[发明专利]在线混药植保机的浓度动态方程和变浓度控制方法

权利要求书

1.在线混药植保机的变浓度控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1)建立在线混药植保机的药液浓度c₀动态响应模型：

c₀＝K·c_i(T-T_c-τ_c) t≥T (1)

其中的K为系统浓度的静态增益，t为系统运行的时间，τ_c为传输延迟，T_c为系统的时间常数，c_i为流经流量计的药液浓度，T为最大工作时间；

q_c为经过药液注射泵的药液流量，q_m为经过流量计流出的流量，K₁，K₂，Φ₁和Φ₂为系统辨识出q_m和τ_c、T_c的参数；

步骤2)根据液压元件物理特性，药液注射泵的模型如下：

q_c＝K_P·ω_c (5)

K_p为活塞泵的容积排量，ωc为泵的转速；

步骤3)根据压力和流体的动力学分析有：

ΔP＝K₀·q² (6)

压力与流经的流量的平方成线性关系，公式(6)所示，ΔP为压力，q为流量，K₀为流体阻力；电磁阀、喷杆、喷杆和喷嘴之间以及喷嘴和流量计和比例阀的流体阻力分别为K_vs、K_pn、K_pb和K_n以及K_f和K_v；由公式(7)、(8)，其中K_eq为等效电阻；计算出P_s的值；

K_eq＝K_vs+K_pb+K_pn+K_n (7)

P_s＝K_eq·q_m² (8)

流经比例阀的流量q_v为喷雾泵的流量Q_P和流量计的流量q_m之差，得到比例阀的压降为：

Δp_v＝K_v·(Q_P-q_m)² (9)

处在一条管路的比例阀的压降和流量计的压降之和为压力传感器的测量值，有公式：

Δp_v＝P_s-k_f·q_m² (10)

假定流量计的流体阻力k_f不计，则压力传感器的值等于比例阀的压降；

ΔP_v＝P_s (11)

根据上述的公式，整理得出：

比例阀的流体电阻与转过的角度θ_v之间按照经验公式(13)所示，其中α₀，α₁和β为系统辨识的参数；

该比例阀由直流电机进行控制，该电机是由PWM信号占空比控制的功率放大器进行驱动，比例阀描述为：

θ_v：比例阀转过的角度，K_m：比例阀电机的转矩常数，K_ph：比例增益，

T_m：比例阀电机的时间常数，dm：PWM的占空比，比例阀转过角度的导数，

比例阀转过角度的二次导数，

步骤4)建立浓度模型的空间状态表达式为：

U₁＝ω_c，U₂＝dm

步骤5)设计喷药浓度控制器，在线混药喷雾系统的实际喷嘴药液浓度为c₀，期望喷嘴喷药浓度为c_d；设喷药浓度的误差为：

e＝c_d-c₀ (16)；

基于在线混药植保机的压力和流体的动力学模型，液压元件物理特性，建立在线混药喷雾机的药液浓度的状态空间方程:将系统的浓度误差和误差变化率为输入，得出药液浓度与喷雾泵转速和比例阀开度的关系方程，设计出药液浓度的控制规则，实现对在线混药植保机的药液浓度的实时控制；

针对模型的严重的非线性，设计喷雾浓度控制规则，实现在线混药系统的喷雾浓度的实时控制；

采用CAN总线串行通讯协议传输数据，利用STM32单片机对在线混药植保机的药液浓度智能控制，实现在线混药植保机的药液浓度的实时控制；以STM32单片机为主控制器，主控制器的输入接浓度测试模块、输出接电机驱动模块；CAN总线通讯模块:以及电源供电模块；主控制器读取浓度测试单元的反馈信号计算得出误差信号；根据误差信号，误差变化率信号，主控制器按照设计出浓度控制规则控制喷雾泵的转速以及驱动比例阀的占空比信号，实现按指定喷雾浓度进行工作。