(k-2)+ AN(k — 3)]
调节阀 用 Tee Jet 的 344BRL， 从
开需要6 s，测试的有效最小微动是1/160 s&
2喷药控制系统硬件电路设计
药
路
器为 ，
装为LQFP-44、STC12C5A60S2型单片机，其
3.1压力及流量试验
进行喷头流量试验 ， 将 有 的量
在
相应的喷头下方，起动电动机，打开主阀开关；当主阀进
水口压力为0.45 MPa和0.80 MPa时(即此时压力表N的
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性魏新华;于达志;白敬;蒋杉【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2013(000)005【摘要】Owing to its intermittently spraying characteristics, spray deposition distribution uniformity of PWM-based variable rate application system is hard to control. A PWM-based variable rate application testing system was constructed by integration of a modified commercial boom sprayer and an IPC-based measurement and control system to study its static deposition distribution characteristics. The sprayer consisted of a fluid tank, a filter, a diaphragm pump, a proportional relief valve, 12 high speed on-off solenoid valves, 12 TR80-05 hollow-cone nozzles and various pipelines, mounted on a tractor, and was driven by the tractor via its power take-off shaft. The IPC-based measurement and control system was composed of a pressure sensor, 4 flow sensors, a signal conditioning module, an IPC, an analog input data acquisition card、a PWM signal output card、an analog output card, and 2 driving modules. Real-time monitoring of subgroup flow and boom pressure, feedback stable control of average boom pressure, setting of the average boom pressure, and setting of frequency and duty cycle of the PWM signal were performed by the measurement and control software which was developed with Labview. Droplets were collected with a matrix-styled droplet collection device, ithad a horizontal collection dimention of 1000 mm×1000 mm and was divided evenly into 20×20 grids. Putting a paper cup in each grid, weighting the cups before and after each spraying test, droplet deposition of each grid could be deduced, and two-dimentional deposition distribution was obtained. Static deposition distributions of the PWM controlled nozzle were tested under various spray conditions of different spray pressures, different frequencies and duty cycles of PWM signal with the tractor holding still and the tested nozzle 0.5 m distance above the droplet collection area. And nonlinear regression analyses were performed on static deposition distribution specimens acquired under spray conditions of 0.3MPa spray pressures, 2Hz PWM signal frequency and different PWM signal duty cycles to construct their static deposition distribution models on dimension of droplet collection grid unit. Test and analysis results show that static deposition distribution models of theTR80-05 hollow-cone nozzles have a centrosymmetric shape of circularring and accords with the two-dimensional dual normal distribution, droplet deposition and radius of the deposition circular ring increase with the increasing of spray pressure, droplet deposition is approximately proportional to the duty cycle of PWM signal, the duty cycle of PWM signal has less effect on radius of the deposition circular ring, and the frequency of PWM signal has less effect on the static deposition distribution.% 由于脉宽调制(PWM)间歇喷雾式变量喷施系统的间歇喷雾特性，其雾量分布均匀性较难控制，为此该文采用隔膜泵、比例溢流阀、高速开关电磁阀、TR80-05型空心圆锥雾喷头和工控机测控系统等构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施试验系统，并对其静态雾量分布特性进行了试验研究.在不同喷雾压力、不同PWM 信号频率和占空比下，采用矩阵式雾量收集装置对PWM 喷头的静态雾量分布进行了测试，并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3 MPa、PWM信号频率2 Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型.结果表明：TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状，且近似符合二维双正态分布；随喷雾压力的增大，雾量沉积量增加，且雾量分布圆环区域半径增大；PWM 信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系，而对雾量分布圆环区域半径的影响较小；PWM信号频率对静态雾量分布影响很小.【总页数】6页(P19-24)【作者】魏新华;于达志;白敬;蒋杉【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;合肥师范学院电子信息工程学院，合肥 230061【正文语种】中文【中图分类】S49【相关文献】1.PWM间歇喷雾变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试 [J], 于达志;陈树人;魏新华2.脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制 [J], 魏新华;蒋杉;张进敏;李青林3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐4.脉宽调制型变量喷雾系统雾量沉积分布 [J], 吴春笃;杜彦生;张伟;张波;陈志刚5.PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击 [J], 吉鑫;崔银伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
科技成果——变量施药技术及装备
科技成果——变量施药技术及装备成果简介
本项目属于植保机械领域，主要涉及脉宽调制（PWM）间歇喷雾式变量喷施技术、PWM变量喷施控制器和变量施药装备等内容。
PWM变量喷施技术通过对喷头电磁阀的开关控制实现喷头的间歇式喷雾，通过对电磁阀控制信号的脉宽调制（即占空比调节）实现喷头平均喷雾流量的调节。
PWM变量喷施控制器可输出12路独立可调的PWM控制信号，分别控制12个喷头，实时检测机组作业速度、系统喷雾压力和系统总喷雾流量，并根据以上信息及各喷头的设定施药量，对各喷头电磁阀的占空比进行动态调控，从而实现各喷头喷雾流量的精确控制。
应用PWM变量喷施技术和PWM变量喷施控制器可对传统的喷杆式喷雾机和果园弥雾机进行变量喷施改造，根据实际施药区域和施药量要求，进行喷幅和喷药量的动态调控，并在机组作业速度发生波动时，维持各喷头实际施药量的稳定，从而实现按需施药，并避免出现重喷、漏喷和喷出界问题。
性能指标
经江苏省农业机械试验鉴定站检测，PWM变量喷施喷杆式喷雾机的喷雾流量调节范围为10、喷雾流量控制误差≤±2%、喷药量控制误差≤±2.9%，满足变量施药要求。
与国外同类技术相比，本项目在喷雾流量调节范围和喷药量控制精度等方面达到了国外同类产品水平，在喷雾压力独立稳定控制和动态雾量分布均匀性控制等方面超
过了国外同类技术水平。
适用范围
该项目可实现按需施药，对节约农药、减少农产品农药残留、保护农业生态环境具有重要意义。
该项目可广泛应用于大田植保和果园植保，市场前景广阔。
投资规模
用于传统喷杆式喷雾机或果园弥雾机的改造，仅需增加成本1-3万元。
合作方式技术转让。
变量喷施技术及其雾化特性评价方法综述
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DE E D" ! ! T M ! :6 ) " T 3 ! :6 ) " 7 N " , J MO " & , 7 S 8 " ; !
农药与剂型 & !! 现代农药使用技术由 & 部分组成 $ 施药工艺和施药器械 ' 我国农药生产技术处于国际 先进水平 ! 但农药有效利用率低 & 农产品农药残留超 环境污染 & 作物药害 & 操作者中毒等问题突出 ! 其 标& 主要原因是施药工 艺 与 施 药 器 械 落 后 ! 与欧美发达 国家 相 差 & "#A "年
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施装置后 ! 还应了解其雾化特性 ! 以此作为此种变量 喷施技术适用于精确农业高效喷施系统的技术推广 依据 ' 因此对于变量喷雾装置的雾化特性评价研究 至关重要 ' 现阶段在我国 ! 由于变量喷施技术的不完善 ! 其 还有很大的改进 & 应用和发展将是一个渐近的过程 ! 创新 & 研究空间 ' 在 流 量 控 制 装 置 对 喷 头 雾 化 特 性
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已 的落后现状与我国 高 速 发 展 的 农 药 水 平 不 相 称 ! 妨碍了农作物病虫 害 的 防 治 ! 造成了不应有的损失 和不良后果 ' 欧美发达国家 ! 早在上世纪 B " 年代已 特种农 业 机 械, 行 列! 设有专门管 将植保机械列入 + 理部门和机构 ' 在 我 国 加 入 世 贸 组 织 承 诺 中 ! 植保 机械被列 入 强 制 执 行 性 安 全 认 证 的 产 品 " 目 1 1 1#
基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究
基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究蒋焕煜;周鸣川;童俊华;刘岩【摘要】构建了一套可采集测量喷头喷雾压力数据的PWM变量喷雾实验平台,通过喷头压力与流量关系特性,经卡尔曼滤波算法得出喷雾瞬时流量数据,并对其积分得到喷雾流量.设计了一种自动分段线性拟合方法将滤波后得到的喷雾流量与PWM信号占空比相关联,最终建立PWM喷雾流量模型.在喷雾压力为0.2、0.3和0.4 MPa条件下,对各喷雾流量模型进行喷雾流量控制精度实验,实验表明3种压力条件下所建立的PWM喷雾流量模型决定系数R2均在0.995以上,喷雾流量控制误差在±6％范围内,说明该方法可以为快速、在线建立喷雾控制模型提供参考.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2014(045)010【总页数】6页(P60-65)【关键词】变量喷雾;脉宽调制;卡尔曼滤波;分段线性拟合【作者】蒋焕煜;周鸣川;童俊华;刘岩【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S49引言变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的重要技术手段［1-2］。
变量喷雾施药可以通过变喷雾时间和变喷雾压力两种途径实现，变喷雾压力方法在改变喷雾流量的同时也改变了雾滴粒径及雾滴分布，因此应用受到局限。
变喷雾时间实现方式有变作业速率与运用PWM技术调节电磁阀两种，其中作业速率往往受到其他因素局限调节不便，而运用PWM技术调节电磁阀实现流量控制对喷雾粒径影响不大［3-4］，因此该技术已成为实现变流量喷雾的重要手段［5-6］。
应用 PWM 技术进行喷雾流量控制，喷雾流量模型是必不可少的。
Lebeau等［7］在某一确定压力和固定频率下使用线性方程对喷头特性进行了描述，刘大印等［8］通过正交组合设计方法建立了喷雾压力、PWM信号占空比和流量的关系模型，翟长远等［9］通过二次回归正交组合设计建立了针对指定喷头的喷雾压力、PWM信号频率、PWM信号占空比和流量的回归方程，魏新华等［10］针对指定喷头分析了包括压力泵转速、喷头位置、喷雾压力等多个因素对喷雾流量的影响，建立了在不同压力下PWM信号占空比与喷雾流量的关系。
PWM变量喷施压力稳定控制系统
0引言常规机动农药喷施作业无法因地制宜、按需施药，变量喷施技术因其可根据施药区域病虫草害情况按需施药，提高农药的有效利用率成为了施药技术重要的发展方向[1-3]。
变量喷施技术主要分压力调节式、浓度调节式和PWM 间歇喷雾流量调节式3种[4]，PWM 间歇喷雾流量调节式动态特性好、控制精度高，具有更加广阔的应用前景[5-7]。
PWM 间歇喷雾流量调节式变量喷施系统在作业过程中因隔膜泵周期性压力脉动、电磁阀快速启闭液压冲击以及设定施药流量的变化，系统喷雾压力波动较大，对施药效果造成较为严重的影响[8-9]。
目前，国内外有关PWM 变量喷施系统压力脉动特性及其消除方法的研究很少。
本文针对PWM 间歇喷雾流量调节式变量喷施系统压力脉动的主要来源，为其设计压力稳定控制系统，并通过试验对该系统的性能及稳定性进行测试。
1PWM 变量喷施系统1.1系统结构PWM 变量喷施技术是事先在容器中将化学药剂和水混合好，且在一定流量调节范围内保持压力的稳定，通过改变电磁阀动作频率和占空比来调节喷头喷雾流量[10]。
在实际运作过程中，通过对农田作物病虫草害的探测[11]及GPS 定位装置生成各喷头喷施处方图，调节电磁阀动作频率及占空比，对“电磁阀+喷头”组合的流量进行调节，实现农药喷施的因地制宜，变量喷施。
设计PWM 变量喷施系统如图1所示，采用自带手动溢流阀、排量40L/min 、最高工作压力可达1.5MPa 的隔膜泵供液；采用最高耐压2MPa 的TR80-05型圆锥雾喷头（德国，Lecher 公司）；采用6013型常闭直动式电磁阀（德国，Burkert 公司），工作压力0.3～0.5MPa 、开启时间20ms 、关闭时间30ms ；采用DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀（德国，博世力士乐股份公司），操作电压直流24V 、最大流量和最大工作压力分别为30L/min 和5MPa 、内部自带控制用集成电子元件。
1.过滤器2.隔膜泵3.隔膜泵动力输入轴4.隔膜泵动力输入轴转速传感器5.喷施流量传器6.比例溢流阀7.压力传感器8.“电磁阀+喷头组合”9.显示器图1PWM 变量喷施系统隔膜泵动力输入轴转速传感器采用JK8002C 型霍尔式接近开关，在隔膜泵输入轴上对应安装1个磁钢，工作电压为直流5～24V ，响应频率100kHz ；喷杆压力传感器采用CYT-102通用型压力变送器（北京天宇恒创有限公司），工作电压为直流24V 、测量范围0～1.5MPa 、精度0.25%、输出为4～20mA ；喷施流量传感器采用LWGY-15型流量传感器（北京天宇恒创有限公司），工作电压为直流24V 、测量范围0.3～5m 3/h 、精度0.25%、输出为4～20mA 。
PWM间歇喷雾变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试
的具体情 况进行按需施药 ， 不但达到预期 防治效 果 ，
而 且 减少 了农 产 品中 的农 药 残 留 和环 境 污 染 ¨ Ｊ 。农 药 精 确变 量 喷 施 控 制 方 式 主要 有 流 量 调 节 式 ］ 、 压
本 文拟 对 Ｐ ＷＭ 间歇 喷 雾 流 量 调 节 式 变量 喷施 系 统 的管路 压力 脉 动 和 液压 冲击 进 行 测 试 分 析 ； 确 定 在
要 ：在 Ｐ ＷＭ 间歇 喷雾 式 变 量 喷施 系 统 中 ， 隔膜 泵 间歇 性 吸排 液 等 特 点 会 在 管路 中形 成 压 力 脉 动 ， 且 电磁 阀
快 速 启 闭会 在 管路 中形 成液 压 冲击 ， 二者 综 合作 用 致 使 各 喷 头 的 实 际 喷 雾 压 力 发 生 波 动 ， 导 致 其 喷施 流量 和 雾
方 式 。其 中 ， Ｐ ＷＭ 间歇 喷雾 流量 调 节式 变 量 喷施 系统 通 过 改变 喷 头 电 磁 阀 的信 号 频 率 和 占空 比来 调 节 喷 头 的实 际 喷 雾 流 量 ， 其 流 量 调 节 范 围大 、 雾 化 特 性 一 致性好 ， 是 当前 变 量 喷施 的 主 要 控 制 方 式 ］ 。该 系 统 配套 用 泵 多采 用往 复 式 活塞 隔膜 泵 （ 以 下 简称 隔膜
化 特 性 出现 畸变 。 因此 ， 为 了揭 示 其 管路 压 力 脉动 的变 化特 性 和液 压 冲击 特性 ， 构 建 了一 套 Ｐ ＷＭ 间 歇 喷 雾 式 变
量 喷 施 系统 ， 并 在 不 同隔 膜泵 转 速 、 不同 Ｐ ＷＭ 控 制 信号 频 率 和 占空 比下进 行 了压 力 脉 动 和 液 压 冲 击 的 综合 测 试 研 究 。结 果 表 明 ： 随着 隔 膜泵 转 速 的增 加 ， 压 力 脉 动周 期 逐 渐 变 小 ， 幅值逐渐变大 ； 随着 Ｐ ＷＭ 信 号 频 率 的增 加 ， 液 压 冲击 和压 力 波动 趋 于 压力 脉 动 的形 式 ， 周 期逐 渐 变 小 ， 幅值逐渐变大 ； 而Ｐ ＷＭ 信 号 占空 比 对 液压 冲 击 和 压
基于PWM的无人机精准变量喷洒系统方案设计
基于PWM的无人机精准变量喷洒系统方案设计
1、研究的意义
传统的变量农药喷洒采用压力控制流量的方式，因此流量的改变就需要一定范围内的来改变压力，而压力的改变必然会导致喷雾颗粒大小的变化，从而造成喷药的不稳定。
为此采用变量农药喷洒的方法实现农药的喷药，因为它是在压力恒定的情况下实现的，实现了在保证喷雾颗粒大小不变的情况通过改变的值来更大范围的调节流量变化的目的。
2、PWM调制原理
PWM调制是通过脉冲宽度调制方式将直流电源变成PWM波。
PWM波是在一定频率下的由一连串连续的具有不同占空比的矩形波组成，它广泛地应用于测量、通信、与变频等许多领域。
图1所示为生成原理和波形图，该系统由一个锯齿波发生器和一个比较器组成。
信号如果小于输出高电平，否则输出低电平。
因此，从图1中可以看出，比较器输出一串波。
图1 调制过程
因此，可以通过对输出的方波进行信号放大来驱动电磁阀喷头。
在压力、。
水田宽幅喷雾机变量控制系统研究
９ 主控制器 ． ｌ． ３ 喷头
或手动输入得到区块 施药量信ห้องสมุดไป่ตู้ ； 由测速传感器得 到
实时速率 ， 则可通过式 （ ） １ 计算 出流量 ， 传输给控 制阀 的控制器 ， 而调节 流量， 进 实现均匀喷施 。同时 ， 实现 了数据的保存和实时显示 。
２ １ 设备 连接 方式 及数 据解 析 ．
控 制 器 ， 晶显 示器 和触 摸 屏 作 为 交 互 终 端 。工 作 时 液
１药箱 ． ２ 过滤器 ． ３ 比例 溢流 阀 ． ４ 电动控制阀 ． ５ 流量 计 ．
系统基于实时 Ｇ Ｓ定位信息 ， Ｐ Ｊ通过读取 ＧＳ Ｉ 处方 图
６ 压力表 ．
７ 电磁阀 ．
８ 下位机控制 ． １． １药泵
架 如 图 ４所 示 。
阀体组成 ， 总的控制阀可看成～阶延 时环节 ， 其传递 函
数 可用 下式 表示
・
主控制器 与各 个节点 的通信是一 主多从通 信方
ｌ ８・
２１ ０ ０年 ７月
农 机 化 研 究
第 ７期
式， 主机和下位机采用统一 的数据包结构进行 封装 和 解析 。发送 命令 数 据 帧格 式 为
量 传 感 器 和压 力 传 感 器 的反 馈 信 号 建立 了 闭环 控 制模 型 ， 而 克 服 了以 往 变 量 控 制 方 式 存 在 的 结 构 复 杂 、 本 从 成 高 等不 足 。 同 时 ， 用 嵌 入 式操 作 系统 和 Ｐ １ ４工控 机 ， 利 Ｃ０ 开发 了基 于 Ｒ ４ ５总线 的变 量 作 业控 制 系统 软 硬件 ， Ｓ８ 试 验 验 证 了上 述 系 统 的 有效 性 和 可 行性 。 关键词 ：变量喷雾 ；控 制系统 ；电动控制阀 ； ＰＤ控 制器 Ｉ 中图分类号 ：￥ ９ ． ４３ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ０ ０ １ ０ ８ Ｘ（ ０ ０）７— ０ ７— ４
PWM变量喷雾喷头流量模型
PWM变量喷雾喷头流量模型翟长远;王秀;密雅荣;范鹏飞;马永兵【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2012(43)4【摘要】Nozzle flow model is indispensable in variable-rate spraying control based on pulse width modulation (PWM) technology, especially when nozzles are controlled independently. A variable-rate test platform which could control spraying pressure precisely and was easy to set PWM parameters was designed. The central composite orthogonal regression tests were completed by using the test platform, and the flow models of TEEJET AITXA nozzles of type 8002, 8003 and 8004 were obtained. The results of equation hypothesis test and test for lack of fit of flow models showed that the three flow models were agreeable. The maximum relative error of the TEEJET AITXA nozzle model of type 8002 was 7. 05% , while the minimum relative error was 0. 14% . For the type 8003, the maximum and minimum relative errors were 7. 27% and 0. 31% . And for the type 8004, the maximum and minimum relative errors were 7. 94% and 0. 71%. Nozzle flow model validation trials showed that the relative errors between model flow and actual flow were small.%基于脉宽调制(PWM)的变量喷雾控制中,尤其对喷头进行独立控制时,喷头流量模型不可或缺.设计了能够精确控制喷雾压力,便捷设定PWM参数的试验平台,并使用该平台进行了二次回归正交试验,针对TEE JET AITXA 8002型、8003型和8004型喷头分别建立了喷头流量模型.参数检验和失拟检验表明喷头流量模型合适.模型普适性试验表明,8002型喷头模型最大相对误差为7.05％,最小相对误差为0.14％；8003型喷头模型最大相对误差为7.27％,最小相对误差为0.31％；8004型喷头模型最大相对误差为7.94％,最小相对误差为0.71％；模型计算流量和实际测量流量具有很好的一致性.【总页数】5页(P40-44)【作者】翟长远;王秀;密雅荣;范鹏飞;马永兵【作者单位】西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;国家农业信息化工程技术研究中心,北京 100097;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100;国家农业信息化工程技术研究中心,北京 100097;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌 712100【正文语种】中文【中图分类】S49【相关文献】1.基于高频电磁阀的脉宽调制变量喷头喷雾特性 [J], 李龙龙;何雄奎;宋坚利;仲崇山2.基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验 [J], 蒋焕煜;张利君;刘光远;施玮囡3.基于PWM技术的平移式变量喷灌机喷头流量分配方法 [J], 莫锦秋;周志宇;陶帅;李彦明4.PWM变量控制喷头雾化特性研究 [J], 郭一鸣; 张瑞瑞; 陈立平; 李龙龙5.大型喷灌机喷头PWM变量脉冲的实现 [J], 陶帅;李文涛;黄小林;李彦明;莫锦秋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于单片机PWM变量农药喷洒控制系统的研究
基于单片机P WM变量农药喷洒控制系统的研究刘大印1,2,王 秀1,毛益进1,马 伟1,邓 巍1(1.国家农业信息化工程技术研究中心,北京 100097; 2.太原理工大学信息工程学院,太原 030024)摘 要:针对目前农药变量喷洒技术缺乏的情况,开发了一种农药变量喷洒的控制系统。
以往的农药变量喷洒控制系统大部分是利用读取流量传感器的值,然后通过调节拖拉机速度或者水压来控制喷头流量大小,进而达到在喷洒过程中单位面积的量相等。
而本套控制系统是通过试验将PWM和速度通过公式整合起来,然后通过霍尔传感器来采集拖拉机速度来自动调节PWM的值,保证了单位面积内喷洒量的相同,从而达到变量喷洒、均匀喷洒的效果。
关键词:农药喷洒;单片机;霍尔传感器;电磁阀喷头;PWM中图分类号:TP273+.5 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2011)05-0099-050 引言目前,我国的农药喷洒技术大多数落后于西方发达国家,在农药的精准变量喷洒上更是如此,这样很容易造成农业喷洒的不均衡与浪费。
为了解决这方面问题,设计了一套控制系统,此控制系统可以通过键盘输入喷洒的面积、水压和总的喷洒量,然后通过单片机采集拖拉机速度,采集到的速度在单片机内运算(单片机内部运算公式已经在实验室中获得),计算出当前速度下合适的P WM值,即合适的流量值。
单片机经历了几十年的发展,在控制方面仍具有明显的优势,通过P WM输出控制电磁阀喷头,从而达到整体控制农药变量喷洒的目的。
1 P WM变量控制系统设计1.1 工作原理系统运行开始后,首先有一个100m速度的校准功能,用户输入校准的脉冲数为后面的速度作为参考,然后用户通过键盘依次输入喷洒农药的总面积、水压和总的喷药量,单片机会把输入的数据读进去,然后通过霍尔传感器实时采集拖拉机行驶速度;通过对速度的读取来定时地进行单片机内部运算,得到一个合适的P WM值(流量值);输出的P WM信号经过放大后驱动电磁阀,进行大田喷药。
变量喷雾系统设计及喷雾流量控制特性试验研究的开题报告
变量喷雾系统设计及喷雾流量控制特性试验研究的开题报告一、题目变量喷雾系统设计及喷雾流量控制特性试验研究二、研究背景和意义喷雾系统在工业生产、高效农业、环境治理等领域得到了广泛应用。
而流量控制技术是喷雾系统中最核心的技术之一，是实现喷雾质量稳定和精确喷雾的关键手段。
针对目前市场上普遍存在的固定流量喷雾系统在实际应用中难以满足不同生产环境和喷雾需求的情况，本研究提出了一种基于电磁阀的变量喷雾流量控制系统。
该系统可以根据不同要求实现流量调节，精确控制喷雾液体产量，提高喷雾系统的可靠性和稳定性。
三、研究内容和方法本研究主要包括以下内容：1.变量喷雾系统设计。
根据变量流量喷雾系统的工作原理，设计出基于电磁阀的变量喷雾流量控制系统，包括喷雾器、电磁阀、管路和控制系统等组成部分。
2.喷雾流量控制特性试验。
通过试验验证变量喷雾系统的性能和稳定性，包括流量控制精度、调节范围、响应速度等指标的测试，以及流量控制曲线的绘制和分析。
3.系统稳定性评估。
评估变量喷雾系统在不同工作条件下的稳定性和可靠性，以及系统对不同喷嘴和不同液体的适应能力。
本研究采用实验和数值模拟相结合的方法，先通过数值模拟确定系统设计参数，再通过实验来验证和调整系统性能和稳定性。
四、预期成果及意义1.设计出基于电磁阀的变量喷雾流量控制系统，包括目前市场上普遍存在的固定流量喷雾系统所不具备的可变流量功能。
2.通过试验验证系统性能和稳定性，得到流量控制精度、调节范围、响应速度等指标，为喷雾系统的实际应用提供科学依据。
3.评估系统对不同喷嘴和不同液体的适应能力，拓展喷雾系统的应用范围和市场前景。
本研究的意义在于，提高喷雾系统的可靠性和稳定性，满足不同应用环境和喷雾需求的要求，有助于推动喷雾系统的技术升级和市场需求的拓展。
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农机化研究
第 12 期
PWM 变 量 控 制 喷 头 雾 化 特 性 研 究
郭一鸣1，2 ，张瑞瑞2 ，陈立平2 ，李龙龙2
（ 1 ． 西 北 农 林 科 技 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 ，陕 西 杨 凌 712100 ； 2 ． 国 家 农 业 智 能 装 备 工 程 技 术 研 究 中 心 ， 北京 100097）
Width Moderation ，PWM ） 控 制 信 号 ，测 试 了 不 同 喷 头 在 不 同 频 率 和 占 空 比 下 的 流 量 和 雾 滴 粒 径 。 结 果 表 明 ： 在 高
频 信 号 下 ，3 种 不 同 类 型 的 喷 头 流 量 和 占 空 比 均 呈 线 性 变 化 趋 势 ，且 和 频 率 呈 正 相 关 性 ； AD120 － 02 型 喷 头 流 量
05 型圆锥雾喷头的静态雾量喷雾特性，发现 PWM 信 号 占 空 比 与 雾 量 沉 积 量 近 似 呈 正 比 关 系［8］。
论基础。
1 理论依据
收稿日期： 2018－10－15 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 31771674） ； 北京市 农 林 科 学 院
2018 创新能力建 设 专 项 （ KJCX20180424 ） ； 陈 立 平 北 京 市 百千万人才工程项目（ 2016－2017） 作者简介： 郭 一 鸣 （ 1993 － ） ，男，河 北 秦 皇 岛 人，硕 士 研 究 生，（ E － mail） 474157691@ qq．com。 通讯作者： 陈立平（ 1973－） ，女，福建惠安人，研究员，（ E － mail） chenlp @ nercita．org．cn。
测试环境下比较不同喷头的喷雾特性。 实际应用中 ，不同 作 物 及 其 复 杂 的 施 药 环 境 对 喷
头有不同的要求，且不同喷头的防治效果不同［21］。本
进行模型普适性实验，结果表明： 模型流量和实际测 量流量均具有很好的一致性［6］。随顺涛等使用 TEE-
文在脉宽调制变量喷施系统的基础上对不同喷头的 喷雾效果进行了研究，改变控制高频电磁阀信号的频
调 节 倍 数 在 相 同 测 量 条 件 下 均 大 于 其 余 两 种 类 型 喷 头 ，在 10 Hz 达 到 最 大 调 节 倍 数 2 ． 01 倍 ； 3 种 喷 头 的 雾 滴 的 体
积 中 值 中 径 和 控 制 信 号 的 占 空 比 、频 率 呈 负 相 关 性 趋 势 变 化 ； TＲ80 － 02 号 喷 头 雾 滴 分 布 相 对 跨 度 和 粒 径 变 化 幅
变量喷洒系统采用高频电磁阀为流量控制元件， 通过改变电磁阀的开关量进而改变喷头的流量和压 力［22］。理论上通 过 改 变 控 制 信 号 的 占 空 比 会 线 性 地 改变喷头流量 L1，电磁阀因其机械特性会存在开启反 应时间 t1 和关闭反应时间 t2，信号示意图如图 1 所示。 根据公式（ 1） 可求得此时流量 L1，即
JET 11003 标准扇形喷头建立了脉宽调制的变量喷药 控制系统，实现了根据车速变化完成变量喷药［7］。魏
率和占空比，在相同条件下对不同喷头的流量和粒径 进行测量，分析 PWM 变量施药系统对不同喷头产生
新华等通过 PWM 间歇式变量喷施系统研究了 TＲ80－ 的影响，从而为不同的施药环境和施药机具等提供理
0 引言
目前 ，我国食品安 全 状 况 并 不 乐 观 ，农 药 残 留 、滥
史万 苹 等 PWM 变 量 控 制 系 统 控 制 电 磁 阀 来 研 究 TEEJET 11003 标准扇形喷头的流量情况，流量控制范 围可达到 4： 1［9］。Lebeau 等人使用 TEEJET XＲ 11006
用食品 添 加 剂 等 问 题 都 严 重 威 胁 着 人 类 的 生 命 健 康［1］。农药 残 留 是 食 品 安 全 问 题 中 的 一 大 突 出 问 题［2］，通过采用 精 准 施 药 技 术 减 少 农 药 喷 施 过 量，已 成为植保领域的重要研究方向［3］。
摘 要： 为 研 究 基 于 高 频 电 磁 阀 的 变 量 喷 雾 系 统 对 不 同 喷 头 的 喷 雾 特 性 的 影 响 ，选 取 Lu120 － 02 扇 形 、TＲ80 － 02
型 锥 形 和 AD120 － 02 型 防 漂 3 种 不 同 喷 头 ，采 用 基 于 高 频 电 磁 阀 的 变 量 喷 雾 系 统 ，通 过 改 变 脉 宽 调 制 （ Pulse
量调节喷洒系统研究喷头的喷雾特性是当前研究变 量喷洒的 主 要 方 式 之 一［4］。 邓 巍 等 采 用 开 关 电 磁 阀
国内外很多基于脉宽调制的变量喷施系统研究均相 对于同一种或者同一类型喷头进行［12－20］，并未在相同
研究了扇形喷头的喷雾特性，发现喷头流量调节倍数 可达 4．17 倍［5］。翟长远等通过脉宽调制变量喷雾对 TEEJET AITXA 空心锥形喷头建立了喷头流量模型并
度 均 最 小 ，其 雾 滴 分 布 展 现 出 最 好 的 稳 定 性 和 均 匀 性 。
关键词： 变量喷洒； 雾化特性； PWM； 电磁阀
中图分类号： S491
文献标识码： A
文章编号： 1003－188X（ 2019） 12－0145－06
DOI:10.13427/ki.njyi.2019.12.026
·145·
2019 年 12 月
农机化研究
第 12 期
L1
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采用 PWM （ Pulse Width Modulation） 间歇喷雾流
延长范围扇形喷头设计了基于喷杆速度变化的 PWM 变量施药控制系统，发现变量系统减少了机械不必要 震动对喷 雾 带 来 的 影 响［10］。Pierce Ｒobert 等 人 使 用 TEEJET XＲ8005 型喷头研究不同占空比下的沉积特 性，实验发现 改 变 占 空 比 会 影 响 喷 雾 沉 积 均 匀 性［11］。