基于超聲傳感的噴桿位姿控制研究.pdf

1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀結(jié)果表明,噴桿噴霧機在田間作業(yè)時,噴桿相對于作物冠層的不正確位姿將顯著影響霧量分布均勻性。因此,開展噴桿位姿檢測及其控制研究對于提高霧量分布均勻性有著及其重要的意義。本文針對目前國內(nèi)噴桿噴霧機自動化作業(yè)要求,開發(fā)設計了一套基于超聲波傳感器的噴桿位姿控制系統(tǒng)。通過分析噴桿位姿控制要求,設計了控制器的硬件電路與軟件;通過超聲波檢測噴桿距作物冠層高度試驗,分析了超聲檢測噴桿位姿的可行性;運用工程整定法對控制器PID參數(shù)進行了整定

2、,根據(jù)整定得到的PID參數(shù)開展了噴桿位姿控制試驗。
　　 本文研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　 Ⅰ、噴桿位姿控制器的設計
　　 (1)對噴桿位姿調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)進行了分析,闡述了超聲波檢測噴桿位姿原理,提出了以AT89S52微處理器為核心的噴桿位姿控制系統(tǒng),建立了噴桿位姿控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及硬件實現(xiàn)圖。
　　 (2)完成了A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、D/A轉(zhuǎn)換、運算放大與信號輸出等硬件電路及其相關(guān)軟件的設計。<

3、br>　　 Ⅱ、超聲波檢測噴桿距作物冠層高度試驗分析
　　 采用超聲波傳感器建立了一套噴桿距作物冠層高度檢測系統(tǒng),在室內(nèi)和溫室大棚分別對平面木板與作物冠層進行了測量試驗,得到了如下結(jié)論:
　　 (1)在室內(nèi)對平面木板進行測量,得到了距離值與輸出電壓值的回歸模型,并由回歸模型得到了回歸殘差圖,其中殘差的絕對平均值(δ)=0.536cm。
　　 (2)分析了波束角對超聲波測距的影響,在距離一定時,隨著目標靶的旋轉(zhuǎn)角

4、度越來越大,誤差增加也越來越快;旋轉(zhuǎn)角度一定時,隨著距離增大,測量誤差呈增大趨勢。
　　 (3)在溫室大棚對作物冠層進行了檢測,得到了距離值與輸出電壓值的回歸模型、殘差圖和殘差頻率分布圖,結(jié)果顯示,回歸殘差的絕對值大小為5.081cm,其中殘差絕對值有68.9%不大于6cm,有10%的殘差值大于10cm。
　　 (4)將超聲波測量平面木板與作物冠層得到的回歸模型進行對比發(fā)現(xiàn),隨著距離的增加,兩者得到的回歸方程,其數(shù)值模擬

5、差值隨著電壓的增大由大變小,再由小變大,當電壓輸出為2v時差值最小,只有0.07cm。
　　 (5)通過在溫室大棚對作物冠層的測量,探討了作物冠層平面中葉片分布對測距的影響,指出了三種不同情況下得到的回波信號是不同的。
　　 Ⅲ、噴桿位姿控制試驗
　　 (1)構(gòu)建了由噴桿噴霧機和噴桿位姿控制器組成的噴桿位姿控制系統(tǒng),對控制系統(tǒng)的輸出進行了標定,并確立了PID控制算法。運用工程整定法中的擴充臨界比例度法對PID參數(shù)