[发明专利]一种作业环境感知的喷杆喷雾机主动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种作业环境感知的喷杆喷雾机主动控制系统，属于植保喷洒机械的施药技术领域。

背景技术

我国施药机械技术落后，农药利用率一直很低，一般为20%~30%， 70%~80%的农药流失到土壤、河流及空气中，对环境污染相当严重，而且加重了农作物的农药残留，直接影响农产品质量安全。

气流辅助式防飘喷雾技术，即在喷雾机的喷杆上增加风筒，并增设为风筒供风的风机，在喷头上方沿喷雾方向强制送风，形成风幕，这样不仅加强枝叶翻动，增大了雾滴穿透力，而且在有风（<4级风）的天气下工作，仍能较好抑制雾滴漂失现象，提高雾滴在枝叶上的沉积率，可节省施药量20%～60%，是适时病虫害防治的最有效方法之一。

国内外研究均表明，当具备一定的作业环境条件时，气流辅助式喷雾在雾滴减飘方面确有效果。但作业时，其雾滴沉积和减少药液飘失效果受到多种因素严重影响：如自然风强度、喷雾流量、雾滴直径、风筒风量和出口风速、作物的茂密程度、喷嘴与作物冠层的垂直距离，喷雾方向与辅助气流的相对角度（喷雾角）等。比如自然风速较小时，采用较大的风筒风量和出口风速，不但增加不必要的风机功耗，而且有将雾滴直接吹响地面之虞，药液流失严重；自然风速较大时，辅助气流风量和风速若不足以克服自然风的影响，雾滴会随自然风飘失；上述因素对节约、环保的低量喷雾的小雾滴影响更严重，更难以保证其良好的沉积和减飘效果。

经对现有技术文献检索发现，中国实用新型专利“气流辅助式喷杆弥雾机”，申请号200920239464.2，公开了一种气流辅助式喷杆弥雾机，包括机架、药液箱、隔膜泵、风机及气囊的气流辅助系统、喷杆及其平衡升降机构、喷雾液流系统、液压系统，通过三点悬挂机构与拖拉机连接。拖拉机的动力输出轴带动隔膜泵旋转工作，来实现喷雾。在喷杆的两端还设有喷雾标识系统，对喷雾过程进行标识，可有效减少喷雾过程中的重喷漏喷。提高了农药的利用率，减少了因雾滴飘移造成的环境污染。通过液压油缸来实现架子的折叠和升降，大大提高了机具的自动化水平和工作效率。中国发明专利“一种自走式喷杆喷雾机”，申请号200620157986.4，公开了一种自走式喷杆喷雾机，包括:自走式高地隙底盘、喷杆喷雾系统、气流辅助风幕系统和精准变量施药系统，所述自走式高地隙底盘连接并驱动所述喷杆喷雾系统、气流辅助风幕系统和精准变量施药系统。由于采用液压驱动轴流风机使得风幕出口风量大、风速高，有效的增大了雾滴的穿透力，同时还采用了精准变量施药系统，能根据需要调节喷药量。但是上述专利均未涉及喷雾作业过程中的工作参数的控制问题。考虑到自然风速大小、风向等不可控因素和作物不同生长期的冠层等特征因素，以及喷杆喷雾机本身的系统参数均为非线性时变参数，喷杆喷雾机田间作业时，不能动态改变喷雾机可控工作参数，雾滴减飘和沉积效果往往非常有限。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种作业环境感知的喷杆喷雾机主动控制系统。该系统能降低自然风等外部环境对喷雾效果的严重影响，减少雾滴漂失、提高药液沉积率，具有响应速度快、性能稳定和易于实现多种控制算法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种作业环境感知的喷杆喷雾机主动控制系统，包括：外部信息感知模块、工作参数测量模块、喷雾主动控制系统模块和工作参数实时控制模块，各模块通过CAN总线相互通讯。

所述的外部信息感知模块包括二维超声波风速传感器和光电式旋转编码器；所述的二维超声波风速传感器用于测量田间作业环境下的自然风在拖拉机行走方向的水平风速和喷杆方向的水平风速；所述的光电式旋转编码器测量拖拉机后轮的转速，借助于后轮的直径大小计算出喷杆喷雾机的行进速度。外部信息感知模块将获取的田间自然风速和机具的行走速度通过CAN总线发送给精确喷雾主动控制器。

所述的工作参数测量模块包括喷雾角传感器、药液压力传感器和风筒进口风速传感器；所述的喷雾角传感器用于测量风筒出风口和喷嘴与垂直方向的夹角变化量；所述的药液压力传感器用于获取喷出药液的压力信息；所述的风筒进口风速传感器安装在风机下方，用于测量风筒进口风速并换算为流经风筒的气流流量。工作参数测量模块将获取的信息通过CAN总线发送给喷雾参数调整控制器；