[發明專利]在線混藥植保機的濃度動態方程和變濃度控制方法

有效

• 申請號: 201810569812.6
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108664047B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 李樹江;蘭天華;王向東;孫平;孔立新
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 許宇來

1.在線混藥植保機的變濃度控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1)建立在線混藥植保機的藥液濃度c₀動態響應模型：

c₀＝K·c_i(T-T_c-τ_c) t≥T (1)

其中的K為系統濃度的靜態增益，t為系統運行的時間，τ_c為傳輸延遲，T_c為系統的時間常數，c_i為流經流量計的藥液濃度，T為最大工作時間；

q_c為經過藥液注射泵的藥液流量，q_m為經過流量計流出的流量，K₁，K₂，Φ₁和Φ₂為系統辨識出q_m和τ_c、T_c的參數；

步驟2)根據液壓元件物理特性，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為泵的轉速；

步驟3)根據壓力和流體的動力學分析有：

ΔP＝K₀·q² (6)

壓力與流經的流量的平方成線性關系，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)

流經比例閥的流量q_v為噴霧泵的流量Q_P和流量計的流量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的壓降之和為壓力傳感器的測量值，有公式：

Δp_v＝P_s-k_f·q_m² (10)

假定流量計的流體阻力k_f不計，則壓力傳感器的值等于比例閥的壓降；

ΔP_v＝P_s (11)

根據上述的公式，整理得出：

比例閥的流體電阻與轉過的角度θ_v之間按照經驗公式(13)所示，其中α₀，α₁和β為系統辨識的參數；

該比例閥由直流電機進行控制，該電機是由PWM信號占空比控制的功率放大器進行驅動，比例閥描述為：

θ_v：比例閥轉過的角度，K_m：比例閥電機的轉矩常數，K_ph：比例增益，

T_m：比例閥電機的時間常數，dm：PWM的占空比，比例閥轉過角度的導數，

比例閥轉過角度的二次導數，

步驟4)建立濃度模型的空間狀態表達式為：

U₁＝ω_c，U₂＝dm

步驟5)設計噴藥濃度控制器，在線混藥噴霧系統的實際噴嘴藥液濃度為c₀，期望噴嘴噴藥濃度為c_d；設噴藥濃度的誤差為：

e＝c_d-c₀ (16)；

基于在線混藥植保機的壓力和流體的動力學模型，液壓元件物理特性，建立在線混藥噴霧機的藥液濃度的狀態空間方程:將系統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速和比例閥開度的關系方程，設計出藥液濃度的控制規則，實現對在線混藥植保機的藥液濃度的實時控制；

針對模型的嚴重的非線性，設計噴霧濃度控制規則，實現在線混藥系統的噴霧濃度的實時控制；

采用CAN總線串行通訊協議傳輸數據，利用STM32單片機對在線混藥植保機的藥液濃度智能控制，實現在線混藥植保機的藥液濃度的實時控制；以STM32單片機為主控制器，主控制器的輸入接濃度測試模塊、輸出接電機驅動模塊；CAN總線通訊模塊:以及電源供電模塊；主控制器讀取濃度測試單元的反饋信號計算得出誤差信號；根據誤差信號，誤差變化率信號，主控制器按照設計出濃度控制規則控制噴霧泵的轉速以及驅動比例閥的占空比信號，實現按指定噴霧濃度進行工作。