【摘要】：我國農(nóng)藥噴灑技術落后,病蟲害防治效果不佳,農(nóng)藥利用率低,在造成農(nóng)藥大量浪費的同時嚴重污染了生態(tài)環(huán)境。其中,農(nóng)藥利用率低的主要原因就是噴霧沉積率不高導致的。國內(nèi)外對于提高噴霧沉積率進行了大量研究,與國外先進的噴霧技術相比,當前國內(nèi)對于霧滴沉積的提高研究較少,且技術相對落后。因此,急需一種經(jīng)濟、有效、快速的方法來提高噴霧沉積率,以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。霧滴粒徑大小和霧滴運動速度是影響霧滴沉積的最根本因素。本文通過對系統(tǒng)整體結構、控制算法以及軟硬件等方面的研究,設計了一種PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng),在提高噴霧壓力的同時定量控制噴霧流量,以獲取較細的霧滴粒徑和更高的霧滴速度來提高霧滴沉積,從而提高農(nóng)藥的有效利用率,減少污染,保護生態(tài)環(huán)境。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)針對霧滴粒徑、噴霧流量、噴霧壓力等可控噴霧技術參數(shù)對霧滴沉積的影響,提出了一種PWM間歇式調(diào)壓控流的噴霧控制方案來提高噴霧沉積率。建立了直流電機、隔膜泵、高速開關電磁閥以及傳感器的數(shù)學模型,融合PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)的組成結構,搭建了整個被控系統(tǒng)的數(shù)學仿真模型。(2)根據(jù)建立的被控系統(tǒng)數(shù)學模型,設計出PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)的模糊PID控制器,進行了仿真實驗,并對比分析了傳統(tǒng)的PID控制器和模糊PID控制器。仿真結果表明:模糊PID控制器相比于傳統(tǒng)的PID控制器能夠使整個被控系統(tǒng)擁有更好的控制性能。(3)對PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)進行了軟硬件設計。以STM32F103C8T6單片機作為控制單元,結合模糊PID控制算法,控制隔膜泵直流電機的轉速和高速開關電磁閥的開關動作,實現(xiàn)噴霧壓力增加而流量定量控制。通過Matlab/GUI界面設計了系統(tǒng)的顯控中心;通過直流降壓電路為系統(tǒng)各組成部分提供電壓;選用了BP801型壓力變送器、SEN-HZ41WA型流量傳感器等檢測噴霧狀態(tài)參數(shù)。(4)以直流電機轉速恒定(占空比34%)和高速開關電磁閥閥門全開(占空比100%)時的噴霧壓力0.3MPa作為對比工況,以0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa作為調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)的試驗噴霧壓力。利用激光粒度儀測量不同壓力下的霧滴粒徑值,以水平位置為自變量,VMD為因變量,建立不同壓力下霧滴粒徑的分布方程,能夠準確的描述噴霧扇面內(nèi)縱向剖面上不同水平位置的VMD分布,直觀地反映出PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)能夠減小霧滴粒徑;利用CFD數(shù)值模擬,選用了DPM模型,對噴頭霧化性能進行了研究。仿真結果表明:PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)能夠使霧滴的運動速度提高,同時驗證了系統(tǒng)壓力增加可以減小霧滴粒徑。(5)以開花結莢期蠶豆為試驗對象,開展基于PWM間歇式調(diào)壓控流噴霧控制系統(tǒng)下壓力分別為0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa的噴霧霧滴覆蓋率和沉積率的研究,并與工況壓力0.3MPa進行比較。田間對比試驗結果表明:噴霧壓力為0.4MPa、0.5MPa和0.6MPa相比于對比工況0.3MPa,霧滴平均覆蓋率分別增加了9.2%、34.6%、32.3%,平均沉積率增加了9.9%、26.4%、22.9%。室內(nèi)對比試驗結果表明:噴霧壓力為0.4MPa、0.5MPa和0.6MPa相比于對比工況0.3MPa,霧滴平均覆蓋率分別增加了12.0%、26.9%、32.6%,平均沉積率增加了6.5%、20.3%、29.0%。通過田間試驗和室內(nèi)試驗,驗證了本文中的噴霧控制系統(tǒng)能有效提高噴霧沉積率。
【圖文】：

萬 hm2，每年造成的小麥減產(chǎn)量達 40 億 kg，玉米減產(chǎn)量達 25病、赤斑病等導致的蠶豆減產(chǎn)高達 30%[3]。我國每年的農(nóng)藥施m2左右，受到農(nóng)藥污染的面積達 0.133 億 hm2[4]。由此可見，防止任務極為艱巨。們對農(nóng)藥的認識逐漸提升，使用農(nóng)藥對食品安全和生態(tài)環(huán)境來。農(nóng)藥噴灑時，霧滴的滾落、漂移都會對農(nóng)藥的藥效有影其它動植物的不良生長或死亡。經(jīng)估算，從噴藥機械噴灑出0%能沉積到作物的表面，但僅有 0.03%的藥物可以起到殺蟲 1-1 所示，流失到生態(tài)環(huán)境中的農(nóng)藥經(jīng)蒸發(fā)、蒸騰后飄入大空氣中的塵埃吸附并隨風擴散，導致大氣環(huán)境污染。大氣中水里，又造成了水環(huán)境的污染，對人、畜，尤其是水生生物害[7-9]。在人們在食用農(nóng)產(chǎn)品后，有害物質(zhì)最終都會富集于人疾病的產(chǎn)生，對人類的生存和發(fā)展構成了潛在的威脅。長期農(nóng)產(chǎn)品，極易導致疾病的發(fā)生，甚至會影響下一代，背離了更不符合“十三五”時期所高舉的“綠色、協(xié)調(diào)”發(fā)展理念[10]。

第 1 章 文獻綜述沉積的主要因素對沉積的影響霧滴的霧化過程中，主要的霧化特性參數(shù)有霧滴粒徑，霧滴粒徑和霧滴速度是影響霧滴沉積和飄失的主要較大粒徑的霧滴易沉降，不易蒸發(fā)散失或隨風漂移，極易因彈跳和滾落而造成藥液流失，，使農(nóng)藥的防治效滴會因空氣阻力導致沒有足夠多的向下動量以到達靶而且過小粒徑的霧滴質(zhì)量輕，更易受氣流的影響產(chǎn)生作物葉表上的覆蓋密度和覆蓋均勻度遠優(yōu)于較大粒徑易流失，農(nóng)藥利用率較高。此外，適當細小的霧滴擁流深入到作物冠層內(nèi)部，沉積在作物冠層深處的葉片的葉片背面。霧滴粒徑與霧滴覆蓋密度、噴霧量有著對噴霧效果的影響如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S49

【參考文獻】

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本文編號：2682035