【摘 要】
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施药是保证农作物健康生长的重要手段,然而传统施药时采用预先混药方式,威胁混药人员安全,且易造成剩余药液浪费,污染环境,更无法实时调整药液浓度。在线混药技术,可解决上述问题。但当前在线混药技术,存在混药均匀性差、混药控制效果差的问题。因此,本研究采用双级射流在线混药技术及BP-PID控制技术,开展基于优化BP-PID控制的双级射流在线混药系统研究。本研究采用CFD技术研究分析混药器结构参数对混药效果
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施药是保证农作物健康生长的重要手段,然而传统施药时采用预先混药方式,威胁混药人员安全,且易造成剩余药液浪费,污染环境,更无法实时调整药液浓度。在线混药技术,可解决上述问题。但当前在线混药技术,存在混药均匀性差、混药控制效果差的问题。因此,本研究采用双级射流在线混药技术及BP-PID控制技术,开展基于优化BP-PID控制的双级射流在线混药系统研究。本研究采用CFD技术研究分析混药器结构参数对混药效果的影响,优化双级射流混药器结构参数;采用优化BP-PID算法,建立在线混药系统中隔膜泵和蠕动泵的传递函数,构建控制模型并利用Simulink进行仿真分析;设计基于BP-PID控制的双级射流混药系统,并通过试验,考察基于优化BP-PID控制的双级射流混药系统的在线混药控制效果。本课题主要研究内容及相关结论如下:（1）双级射流混药器结构设计与参数优化。采用Fluent软件对双级射流混药器进行仿真,优化设计了主辅混药器主体结构参数,并通过正交实验仿真分析了扩散角和嘴管距对混药效果的影响,并采用响应面法建立了混药器参数与混药效率模型,从而得到双级射流混药器的最佳结构参数为:主混药器扩散角α1=10°、嘴管距d1=2.6mm,辅助混药器扩散角α2=10°、嘴管距d2=1.3mm。（2）建立BP-PID控制模型并进行仿真分析。采用优化BP-PID控制算法,完成S函数编写,分别建立隔膜泵和蠕动泵输入电压和输出流量传递函数,搭建控制仿真模型。利用Simulink分别仿真分析了普通PID、传统BP-PID和优化后的BP-PID控制算法在阶跃函数下的响应情况。结果表明,以蠕动泵作为被控对象,优化后的BP-PID控制算法与普通PID相比,达到稳态时间减少0.033s,与传统BP-PID相比,不仅没有超调量,且达到稳态的时间减少了0.013s。优化后的控制算法对隔膜泵和蠕动泵都有很好控制效果。（3）搭建基于优化BP-PID控制的双级射流混药系统。根据课题要求,完成了隔膜泵、蠕动泵、主控芯片、流量计等主要器件的选型及电源、信号采集、驱动等相关硬件电路设计。设计了输入捕获、混药比控制、BP-PID控制算法等下位机软件模块,并利用LABVIEW开发了上位机程序。（4）基于优化BP-PID控制的双级射流混药系统混药效果试验。分别利用优化BP-PID、PID、PWM算法控制隔膜泵和蠕动泵流量进行混药比误差、混药均匀性、混药稳定性实验。结果表明:优化BP-PID控制混药比相对误差最小,为3.51%;优化BP-PID控制混药均匀性最好,混药浓度变异系数均值为2.78%。在相同控制方法下,隔膜泵流量为15L/min,混药浓度时间变异系数最小;在隔膜泵流量为15L/min时,优化BP-PID控制系统混药稳定性最好,混药浓度时间变异系数为1.25%。
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