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基于逆温气流扰动的茶果园防霜机,具有防霜效果显著、便于自动控制等优点,正逐渐得到推广应用。但目前防霜机种类众多,性能各异,因此开发其性能测试平台,对于防霜机优化设计、选型及性能评价,均具有重要意义。本论文在国家863计划项目课题“茶园智能化关键技术与装备”等项目资助下,首先分析并确定影响防霜机运行的基本可控参数,设计多缸多级同步液压升降平台;然后根据影响防霜机工况的运行参数特征,设计该平台的控制系统;最后对开发的性能测试平台及其控制系统进行调试,并实测防霜机的基本性能。主要研究内容与结果如下: (1)防霜机性能测试平台设计 通过系统分析国内外各种防霜机的结构和性能,确定了影响防霜机运行的基本可控参数,主要有:安装高度、风机转速、风机俯角、摆动周期和摆动范围,进而确定了防霜机性能测试平台主要技术参数范围如下:平台升降高度2~10m,主电机转速0~1000rpm,俯角5~50°,云台摆动周期1~10min,云台摆动范围0~360°。 为实现各类防霜机基本性能的测试,设计了可旋转升降平台。通过计算和元件选型,设计了六级四缸同步升降平台;工作平台俯角的调整通过螺杆的螺旋运动实现;电机驱动减速齿轮,使内齿转盘轴承带动辅助平台实现360°旋转。 (2)防霜机性能测试平台控制系统设计 基于FX2N-32MR可编程控制器和TK6102i触摸屏,设计系统软硬件。利用WFD-120拉线位移传感器检测升降高度,使平台高度控制误差在0~100 mm范围内;对摆动角度进行了编码器脉冲数的标定,完成云台转动0~360°范围的控制;基于VFD-V-4T0007B和B3000-4T0750G/0900P变频器,分别实现云台电机和主电机转速的控制。在触摸屏中可查看和设置防霜机运行参数,经PLC处理后向各执行机构发送控制指令,实现防霜机安装高度、风机转速、摆动范围和摆动周期的自动控制。 提出一种可供用户选择使用的风机转速控制接口。采用模糊算法开发了一维结构的控制器,以作物冠层温度偏差作为输入变量,变频器的频率变化为输出变量,实现防霜优化控制。 (3)系统运行调试及性能试验 首先,对研制测试平台升降高度、摆动范围和摆动周期、主电机转速进行了调试。结果表明:①平台上升速度约为0.036m/s,下降过程约为0.044m/s。上升时,实际与目标位置最大误差为32mm,均值为13.9mm;下降时,实际与目标位置最大误差为60mm,均值为28.3mm,均小于预期指标100mm,满足精度要求。②云台转动1°对应6.5个脉冲;摆动周期平均误差为0.061min,小于预期精度指标0.1min;摆动范围平均误差为0.83°,小于预期精度指标1.5°,均满足控制精度要求。③主电机的实际测量转速与设定转速的最大偏差为15rpm,且随着频率的降低,偏差逐渐减小。 然后,基于此防霜机性能测试平台,对某一结构类型的防霜机,试验测试了其基本性能。结果表明:①在1 m高度平面上,防霜机风速分布呈鸭梨状,沿水平方向,距离越远,风速越小;沿垂直方向,距离水平轴线越远,风速减小。②利用该防霜机性能测试平台,可以快速调整防霜机运行参数。 本论文设计和研发的防霜机性能测试平台及其控制系统,达到了预期的功能效果,可用于测试和评价不同型号防霜机的基本性能,为设计和改进防霜专用风机提供必要手段。