【摘要】：隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸被現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式所取代。而在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,化學防治成為了植物保護、提高產(chǎn)量的重要方式。大型植保機械的運用,提高了植物保護過程中的噴藥效率,其可靠性、高效性、安全性已經(jīng)被業(yè)內(nèi)認可。但是由于農(nóng)田作業(yè)環(huán)境復雜,噴桿系統(tǒng)的減振和平衡效果,成了噴桿噴霧量分布均勻性的關(guān)鍵因素。大型噴桿噴霧機在田間作業(yè)時,由于田間的復雜情況所造成的噴桿的俯仰,滾動和偏航會使噴桿產(chǎn)生振動并偏離最佳的施藥位置。由于噴桿噴霧機的大型化,振動也會使噴桿產(chǎn)生彈性形變。這極大的影響了噴霧機的噴藥質(zhì)量,導致過噴、漏噴,嚴重的振動和形變甚至可以使噴桿刮傷農(nóng)作物,導致嚴重的損失。本文針對大型植保機噴桿所常用的剛架結(jié)構(gòu)噴桿,將噴桿剛架結(jié)構(gòu)的彈性形變考慮在內(nèi)。將24m長的噴桿剛架結(jié)構(gòu)分為27個節(jié)點,并采用有限單元法進行了模型的建立。根據(jù)振動情況的不同,本文將噴桿剛架的垂直振動和水平振動分開考慮,以減少建模時考慮的自由度的數(shù)量,提高計算效率。在建模之后,針對田間情況對噴桿的擾動所產(chǎn)生的振動頻率范圍(垂直方向0-10Hz,水平方向0-3Hz),對噴桿剛架進行了在此頻率范圍內(nèi)的自由振動分析,并通過模態(tài)振型圖找到了各節(jié)點的振幅,決定采用1,14節(jié)點來評判控制的有效性。針對植保機噴桿田間作業(yè)時產(chǎn)生的振動所引起的彈性形變,本文采用了線性二次型最優(yōu)控制方法,對所建立的植保機噴桿剛架垂直方向振動模型進行了控制器的設(shè)計。針對不同的施加控制力的位置,進行了仿真,驗證了控制器的有效性。接著采用了更貼進工程的模態(tài)控制方法,將植保機噴桿剛架水平振動模型進行了模態(tài)變換,變成模態(tài)空間。并針對在對應(yīng)頻率范圍內(nèi)的模態(tài)進行了控制,驗證控制方法的有效性。
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S49;TP273
【圖文】：

頻率低，阻尼小，植保機行進時，受到不均勻的土壤，轉(zhuǎn)向，速度變化等外部激勵會所產(chǎn)生振動及彈性形變的情況，噴桿動態(tài)特性由這種情況來描述。圖1.1 常見的植保機噴桿剛架結(jié)構(gòu)Fig1.1Commonplantprotectionmachineboomframestructure噴霧機吊桿的不必要的水平和垂直運動會造成噴霧液體的局部欠量或過量，從而導致無法獲得所需效果的情況和化學殘留物殘留在作物和土壤中的情況[5-12]。由于懸臂的垂直平移和滾動，噴嘴與地面之間的距離與所需（或最佳）距離不同。噴嘴噴霧錐體的重疊受到干擾，噴霧液體沿著噴桿重新分布。在滾動的情況下，這種現(xiàn)象在長臂的尖端最明顯，其中在軋制過程中，噴嘴甚至可能接觸土壤，因此大田作物的一些部分未被處理，而其他部分則接受大量過量[13]。在繁榮的另一端，噴嘴和大田作物之間的距離增加，使噴霧更容易漂移。水平懸臂運動導致噴嘴的不等向前速度，導致在行駛方向上噴射沉積的速率不同。雖然拖拉機一側(cè)的吊桿以比拖拉機更高的速度前進，但另一側(cè)的吊桿幾乎靜止不動。結(jié)果，一側(cè)的噴霧濃度比另一側(cè)的噴霧濃度低得多。不均勻的噴霧分布會使對農(nóng)作物的施加藥物的劑量響應(yīng)曲線變平

4噴桿被固定在拖拉機身，或被拖拉機牽引，拖拉機通過輪胎與土壤相連。由于輪胎不影響拖拉機機體的自由度，所以整個噴桿有六個自由度：三個平移和三個旋轉(zhuǎn)，如圖1.2。圖1.2 噴桿自由度示意圖Fig1.2Schematic diagramofthe degreeoffreedomoftheboom圍繞 x，y 和z 軸的旋轉(zhuǎn)分別為噴桿的俯仰，滾動和偏航運動，如圖 1.3。圖1.3 噴桿的俯仰，滾動，偏航運動示意圖Fig1.3Boompitch,roll,yawmotion圖1.3 中，虛線為噴桿在產(chǎn)生俯仰，滾動和偏航前的平衡位置，實線為由于俯仰，滾動和偏航產(chǎn)生的振動引起的噴桿彈性形變后，噴桿的位置。拖拉機的行駛速度，方向和輪胎的特性決定的土壤不均勻度的擾動傳遞到拖拉機車身，并產(chǎn)生激勵從而導致了噴桿的振動，噴桿的振動引起了噴桿的彈性形變。田間實驗和模型仿真實驗表明，噴桿振動是導致噴霧量在受保護植物上分布不均的主要因素

Fig1.2Schematic diagramofthe degreeoffreedomoftheboom圍繞 x，y 和z 軸的旋轉(zhuǎn)分別為噴桿的俯仰，滾動和偏航運動，如圖 1.3。圖1.3 噴桿的俯仰，滾動，偏航運動示意圖Fig1.3Boompitch,roll,yawmotion圖1.3 中，虛線為噴桿在產(chǎn)生俯仰，滾動和偏航前的平衡位置，實線為由于俯仰，滾動和偏航產(chǎn)生的振動引起的噴桿彈性形變后，噴桿的位置。拖拉機的行駛速度，方向和輪胎的特性決定的土壤不均勻度的擾動傳遞到拖拉機車身，并產(chǎn)生激勵從而導致了噴桿的振動，噴桿的振動引起了噴桿的彈性形變。田間實驗和模型仿真實驗表明，噴桿振動是導致噴霧量在受保護植物上分布不均的主要因素，這種情況可以造成噴霧量過低或噴霧過量，且造成的噴霧劑量不足或過量的變化范圍很大。對于寬幅噴桿噴霧機，由于噴桿的長度很長（20m 以上）

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