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PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【摘要】由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究.采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度.经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】变量喷雾;脉宽调制;水敏试纸;变异系数【作者】蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S49变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的重要技术手段[1]。
变量喷雾施药可以通过变喷雾时间、变喷雾压力及变药液浓度3种途径实现。
PWM技术调节电磁阀实现流量控制是一种变喷雾时间方法，相对于其他变量喷雾技术其实现简便，对喷雾粒径影响较小[2-3]，故应用较为广泛。
由于植保作业过程中靶标的分布较难获得甚至无法获得，因此喷雾机械的喷雾均匀性指标对防治效果影响很大。
PWM 变量喷雾是在一个控制周期内调节电磁阀开闭的时间来完成流量调节，致使喷雾机运动方向上的雾滴均匀性较难控制。
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【摘要】PWM间歇喷雾式变量喷施过程中,电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击,致使喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性发生畸变,降低了喷雾质量.为研究电磁阀通径对实际喷雾压力波动特性的影响,基于自主研制的脉宽调制间歇式喷雾变量喷施系统试验台,进行了测试试验.测试结果表明:系统压力与喷头流量一定时,随着电磁阀通径减小,压力波动均值减小,压力波动程度增大;在通径为DN15情况下,压力波动离散率≤0.002;在通径为DN10情况下,压力波动离散率≤0.01;在通径为DN6情况下,压力波动离散率呈较大幅度变化;且当系统压力发生阶跃时,电磁阀通径越小,喷雾压力波动振幅越大.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】7页(P164-169,174)【关键词】变量喷施;压力波动;电磁阀通径;喷头流量【作者】蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】S274.2;TP2720 引言在PWM变量喷雾的过程中，电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击，导致实际喷雾压力产生波动，而喷头的雾量分布和喷雾流量对喷雾压力波动较为敏感[1-3]，大幅度波动致使其控制精度和稳定性受到一定的影响。
国内外学者对PWM变量喷施的施药量控制[5-10]及雾化特性[15-19]等已经有了一定研究。
Han等对PWM电磁阀控制间歇喷雾式变量喷施系统进行了详细研究，发现由于喷雾压力不稳而引起的喷雾流量变异较大[4]。
但国内外有关PWM变量喷施过程中，针对压力波动变化特性的研究很少。
PWM变量喷施系统特性试验台的设计及液压冲击的
研究中期报告
一、任务目标
本次任务旨在设计PWM变量喷施系统特性试验台，研究液压冲击对系统性能的影响，并呈现中期研究报告，使研究进程得到适时反馈。
二、进展情况
1. 系统设计
根据任务要求，我们提出了一个具体的PWM变量喷施系统特性试验台设计方案，并完成了系统结构图的绘制。
2. 实验过程
在采用该设计方案的实验中，我们制定了详细的实验方案，并完成了样机制作和实验的开展，初步了解液压冲击对喷施系统的影响。
3. 实验分析
通过实验数据的收集、总结和分析，我们初步发现在实验过程中液压冲击会对系统造成一定的影响，需要进一步深入探究。
三、下一步工作
1.系统改进
结合实验结果，我们将着手改进系统设计，使其能更好地抵抗液压冲击，提高系统的稳定性和可靠性。
2.完善实验过程
在后续实验中，我们将完善实验方案，提高实验结果可信度，探究液压冲击对系统特性的影响机理。
3.加快进程
为了保证任务最终的高质量完成，我们将密切关注实验进展，加快进程，并及时修正与调整实验方案。
基于PWM的变量喷施控制系统设计及实验研究
王浩;陈树人
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2012(034)012
【摘要】以STC12C5410AD单片机为载体,设计了一套基于可编程计数器阵列(PCA)模块的变量喷施控制系统.该系统是以喷雾机前进速度、杂草密度信息为输入量、以喷药量和压力变化为输出的双输入双输出系统,并对其进行了仿真研究.仿真及实验结果证明,该系统能根据车具行进速度和杂草密度而实时改变喷药量以及管路压力的大小,误差精度小于5％.
【总页数】4页(P159-161,205)
【作者】王浩;陈树人
【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室,江苏镇江212013;江苏大学江苏省农业装备与智能化高技术重点实验室,江苏镇江212013【正文语种】中文
【中图分类】S491;S126
【相关文献】
1.PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响 [J], 蒋斌;李林;李晋阳;魏新华
2.基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计 [J], 武同昆;周超英;谢鹏
3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐
4.PWM变量喷施压力稳定控制系统 [J], 章少岑;刘青山
5.基于PWM的变浓度喷施控制系统设计与试验 [J], 孔辉;伊丽丽;兰玉彬;白京波;韩鑫
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脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性魏新华;于达志;白敬;蒋杉【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2013(000)005【摘要】Owing to its intermittently spraying characteristics, spray deposition distribution uniformity of PWM-based variable rate application system is hard to control. A PWM-based variable rate application testing system was constructed by integration of a modified commercial boom sprayer and an IPC-based measurement and control system to study its static deposition distribution characteristics. The sprayer consisted of a fluid tank, a filter, a diaphragm pump, a proportional relief valve, 12 high speed on-off solenoid valves, 12 TR80-05 hollow-cone nozzles and various pipelines, mounted on a tractor, and was driven by the tractor via its power take-off shaft. The IPC-based measurement and control system was composed of a pressure sensor, 4 flow sensors, a signal conditioning module, an IPC, an analog input data acquisition card、a PWM signal output card、an analog output card, and 2 driving modules. Real-time monitoring of subgroup flow and boom pressure, feedback stable control of average boom pressure, setting of the average boom pressure, and setting of frequency and duty cycle of the PWM signal were performed by the measurement and control software which was developed with Labview. Droplets were collected with a matrix-styled droplet collection device, ithad a horizontal collection dimention of 1000 mm×1000 mm and was divided evenly into 20×20 grids. Putting a paper cup in each grid, weighting the cups before and after each spraying test, droplet deposition of each grid could be deduced, and two-dimentional deposition distribution was obtained. Static deposition distributions of the PWM controlled nozzle were tested under various spray conditions of different spray pressures, different frequencies and duty cycles of PWM signal with the tractor holding still and the tested nozzle 0.5 m distance above the droplet collection area. And nonlinear regression analyses were performed on static deposition distribution specimens acquired under spray conditions of 0.3MPa spray pressures, 2Hz PWM signal frequency and different PWM signal duty cycles to construct their static deposition distribution models on dimension of droplet collection grid unit. Test and analysis results show that static deposition distribution models of theTR80-05 hollow-cone nozzles have a centrosymmetric shape of circularring and accords with the two-dimensional dual normal distribution, droplet deposition and radius of the deposition circular ring increase with the increasing of spray pressure, droplet deposition is approximately proportional to the duty cycle of PWM signal, the duty cycle of PWM signal has less effect on radius of the deposition circular ring, and the frequency of PWM signal has less effect on the static deposition distribution.% 由于脉宽调制(PWM)间歇喷雾式变量喷施系统的间歇喷雾特性，其雾量分布均匀性较难控制，为此该文采用隔膜泵、比例溢流阀、高速开关电磁阀、TR80-05型空心圆锥雾喷头和工控机测控系统等构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施试验系统，并对其静态雾量分布特性进行了试验研究.在不同喷雾压力、不同PWM 信号频率和占空比下，采用矩阵式雾量收集装置对PWM 喷头的静态雾量分布进行了测试，并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3 MPa、PWM信号频率2 Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型.结果表明：TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状，且近似符合二维双正态分布；随喷雾压力的增大，雾量沉积量增加，且雾量分布圆环区域半径增大；PWM 信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系，而对雾量分布圆环区域半径的影响较小；PWM信号频率对静态雾量分布影响很小.【总页数】6页(P19-24)【作者】魏新华;于达志;白敬;蒋杉【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;合肥师范学院电子信息工程学院，合肥 230061【正文语种】中文【中图分类】S49【相关文献】1.PWM间歇喷雾变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试 [J], 于达志;陈树人;魏新华2.脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制 [J], 魏新华;蒋杉;张进敏;李青林3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐4.脉宽调制型变量喷雾系统雾量沉积分布 [J], 吴春笃;杜彦生;张伟;张波;陈志刚5.PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击 [J], 吉鑫;崔银伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
科技成果——变量施药技术及装备成果简介
本项目属于植保机械领域，主要涉及脉宽调制（PWM）间歇喷雾式变量喷施技术、PWM变量喷施控制器和变量施药装备等内容。
PWM变量喷施技术通过对喷头电磁阀的开关控制实现喷头的间歇式喷雾，通过对电磁阀控制信号的脉宽调制（即占空比调节）实现喷头平均喷雾流量的调节。
PWM变量喷施控制器可输出12路独立可调的PWM控制信号，分别控制12个喷头，实时检测机组作业速度、系统喷雾压力和系统总喷雾流量，并根据以上信息及各喷头的设定施药量，对各喷头电磁阀的占空比进行动态调控，从而实现各喷头喷雾流量的精确控制。
应用PWM变量喷施技术和PWM变量喷施控制器可对传统的喷杆式喷雾机和果园弥雾机进行变量喷施改造，根据实际施药区域和施药量要求，进行喷幅和喷药量的动态调控，并在机组作业速度发生波动时，维持各喷头实际施药量的稳定，从而实现按需施药，并避免出现重喷、漏喷和喷出界问题。
性能指标
经江苏省农业机械试验鉴定站检测，PWM变量喷施喷杆式喷雾机的喷雾流量调节范围为10、喷雾流量控制误差≤±2%、喷药量控制误差≤±2.9%，满足变量施药要求。
与国外同类技术相比，本项目在喷雾流量调节范围和喷药量控制精度等方面达到了国外同类产品水平，在喷雾压力独立稳定控制和动态雾量分布均匀性控制等方面超
过了国外同类技术水平。
适用范围
该项目可实现按需施药，对节约农药、减少农产品农药残留、保护农业生态环境具有重要意义。
该项目可广泛应用于大田植保和果园植保，市场前景广阔。
投资规模
用于传统喷杆式喷雾机或果园弥雾机的改造，仅需增加成本1-3万元。
合作方式技术转让。
基于卡尔曼滤波的PWM变量喷雾控制研究蒋焕煜;周鸣川;童俊华;刘岩【摘要】构建了一套可采集测量喷头喷雾压力数据的PWM变量喷雾实验平台,通过喷头压力与流量关系特性,经卡尔曼滤波算法得出喷雾瞬时流量数据,并对其积分得到喷雾流量.设计了一种自动分段线性拟合方法将滤波后得到的喷雾流量与PWM信号占空比相关联,最终建立PWM喷雾流量模型.在喷雾压力为0.2、0.3和0.4 MPa条件下,对各喷雾流量模型进行喷雾流量控制精度实验,实验表明3种压力条件下所建立的PWM喷雾流量模型决定系数R2均在0.995以上,喷雾流量控制误差在±6％范围内,说明该方法可以为快速、在线建立喷雾控制模型提供参考.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2014(045)010【总页数】6页(P60-65)【关键词】变量喷雾;脉宽调制;卡尔曼滤波;分段线性拟合【作者】蒋焕煜;周鸣川;童俊华;刘岩【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S49引言变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的重要技术手段［1-2］。
变量喷雾施药可以通过变喷雾时间和变喷雾压力两种途径实现，变喷雾压力方法在改变喷雾流量的同时也改变了雾滴粒径及雾滴分布，因此应用受到局限。
变喷雾时间实现方式有变作业速率与运用PWM技术调节电磁阀两种，其中作业速率往往受到其他因素局限调节不便，而运用PWM技术调节电磁阀实现流量控制对喷雾粒径影响不大［3-4］，因此该技术已成为实现变流量喷雾的重要手段［5-6］。
应用 PWM 技术进行喷雾流量控制，喷雾流量模型是必不可少的。
Lebeau等［7］在某一确定压力和固定频率下使用线性方程对喷头特性进行了描述，刘大印等［8］通过正交组合设计方法建立了喷雾压力、PWM信号占空比和流量的关系模型，翟长远等［9］通过二次回归正交组合设计建立了针对指定喷头的喷雾压力、PWM信号频率、PWM信号占空比和流量的回归方程，魏新华等［10］针对指定喷头分析了包括压力泵转速、喷头位置、喷雾压力等多个因素对喷雾流量的影响，建立了在不同压力下PWM信号占空比与喷雾流量的关系。
0引言常规机动农药喷施作业无法因地制宜、按需施药，变量喷施技术因其可根据施药区域病虫草害情况按需施药，提高农药的有效利用率成为了施药技术重要的发展方向[1-3]。
变量喷施技术主要分压力调节式、浓度调节式和PWM 间歇喷雾流量调节式3种[4]，PWM 间歇喷雾流量调节式动态特性好、控制精度高，具有更加广阔的应用前景[5-7]。
PWM 间歇喷雾流量调节式变量喷施系统在作业过程中因隔膜泵周期性压力脉动、电磁阀快速启闭液压冲击以及设定施药流量的变化，系统喷雾压力波动较大，对施药效果造成较为严重的影响[8-9]。
目前，国内外有关PWM 变量喷施系统压力脉动特性及其消除方法的研究很少。
本文针对PWM 间歇喷雾流量调节式变量喷施系统压力脉动的主要来源，为其设计压力稳定控制系统，并通过试验对该系统的性能及稳定性进行测试。
1PWM 变量喷施系统1.1系统结构PWM 变量喷施技术是事先在容器中将化学药剂和水混合好，且在一定流量调节范围内保持压力的稳定，通过改变电磁阀动作频率和占空比来调节喷头喷雾流量[10]。
在实际运作过程中，通过对农田作物病虫草害的探测[11]及GPS 定位装置生成各喷头喷施处方图，调节电磁阀动作频率及占空比，对“电磁阀+喷头”组合的流量进行调节，实现农药喷施的因地制宜，变量喷施。
设计PWM 变量喷施系统如图1所示，采用自带手动溢流阀、排量40L/min 、最高工作压力可达1.5MPa 的隔膜泵供液；采用最高耐压2MPa 的TR80-05型圆锥雾喷头（德国，Lecher 公司）；采用6013型常闭直动式电磁阀（德国，Burkert 公司），工作压力0.3～0.5MPa 、开启时间20ms 、关闭时间30ms ；采用DBEE6-1X/50型先导式比例溢流阀（德国，博世力士乐股份公司），操作电压直流24V 、最大流量和最大工作压力分别为30L/min 和5MPa 、内部自带控制用集成电子元件。
1.过滤器2.隔膜泵3.隔膜泵动力输入轴4.隔膜泵动力输入轴转速传感器5.喷施流量传器6.比例溢流阀7.压力传感器8.“电磁阀+喷头组合”9.显示器图1PWM 变量喷施系统隔膜泵动力输入轴转速传感器采用JK8002C 型霍尔式接近开关，在隔膜泵输入轴上对应安装1个磁钢，工作电压为直流5～24V ，响应频率100kHz ；喷杆压力传感器采用CYT-102通用型压力变送器（北京天宇恒创有限公司），工作电压为直流24V 、测量范围0～1.5MPa 、精度0.25%、输出为4～20mA ；喷施流量传感器采用LWGY-15型流量传感器（北京天宇恒创有限公司），工作电压为直流24V 、测量范围0.3～5m 3/h 、精度0.25%、输出为4～20mA 。
