变量灌溉(Variable Rate Irrigation,VRI)是精准农业的重要分支,大型处方变量喷灌机是实现变量灌溉的主要手段。目前对大型处方变量喷灌机的主要研究方向是利用脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)技术实现单喷头变量喷灌(Individual Sprinklers VRI,IS-VRI)。其中,如何确定每个喷头的流量大小,以实现地块管理区内喷灌水量的精确控制;以及确定PWM水阀周期、占空比、喷灌机行进速度等内部因素和风速风向等外部因素对喷灌精度和喷灌均匀性的影响规律,从而设置合适的喷灌机参数,依然是大型喷灌机处方变量灌溉研究领域的研究热点。针对上述两个问题,本文分别提出了一种基于遗传算法的喷头流量分配算法以及基于单喷头流量分配率的变量喷灌仿真算法,为喷灌机实际生产作业过程中的参数设置提供理论指导。首先,提出了基于遗传算法的喷头流量分配算法。实验表明,对于Nelson R3000喷头,相邻4个喷头重叠喷洒控制一个管理区同时保证了喷灌均匀性与喷灌机经济性。当桁架方向相邻管理区处方值差异小于33%时,该分配算法误差在5%之内。若将其与传统分配方法相结合,可以同时保证喷灌精度与喷灌均匀性。然后,分析了喷灌机行进时喷头水量累积过程,推导得到喷灌水深与喷头流量,喷头占空比、周期,喷灌机行进速度之间的关系,并指出前进方向上相邻管理区处方值发生变化时,水量分布将呈线性过渡。其次,基于单喷头流量分配率设计了一套变量喷灌仿真算法,并探究了PWM水阀周期、占空比、喷灌机行进速度对Nelson R3000喷灌精度和喷灌均匀性的影响规律,通过实验发现了提高喷灌精度的占空比补偿方法,为喷灌机实际喷灌作业时的参数选择制定合理的策略。通过简化喷灌机模型,设计了多喷头重叠喷洒的实际喷灌试验,实验结果与理论推导结果及仿真结果一致性较好。最后,基于弹道理论模型建立水滴在风影响下的三维空间运动模型,求解出了单喷头喷洒域在风影响下的重新分布情况,基于此利用变量喷灌仿真算法进行模拟实验,探究了风速风向对Nelson D3000喷灌精度和喷灌均匀性的影响规律,并提出补偿风对喷灌精度影响的喷洒域位置修正策略。相关实验表明,当风速小于4.4m/s时,利用该策略可以将喷灌水深偏差限制在±5%以内;当风速大于4.4m/s时,修正后的偏差仍然较大,此时应停止喷灌作业。