施肥播种机肥料流量分段式PID控制系统设计与试验

施肥稳定性是评价变量施肥系统性能的重要指标,针对常规外槽轮式排肥器排肥时脉动性明显导致排肥均匀性差的问题,提出了基于肥料流量反馈的分段式PID控制方法,并设计了施肥播种机高精度肥料流量控制系统,系统采用肥料流量检测模块获取实时肥料流量并作为反馈输入,结合目标肥料流量,根据分段式PID控制算法得到控制输出量,驱动施肥电机,实现肥料流量的准确控制。搭建了施肥试验台,进行了肥料流量变化阶跃响应与施肥精度的台架试验,结果表明,肥料流量控制系统的阶跃响应时间最大值为1.42 s,均值为0.98 s,超调量最大值为3.49%,均值为2.82%,稳态误差最大值为0.89%,均值为0.64%,施肥量控制精度最小值为97.83%,均值为98.14%。在不同试验条件下,肥料流量控制系统的肥料流量控制精度与施肥精度均优于恒定转速系统。田间试验表明,当车速为4、6、8 km/h时,肥料流量控制系统的施肥量控制精度分别为97.84%、97.78%和97.82%,施肥量控制精度平均值为97.81%,标准偏差为0.28%,能够满足高精度施肥需求。

水稻高速插秧机固体颗粒肥料变量施肥装置设计与试验

变量施肥技术是实施科学施肥的重要手段,可使施肥更精准、更有针对性,有效减少农田污染。在水稻高速插秧与同步施肥作业时,施肥量的调节主要采用提前标定方式调控,其调控费时、精度不稳定。为快速准确地调节施肥量,实现变量施肥作业,本文设计了一种自动控制的固体颗粒肥料变量施肥装置,阐述了变量施肥装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以单片机STM32为控制核心,构建了施肥量在线检测及智能调控系统。采用试验设计优化方法,对肥料流量在线检测系统性能与主要影响因素进行试验,确定了最佳因素组合;通过试验分别构建了3种主要固体颗粒肥料检测流量与压电片电压之间的关系模型、3种主要固体颗粒肥料实际流量与排肥轴转速之间的关系模型、排肥轴转速与电动推杆工作长度和插秧机前进速度之间的关系模型,并对模型进行试验验证与分析。开展了排肥轴转速分别为20、25、30 r/min肥料质量检测精度试验,当插秧机前进速度为1 m/s匀速条件下,3种肥料总体质量检测精度平均值分别为94.45%、93.85%和93.15%;进行了复合肥施肥量为200、250、300 kg/hm~2和尿素施肥量为165、195、225 kg/hm~2调控性能试验,当插秧机前进速度为0.6~1.4 m/s条件下,3种肥料总体施肥量变异系数平均值分别为3.02%、3.15%和2.82%;进行了施肥量分别为180、225 kg/hm~2的田间试验,当插秧机前进速度为1~1.4 m/s条件下,挪威复合肥施肥量准确率平均值分别为94.89%和97.82%。理论与试验分析表明,该变量施肥装置调控性能稳定,能够满足水稻侧深变量施肥的作业要求。

基于微波多普勒法的施肥质量流量检测系统研究

为了实现施肥量的精确检测,本文构建了基于微波多普勒雷达以及振动干扰抑制方法的肥料质量流量检测系统。由多普勒信号经过快速傅里叶变换处理获得肥料颗粒速度和浓度。定义速度和浓度乘积为传感器输出值,并使用最小二乘法建立传感器输出值和肥料质量流量的线性回归模型。通过对信号的统计规律进行分析,将功率谱的5倍平均值用作区分振动干扰和流量信号的阈值。在实验平台上,使用2种复合肥进行了检测,实验结果表明,肥料质量流量最大检测值可达2629.9 g/min,检测相对误差不大于5%。此外,将检测系统安装在施肥机上,在水泥路上使用第3种复合肥进行了测试,由于振动影响,检测系统最大检测误差达到21.57%。使用提出的振动干扰抑制方法进行处理后,肥料质量流量检测范围在1429.1~2976.9 g/min之间,相对误差不大于10.04%。因此,结合振动抑制方法,微波多普勒法的质量流量检测系统能够精确检测实验平台上和施肥机上不同肥料的质量流量。