[发明专利]基于植保机柱塞泵压力的变喷雾系统流量跟踪控制方法

说明书

基于植保机柱塞泵压力的变喷雾系统流量跟踪控制方法，基于植保机变喷雾系统的动力学模型和流量特性模型，考虑喷雾系统的非线性因素，建立植保机变喷雾系统输出压力与流量之间的状态方程；基于该状态方程，以实际输出流量和参考流量之差作为跟踪误差，设计植保机变喷雾系统的输出流量控制器，使喷雾流量实现对参考流量的渐近跟踪；采用CAN总线串行通讯协议传输数据，利用STM32单片机将输出电流信号提供给柱塞泵，通过控制柱塞泵的输出压力从而控制比例减压阀的输出流量。该控制方法能精确控制植保机喷雾输出流量，提高植保机喷雾效率，能有效地减少农药浪费。

技术领域：

本发明涉及农业智能机械自动化领域，尤其是关于植保机变喷雾系统的智能控制方法。

背景技术：

目前，控制病虫草害最常见的方法是化学治理，然而在防治过程中，大部分药液飘散在空气中、沉积在土壤中，不仅浪费了大量的药剂，而且这些残留的药液成分很可能会进入到生物的体内，严重威胁了人类的生命安全，同时也对环境造成了污染。因此，变喷雾植保机械的研究具有一定的理论意义和非常强的实用价值。

植保机在现代的农作物中具有广泛的应用，关于植保机变喷雾系统流量跟踪控制方法已经有了许多研究成果，然而这些控制方法在考虑流量跟踪控制时都忽略了控制系统中柱塞泵的输出压力问题。如果不考虑柱塞泵的输出压力，会导致植保机变喷雾系统的喷雾流量不连续、不精准、容易造成浪费。因此，基于植保机柱塞泵压力的变喷雾系统流量跟踪控制方法的研究具有重要的意义。本发明所研究的植保机变喷雾系统是强非线性系统，到目前为止，还没有将柱塞泵的模型和比例减压阀的模型相结合控制的流量跟踪控制方法。因此研究植保机柱塞泵压力的变喷雾系统流量跟踪具有重要意义。

发明内容：

发明目的：

为了解决上述问题，本发明提供了基于植保机柱塞泵压力的变喷雾系统流量跟踪控制方法。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

基于植保机柱塞泵压力的变喷雾系统流量跟踪控制方法，其特征在于：

1)基于植保机变喷雾系统的特征，结合动力学模型和流量特性模型，考虑喷雾系统的非线性因素，建立植保机变喷雾系统输出压力与流量之间的系统状态方程；

2)设计植保机变喷雾系统流量控制器，基于状态方程和动力学及流量特性，使植保机喷雾流量实现渐近跟踪；

3)采用CAN总线串行通讯协议传输数据，利用STM32单片机对植保机喷雾流量进行控制，实现了对植保机喷雾流量的渐近跟踪。

步骤如下：

步骤1)基于植保机变喷雾系统的特征，结合动力学模型和流量特性模型，考虑变喷雾系统的非线性因素，建立植保机变喷雾系统输出压力与流量之间的系统状态方程，其特征在于：变喷雾系统的动力学模型描述如下

在假设磁路未饱和，而且忽略铁损和磁路中材料的磁阻的条件下，通电后电磁阀的电磁力方程可以表示为

F_m为电磁阀的电磁力，δ为线圈与衔铁之间的气隙，N为线圈匝数，S_a为有效作用面积，μ₀为真空磁导率，i为线圈中的电流。

建立模型时忽略流体动量变化产生的稳态液动力和瞬态液动力以及液体静压力，因此得到阀芯的运动平衡方程可以表示为

其中，为弹簧刚度，m为阀芯的等效质量，c为阀芯的等效阻尼，x为阀芯的位移，x₀为预先弹簧压缩量，k为弹簧刚度，k_F为比例系数，i为线圈中的电流。

电磁阀的流量方程可以表示为