基于多传感器融合的果园风送式喷雾机控制系统设计

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zou_zm
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本文主要针对我国大部分果园中农药喷施机械由于连续喷雾产生的药液浪费现象以及喷雾漂移产生的漏喷现象,基于前人研制的风送式喷雾机使用CFD(Computational Fluid Ddynamics)技术拟合基于喷雾机车速和喷雾距离的风场漂移模型,通过多传感器融合信息优化定位模型,并基于拟合的风场漂移模型和优化的定位模型研制了一种基于多传感器融合的控制系统,其能有效抑制喷雾机的喷雾漂移,实现精准对靶喷雾的目标,减少药液浪费与环境污染。本文主要的研究内容与结论如下:(1)基于CFD技术的水平漂移模型研究。采用Fluent的组分传输模型对风送式喷雾机的动态流场进行以含水量百分比为要素的有效漂移场仿真,以研究喷雾机流场漂移距离与不同行走速度、不同喷雾距离的关系,拟合得到喷雾机风场场漂移模型,为精准施药的动态控制提供了理论依据。(2)基于多传感器融合方式的定位模型优化。根据兼顾精准度与经济适用性的定位模型优化条件,利用激光传感器与深度相机的信息融合估测喷雾机与正在喷施的果树树冠轮廓中点的靠近趋势,利用激光传感器与超声波传感器的信息融合确定喷雾机与将要喷施果树树冠的位置关系,实现提前探测功能并确定喷雾作业的起始时间和终止时刻,完成了控制系统定位模型的优化。(3)基于风送式喷雾机的控制系统设计。基于流场漂移模型与定位模型为风送式喷雾机设计匹配的控制策略:在水平方向上扣除漂移距离,在竖直方向上控制喷施高度范围。并根据控制策略搭建了对应的控制系统,其可以实现:基于漂移模型延时喷雾实现水平对靶,实时识别果树基于树冠高度调整喷雾角度实现垂直对靶。(4)基于喷雾控制仿真平台的仿真验证试验和控制系统性能测试。为验证组分传输模型的参数准确性搭建了喷雾控制仿真平台并针对其设计了仿真验证试验相对照。结果表明基于组分传输模型的仿真基本有效,其风场漂移仿真结果很大程度上可以反映真实喷雾的情况。设计了控制系统性能测试试验,通过风送式喷雾机加装控制系统前后的水敏纸雾滴覆盖率判断控制系统的性能,测试结果表明开启控制系统后,喷雾机喷雾作业在树冠上部的雾滴覆盖率接近85%,相比不开启时有明显提高,并且与其他的优化喷雾方法相比,结合了水平对靶与垂直对靶功能的基于多传感器融合的控制系统对上层树冠的喷雾性能优化更好。
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