[發(fā)明專利]一種柔性管道自動(dòng)收放控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310328877.9
• 申請(qǐng)日: 2013-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN103350926A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周志艷;袁旺;楊景鋒;何偉良;許航;陳家坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B65H59/38
• 分類號(hào): B65H59/38
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)閉環(huán)控制技術(shù)，具體涉及一種柔性管道自動(dòng)收放控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物病蟲草鼠害情況嚴(yán)重。由于受植保機(jī)械落后的影響，一方面，噴施器械落后和農(nóng)業(yè)資源有效利用率低下，不僅直接造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，我國(guó)每年因各種病蟲害而造成的糧食損失多達(dá)4000萬噸，約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的8.8％；另一方面，在采用常規(guī)方法噴施農(nóng)藥時(shí)，撒出去的農(nóng)藥只有25％-50％能沉積在作物葉片上，其余50-75％的農(nóng)藥則以揮發(fā)、飄移等形式散失，也帶來了水土資源污染、生態(tài)系統(tǒng)失衡、人們的健康受到威脅等問題。因此，加強(qiáng)水稻生產(chǎn)植保機(jī)具研究，提高噴施作業(yè)效率和精度，意義重大。

目前，全國(guó)使用的植保機(jī)械以手動(dòng)和小型機(jī)(電)動(dòng)噴霧機(jī)為主，其中手動(dòng)施藥藥械、背負(fù)式機(jī)動(dòng)藥械分別占國(guó)內(nèi)植保機(jī)械保有量的93.07％和5.53％，拖拉機(jī)懸掛式植保機(jī)械約占0.57％。噴施器械落后和農(nóng)業(yè)資源有效利用率低下，植保機(jī)械的整體落后情形與我國(guó)糧食大國(guó)地位極不相稱，農(nóng)藥研發(fā)創(chuàng)新不斷的格局也與噴施機(jī)具的研發(fā)改進(jìn)緩慢狀況不協(xié)調(diào)，因此發(fā)展植保機(jī)械，加強(qiáng)植保機(jī)械技術(shù)研發(fā)勢(shì)在必行。

為了精確地使用農(nóng)藥，改善農(nóng)藥的中靶率，有效降低施藥造成的浪費(fèi)和帶來的污染，提高作業(yè)效率，20世紀(jì)70年代以后，一些先進(jìn)的噴施技術(shù)陸續(xù)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用，主要包括自動(dòng)對(duì)靶噴霧、風(fēng)送低量噴霧、風(fēng)送遠(yuǎn)程噴霧、靜電噴霧、回收循環(huán)噴霧、防霧滴飄移噴霧(用防飄噴頭和風(fēng)幕技術(shù))、航空施藥、大型噴桿噴霧等。但這些技術(shù)都存在不同的局限，一些技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段，未見大規(guī)模的市場(chǎng)推廣應(yīng)用；一些技術(shù)雖已推廣應(yīng)用，但在施藥的作業(yè)成本、效率、精確度、可靠性以及區(qū)域適應(yīng)性等方面很難取得平衡。尤其是水田作物，例如風(fēng)送式，手持式、背負(fù)式噴藥噴幅內(nèi)遠(yuǎn)近梯度很難實(shí)現(xiàn)藥液的均勻給藥，也難實(shí)現(xiàn)精確對(duì)靶，重噴漏噴嚴(yán)重；過遠(yuǎn)的噴幅需要大的噴施壓力，但也容易對(duì)幼苗造成傷害；常規(guī)噴藥方法由于水稻，行距小，而且當(dāng)水稻生長(zhǎng)至封行期后，行壟不清晰，采用噴桿噴霧等傳統(tǒng)機(jī)械難以進(jìn)入田塊實(shí)現(xiàn)噴藥作業(yè)；噴桿式機(jī)具進(jìn)入田間后由于田塊局部不同，易造成噴桿顛簸傾斜等；飛機(jī)噴藥價(jià)格高昂，高度和精度控制，易出現(xiàn)霧滴漂移和漏噴、疊噴現(xiàn)象等問題。因此，著力研究適應(yīng)水田作業(yè)的高效率、高精度噴施作業(yè)的機(jī)理勢(shì)在必行。

公開號(hào)為CN101507428B的發(fā)明專利提出了一種懸浮式管道噴施系統(tǒng)及其控制方法，用于在稻田中進(jìn)行超寬幅農(nóng)藥高效精確噴施作業(yè)。該系統(tǒng)的原理如圖1所示。

參見圖1，該系統(tǒng)主要包括用于噴施的柔性管道1、肥料和農(nóng)藥供給控制器2、管道自動(dòng)收放控制器3、鼓風(fēng)機(jī)4以及用于掛載噴施系統(tǒng)的拖拉機(jī)5、6，其中，管道兩端懸掛在兩輛拖拉機(jī)上，管道的其中一端設(shè)置自動(dòng)收放控制器，用于自動(dòng)收放管道，另一端連接肥料和農(nóng)藥的供給裝置。

此噴施系統(tǒng)從作物上方噴撒霧化的藥液，噴灑高度可調(diào)，具有藥液噴灑均勻的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有其他作業(yè)機(jī)具無法比擬的超寬幅的優(yōu)勢(shì)，懸浮管道噴施作業(yè)方式不需要進(jìn)入水稻田塊，彌補(bǔ)了其他噴藥機(jī)具由于進(jìn)入行距小的水稻田而毀壞農(nóng)作物的不足，真正適用于稻田農(nóng)藥高效噴施作業(yè)。

懸浮管道噴施作業(yè)方式的前提是管道懸浮，管道的自動(dòng)收放是管道懸浮的關(guān)鍵。基于管道張力檢測(cè)的自動(dòng)收放系統(tǒng)是超寬幅稻田農(nóng)藥高效精確噴施作業(yè)機(jī)具的重要組成部分，實(shí)時(shí)調(diào)整管道的長(zhǎng)度，保持一定的張力可實(shí)現(xiàn)在噴施作業(yè)過程中管道自動(dòng)保持張緊狀態(tài)，是增加稻田農(nóng)藥噴施作業(yè)幅寬、提高農(nóng)藥噴施作業(yè)效率的前提和基礎(chǔ)。

所以管道的自動(dòng)收放是整個(gè)噴藥效果的關(guān)鍵。在自動(dòng)噴藥技術(shù)中，運(yùn)用管道張力的自動(dòng)收放控制技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)噴藥的研究未見報(bào)道。對(duì)于張力控制研究大多局限在紙張印刷工業(yè)、紡織工業(yè)和用于起重作業(yè)的鋼絲上，未見有在自動(dòng)噴藥技術(shù)中對(duì)藥液管道張力的控制的先例。

張力的自動(dòng)控制一是要求傳感器能在其工作場(chǎng)合靈敏準(zhǔn)確測(cè)出張力，二是要求信息反饋后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，張力保持等一些列動(dòng)作的控制流程精準(zhǔn)、穩(wěn)定、快速。在特定稻田噴施作業(yè)環(huán)境下，壓力檢測(cè)具有以下特點(diǎn)：用拖拉機(jī)拖動(dòng)噴施機(jī)具作業(yè)，拖拉機(jī)振動(dòng)較大，采用傳統(tǒng)的壓力檢測(cè)，干擾因素太大；懸浮管道為較軟的扁平材料，和紗線和鋼絲的張力檢測(cè)有很多區(qū)別，如何均勻檢測(cè)壓力，設(shè)計(jì)壓力檢測(cè)裝置，精準(zhǔn)地反應(yīng)懸浮管道的張緊度十分關(guān)鍵。對(duì)張力的控制，也與紗線，鋼絲的傳統(tǒng)張力控制不同，目前張力控制的實(shí)例大部分是控制恒定張力。懸浮管道自動(dòng)收放控制系統(tǒng)不是恒定系統(tǒng)，而是隨動(dòng)系統(tǒng)。懸浮管道的張力控制目標(biāo)是隨管道伸出長(zhǎng)度變化的，并且其張力的變化是非線性的，這就有別于常規(guī)的張力控制方法。