变量施肥机控制算法设计与试验

变量施肥机控制算法设计与试验

实验要求

通过整机模型和关键部件的分离模型(电机驱动机构,外槽轮播种施肥器),认知播种施肥机的典型结构,通过动画演示播种施肥机的工作原理。

按照实际测量电机开环模型的方法,通过实验方式获取模型的开环响应曲线,根据所测数据确定出模型参数,要求在每一种测试条件下,重复3次实验,至少开展两种不同的测试条件下(采用两种不同的电机驱动电压)的实验。

教学成果

实验背景

将小麦的播种施肥一体化作业及后期的变量追肥作业列为实体教学项目存在诸多困难:

1、 实验设备规模和实验运行条件制约实践教学的开展

由于播种施肥机作业机具需要由拖拉机牵引和提供必要的动力才能工作,因此,一般高校只能提供展示性的实物认知学习,无法向学生提供实际动手操作的实践机会,远未达到开始实验或实践教学的条件。

同时,由于播种施肥的运行需要在实际田间进行,需要配备专门的实验农场提供相应的实验条件,这使得实验运行成本过高,一般高校难以将该项目作为常规运行项目开展教学活动。

2、 实验教学计划难以适应实验的强季节性要求

小麦的播种施肥作业和后续的追肥作业,都具有很强的季节性,一般很难适应相关专业的教学计划安排,使得实验项目的开设效果不佳。

3、 实验项目的田间作业效果评价困难

就目前的技术条件而言,播种施肥机的动态作业效果缺乏有效的检测方法,难以对播种施肥机的动态作业效果做出评价,只能给出阶段性的整体评价。而在虚拟场景中,这一问题可被有效解决。

总体而言,虚拟仿真实验可以完美地解决以上问题,既突破了教学条件的限制,也克服了技术条件的限制,使现实的不可能成为可能,实现了重要性与可行性的有效统一。

设计原则

实验整体可以分成三大模块:工作原理及结构认知、播量控制策略设计、变量施肥实施方案及性能测试。其中“播量控制策略的设计”模块是播种施肥作业终端执行机构的技术灵魂,“施肥处方图”模块是为播种施肥机开展追肥作业提供作业目标的,是变量施肥作业的指挥部;“田间作业性能测试”模块是在“播量控制策略的设计”模块和“变量施肥处方图”模块的支撑下的综合测试平台,完成对“小麦播种,撒施底(基)肥”和“小麦追肥”两不同生育阶段的作业性能测试。

三大模块之间相互关联和支撑呼应,模块内部各实验项目的安排上遵循由浅入深、由简至繁和层次递进的原则,培养学生分析和解决复杂工程技术问题的能力,并使学生在具体实验方法、实验手段和实验设备的应用与学习过程中,达到认知行业、熟悉专业、掌握前沿知识与技能的目的。


实验目标

播量控制策略设计

(1)了解外槽轮式播种施肥机的典型结构和工作原理;

(2)学习并掌握直流电机驱动模型的实验建模方法;

(3)学习并掌握直流电机转速的闭环控制方法;

(4)学习并掌握外槽轮式播量控制系统的控制策略。


施肥处方图的生成

(1)了解作物冠层反射光谱信息与作物营养状况之间的关系;

(2)了解典型反射光谱仪的工作结构与原理;

(3)学习并掌握反射光谱指数的获取方法;

(4)学习并掌握施肥处方图的生成方法。


田间作业性能测试

(1)了解旋耕播种施肥一体机的整机结构和作业要求;

(2)了解基于反射光谱测量的施肥机整机结构和作业要求;

(3)熟悉精确播种和变量施肥的概念和实施要求;

(4)学习并掌握播种施肥机作业性能评价体系和评价方法。

成绩评定