[發明專利]基于步進電機的自動變量施肥裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201410321752.8
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104081921A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 宋樂鵬;彭軍;寧有為;何蘭
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: A01C15/00
• 分類號: A01C15/00;A01C15/12
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

技術領域

本發明涉及到農用機械自動控制技術領域，具體地說，是一種基于步進電機的自動變量施肥裝置及其控制方法。

背景技術

在我國，農業一直都是國民經濟、國家自立和社會安定的根基，人們的切身利益和社會的安定都時刻受到農業發展的影響。

目前，我國的傳統農業在化肥的使用過程中存在運用不合理，造成大量環境污染，肥料利用率低等問題。因此實施變量按需施肥，可大大的提高化肥利用率、減少化肥的浪費以及減少化肥對環境的不良影響，經濟、社會和生態效益都得到了很顯著改善。

然而，自動變量施肥技術和相關機械還處于研究階段，未能實際使用，而且還存在設備成本較高，難以推廣實用等問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種基于步進電機的自動變量施肥裝置，該裝置能夠根據每塊地的施肥信息實時調整施肥量，實現變量施肥，能夠提高肥料利用率，且推廣成本低。

為達到上述目的，本發明表述一種基于步進電機的自動變量施肥裝置，包括牽引裝置和安裝在該牽引裝置上的施肥機構，其關鍵在于：所述施肥機構包括料箱與排料調節裝置，該排料調節裝置開設有N個排肥孔，每個排肥孔的上端通過一根導肥管與所述料箱相通，每個排肥孔的下端連接有一根施肥管，在所述排料調節裝置內還插接有調節板，該調節板上開設有N個與所述排肥孔相適應的過料孔，在所述調節板的一側設有齒條，該齒條與步進電機轉動軸上的齒輪嚙合，通過步進電機帶動調節板左右移動改變排肥孔的開度實現變量施肥。

在施肥時，根據每一塊的施肥量，得到步進電機相應的轉動次數和轉動方向，以及計算出此時排肥孔開度的保持時間。然后控制步進電機帶動調節板左右運動，通過改變調節板的過料孔與排肥孔的相對位置來控制排肥孔的開度，從而實現控制施肥裝置的施肥量。通過本施肥裝置，可以實時的根據具體每一塊地的施肥信息，通過步進電機調節施肥裝置的施肥量，能夠實現精確的按需施肥，提高肥量的利用率，減少對生態環境的影響，且推廣成本低。

為了便于對施肥裝置的施肥量進行控制，實現變量施肥，在所述牽引裝置上還設有速度傳感器和控制器。

為了便于對調節板進行控制，所述排料調節裝置包括蓋板與底板，蓋板與底板相對開設有N個通孔，每根所述導肥管的下端與蓋板上的一個通孔相連，每根所述施肥管的上端與底板上的一個通孔相連，所述蓋板蓋裝在底板上，所述調節板插接在蓋板與底板之間。

所述導肥管與施肥管均為圓管，且其管心線位于同一條直線上。

采用上述結構，可以減小肥料在管壁的附著，避免肥料堵塞管道，保證施肥過程順利進行。

為了便于施肥過程的進行，所述料箱左側壁的下端部設為斜面，該斜面的斜度為30°～60°。

結合上述施肥裝置的結構，本發明提出一種基于步進電機的自動變量施肥裝置的控制方法，按照以下步驟進行：

步驟1：參數設置，每塊地的施肥量為Q_i，每塊地的長度為L_i，i＝1～n，n為待施肥的地塊數；

步驟2：控制器采用模糊控制算法將每塊地的施肥量Q_i模糊化，然后將第i地的施肥量Q_i與第i+1塊地的施肥量Q_i+1進行比較，按照e＝Q_i+1-Q_i、和ei＝∫edt分別得出兩個施肥量的誤差e、誤差變化率ec和誤差積分ei；

步驟3：控制器將步驟2所得的誤差e與誤差變化率ec進行模糊化處理，得到適于模糊運算的模糊量誤差E與模糊量誤差變化率EC；

步驟4：確立模糊控制規則表，并根據模糊控制規則表對步驟3所得的模糊量誤差E與模糊量誤差變化率EC進行模糊推理，查表得到調整參數的增量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D；

步驟5：控制器對步驟4所得結果分別進行逆模糊化處理，得到控制參數K_P、K_I、K_D；

步驟6：控制器將步驟3所獲得的誤差e與誤差變化率ec與步驟5所得的控制參數K_P、K_I、K_D采用非線性PID控制法進行組合，得到控制量u(t),其中u(t)＝e(17+17K_P)+ei(3+2K_I)+ec(2.7+2K_D)，然后控制步進電機調節施肥機構的施肥量；