[发明专利]注入式在线实时混药控制装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种注入式在线实时混药控制装置及控制方法，该装置包括混药喷洒系统和与其分别通过管路连接的水溶剂调节系统、药液注入系统和混药控制电路，混药控制电路分别与水溶剂调节系统、药液注入系统混药喷洒系统电性连接。水溶剂调节系统中采用旁路回流式，通过控制电动调节阀的开度对水溶剂流量进行调节，药液注入系统中通过控制电磁计量泵的脉冲信号频率对药液流量进行调节。方法为采用DMC动态矩阵控制算法按照获取的混药比信息在线实时调节水溶剂流量、药液流量。DMC动态矩阵控制算法适用于具有非线性和滞后的实时混药喷雾控制。本发明可以实现喷雾幅宽控制和药液浓度在线实时调节，能够做到按需配药，精准施药，提高农药利用率。

技术领域

本发明涉及植保农业机械的在线混药技术领域，尤其是涉及一种注入式实时改变浓度的在线混药喷雾控制装置及控制方法。

背景技术

变量喷雾技术是精准农业的重要组成部分，是精准农业中与食品安全和环境污染最密切相关的环节之一，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。变量喷雾混药方式包括预先混药和在线混药两大类。目前，国内变量喷雾主要为预混式，在药液浓度不变的情况下通过改变施药量实现喷雾量变化，作业时操作人员需与农药接触，对操作人员危害较大，存在农药用量大和污染环境的弊端。

在线混药技术能够解决预混式混药存在的弊端，其通过分别设置药箱和水箱，采用外部能源或者动量交换的形式完成农药和水的在线混合。在线混药技术可以做到按需配药，具有保证农药精确使用、避免农药浪费、提高农药利用率、避免操作者与农药接触和改善生态环境的优势。

影响注入式在线混药性能的主要因素包括喷头浓度变化的传输时间延迟和药液与水溶剂混合的均匀性，国内外学者大都采用增加混药器或者设计合理管路来改善，从控制理论的角度改善系统性能的研究比较少。变量喷雾的控制算法以传统的PID和模糊控制为主，对于药液注入量大都采用开环控制，控制精度不高。大多数在线混药喷雾控制系统的中央处理器多采用51单片机，中央处理器存在系统资源缺乏和处理数据能力差等不足，影响了在线混药喷雾控制系统的控制精度和响应速度。

发明内容

为了解决传统变量喷雾中喷雾浓度无法实时改变的问题以及改善在线混药系统的非线性大延时的特性，本发明提出了一种采用DMC动态矩阵控制注入药液的注入式在线混药控制系统。本发明专利以STM32芯片为处理器设计了在线混药控制器，设计用于变量喷雾和幅宽控制的注入式在线实时混药控制系统，采用喷雾泵出口端分多路注入药液的方式，安装SK静态混药器增强混药均匀性，控制独立分组电磁阀的启停实现作业幅宽控制。喷雾作业时，在线实时混药控制系统根据处方图提供的混药比及时调整当前喷雾机系统回路中的水溶剂流量和药液流量，控制喷头处的浓度，从而实现喷雾作业的变量调节。

实现本发明所采用的技术方案是：

注入式在线实时混药控制装置，包括混药喷洒系统和与其分别通过管路连接的水溶剂调节系统、药液注入系统和混药控制电路；所述水溶剂调节系统包括水箱、水泵、压力表、压力传感器、电动调节阀、水溶剂流量计；水箱底部设有出口连接水溶剂输出主管路，水溶剂输出主管路连接水泵后分为两路，一路经过电动调节阀连接水箱上部的回流口，一路经压力传感器、水溶剂流量计连接至混药喷洒系统；压力传感器、电动调节阀、水溶剂流量计还连接混药控制电路；所述药液注入系统包括药箱、电磁计量泵、脉动阻尼器、药液流量计、压力表；药箱底部设有出口连接药液管路，药液管路经依次设置的电磁计量泵、脉动阻尼器、药液流量计、压力表后连接至混药喷洒系统；电磁计量泵、药液流量计、压力表还连接混药控制电路；所述混药喷洒系统包括注射阀、静态混药器、电磁阀、喷头；药液注入系统输出的药液经注射阀连接至水溶剂输出管路与水溶剂一同输入静态混药器，混药后输出管路经电磁阀后连接至喷头；电磁阀还连接混药控制电路，用于打开或关闭喷头。

所述水溶剂调节系统还包括安装在水箱底部出口与水泵之间管路上的过滤阀、水箱内的液位传感器，液位传感器连接混药控制电路板。