自动施药机器人及可变量控制系统研究(14)

自动 机器人

水被脉动的高压气流推出喷头，数控系统发出一定幅值的方波来控制气流。该喷

头的性能受下列因素影响：蓄水管道容积、空气和水的压力、工作循环时间与频率。该系统需要附加空气压缩机。

ＧｉｌｅｓＤＫ等开发了脉宽调制（Ｐｕｌｓｅ．Ｗｉｄｔｈ

Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）喷头应用于车载化学农药喷雾设备（ＧｉｌｅｓＤＫ，Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ

ＧＷａｎｄＦｕｎｋＫ，１９９６）。在脉宽

调节控制系统中，农药与载体先在一个容器中混合，再通过调节ＰＷＭ的工作循环来调节喷头流量，即通过调节喷头的开合时间比来调节流量。

Ｔｉａｎ

Ｌｅｉ等研究了ＰＷＭ喷头工作过程中的雾滴沉积分布情况（ＴｉａｎＬ

ａｎｄ

ＺｈｅｎｇＪＱ，２０００）。

脉宽调节喷头多用于流量较小的农药施用设备，不适用于大流量的灌溉系统。因为灌溉系统中所需的电磁阀较大，价格昂贵。

ＫｉｎｇＢ

Ａ等开发了变频喷雾系统。该系统利用变频器，通过调节电机频率和

有效电压幅值来控制水泵电机转速、液体压力和流量。该系统包括下列部分：整

流电路，将交流电源转换成直流电源；中问电路，调节直流电压；反相电路，给电机输入一定电压；控制电路，调节输出电压与输入信号的比率。

ＫｉｎｇＢ

Ａ等还开发了另一种可变流量的灌溉喷头（Ｋｉｎｇ

ＢＡａｎｄＫｉｎｃａｉｄ

Ｄ

Ｃ，１９９６）。该喷头内有一个移动销，当销子向前推进时，喷头开口面积减小，从而减小喷头流量；反之，增大喷头流量。流量可调范围是４０％～１００％。由于不能将流量控制在４０％以下，所以这种喷头只能用于干旱地区，而不适宜潮湿的农田。

直接式药剂喷头也能被用作可变流量喷头，这种喷头流量一定，通过改变行

进速度来实现流量的可变。但它存在延时问题，Ｐａｉｃｅ

ＭＥ、ＴｏｍｐｋｉｎｓＦＤ和

ＳｕｄｄｎｔｈＫ

Ａ的定量研究表明，这种喷头用于喷洒化学药剂时可能产生较大面积

的施用误差。

（２）可变量应用系统

对作物的定点施药需要基于可变量技术的智能喷雾系统，而可变量的实现又

依赖流量控制系统。智能喷雾系统要求控制系统（包括电磁阀和喷头）有较好的动态特性。

图１－３所示为一基于地图的可变量喷雾系统（ＣｌａｒｋＲＬａｎｄＭｃＯｕｃｋｉｎＲＬ，１９９６）。雷达测速传感器检测喷雾系统的行进速度，计算机（控制器）依据这个速度来调节农药施用量。该系统中农药与水不是事先混合的，而是根据实际需要，在喷雾过程中液压泵将农药与水在注射器中混合。在安全性和混合药水管理等方

面，这种结构较预先混合有许多优点。液压泵能精确地控制农药提取量。水箱中

的液位传感器告知计算机水箱中还有多少水，计算机通过流量控制阀控制流向喷杆的总流量。流量传感器检测实际流量并将此信息传送给计算机实现闭环控制。喷雾系统行进过程中，实际农药施用量与相应的地理坐标位置都由计算机记录下来并传送给地理信息系统。喷杆阀控制喷杆的开与关。

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