[發(fā)明專利]在線混藥植保機(jī)的濃度動(dòng)態(tài)方程和變濃度控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810569812.6
• 申請(qǐng)日: 2018-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN108664047B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李樹江;蘭天華;王向東;孫平;孔立新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D11/13
• 分類號(hào): G05D11/13
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標(biāo)代理有限公司 21107
• 代理人: 許宇來

1.在線混藥植保機(jī)的變濃度控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)建立在線混藥植保機(jī)的藥液濃度c₀動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型：

c₀＝K·c_i(T-T_c-τ_c) t≥T (1)

其中的K為系統(tǒng)濃度的靜態(tài)增益，t為系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間，τ_c為傳輸延遲，T_c為系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，c_i為流經(jīng)流量計(jì)的藥液濃度，T為最大工作時(shí)間；

q_c為經(jīng)過藥液注射泵的藥液流量，q_m為經(jīng)過流量計(jì)流出的流量，K₁，K₂，Φ₁和Φ₂為系統(tǒng)辨識(shí)出q_m和τ_c、T_c的參數(shù)；

步驟2)根據(jù)液壓元件物理特性，藥液注射泵的模型如下：

q_c＝K_P·ω_c (5)

K_p為活塞泵的容積排量，ωc為泵的轉(zhuǎn)速；

步驟3)根據(jù)壓力和流體的動(dòng)力學(xué)分析有：

ΔP＝K₀·q² (6)

壓力與流經(jīng)的流量的平方成線性關(guān)系，公式(6)所示，ΔP為壓力，q為流量，K₀為流體阻力；電磁閥、噴桿、噴桿和噴嘴之間以及噴嘴和流量計(jì)和比例閥的流體阻力分別為K_vs、K_pn、K_pb和K_n以及K_f和K_v；由公式(7)、(8)，其中K_eq為等效電阻；計(jì)算出P_s的值；

K_eq＝K_vs+K_pb+K_pn+K_n (7)

P_s＝K_eq·q_m² (8)

流經(jīng)比例閥的流量q_v為噴霧泵的流量Q_P和流量計(jì)的流量q_m之差，得到比例閥的壓降為：

Δp_v＝K_v·(Q_P-q_m)² (9)

處在一條管路的比例閥的壓降和流量計(jì)的壓降之和為壓力傳感器的測(cè)量值，有公式：

Δp_v＝P_s-k_f·q_m² (10)

假定流量計(jì)的流體阻力k_f不計(jì)，則壓力傳感器的值等于比例閥的壓降；

ΔP_v＝P_s (11)

根據(jù)上述的公式，整理得出：

比例閥的流體電阻與轉(zhuǎn)過的角度θ_v之間按照經(jīng)驗(yàn)公式(13)所示，其中α₀，α₁和β為系統(tǒng)辨識(shí)的參數(shù)；

該比例閥由直流電機(jī)進(jìn)行控制，該電機(jī)是由PWM信號(hào)占空比控制的功率放大器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，比例閥描述為：

θ_v：比例閥轉(zhuǎn)過的角度，K_m：比例閥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，K_ph：比例增益，

T_m：比例閥電機(jī)的時(shí)間常數(shù)，dm：PWM的占空比，比例閥轉(zhuǎn)過角度的導(dǎo)數(shù)，

比例閥轉(zhuǎn)過角度的二次導(dǎo)數(shù)，

步驟4)建立濃度模型的空間狀態(tài)表達(dá)式為：

U₁＝ω_c，U₂＝dm

步驟5)設(shè)計(jì)噴藥濃度控制器，在線混藥噴霧系統(tǒng)的實(shí)際噴嘴藥液濃度為c₀，期望噴嘴噴藥濃度為c_d；設(shè)噴藥濃度的誤差為：

e＝c_d-c₀ (16)；

基于在線混藥植保機(jī)的壓力和流體的動(dòng)力學(xué)模型，液壓元件物理特性，建立在線混藥噴霧機(jī)的藥液濃度的狀態(tài)空間方程:將系統(tǒng)的濃度誤差和誤差變化率為輸入，得出藥液濃度與噴霧泵轉(zhuǎn)速和比例閥開度的關(guān)系方程，設(shè)計(jì)出藥液濃度的控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)在線混藥植保機(jī)的藥液濃度的實(shí)時(shí)控制；

針對(duì)模型的嚴(yán)重的非線性，設(shè)計(jì)噴霧濃度控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)在線混藥系統(tǒng)的噴霧濃度的實(shí)時(shí)控制；

采用CAN總線串行通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，利用STM32單片機(jī)對(duì)在線混藥植保機(jī)的藥液濃度智能控制，實(shí)現(xiàn)在線混藥植保機(jī)的藥液濃度的實(shí)時(shí)控制；以STM32單片機(jī)為主控制器，主控制器的輸入接濃度測(cè)試模塊、輸出接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；CAN總線通訊模塊:以及電源供電模塊；主控制器讀取濃度測(cè)試單元的反饋信號(hào)計(jì)算得出誤差信號(hào)；根據(jù)誤差信號(hào)，誤差變化率信號(hào)，主控制器按照設(shè)計(jì)出濃度控制規(guī)則控制噴霧泵的轉(zhuǎn)速以及驅(qū)動(dòng)比例閥的占空比信號(hào)，實(shí)現(xiàn)按指定噴霧濃度進(jìn)行工作。