压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108021063A(43)申请公布日2018.05.11(21)申请号201711234457.9(22)申请日2017.11.30(71)申请人沈阳工业大学地址110870辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号(72)发明人李树江王琳王向东李雪(74)专利代理机构沈阳智龙专利事务所(普通合伙)21115代理人周智博宋铁军(51)Int.Cl.G05B19/042(2006.01)权利要求书4页说明书8页附图2页(54)发明名称压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法(57)摘要压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法,考虑施药压力系统的非线性因素和植保机药液泵与施药管道之间的压力模型，建立植保机药液泵与施药管道之间的压力系统的状态方程；设计压力稳态与状态反馈结合控制的施药压力控制器，基于压力系统状态方程，使施药压力克服复杂工况扰动跟踪参考压力。本发明建立基于植保机药液泵与施药管道之间的压力系统状态方程；设计压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制；易于使植保机施药压力克服复杂工况扰动跟踪期望压力，该控制方法能精确控制植保机施药压力，提高植保机的喷施效率，减少农药浪费。CN108021063ACN108021063A权利要求书1/4页1.一种压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法，其特征在于：考虑施药压力系统的非线性因素和植保机药液泵与施药管道之间的压力模型，建立植保机药液泵与施药管道之间的压力系统的状态方程；设计压力稳态与状态反馈结合控制的施药压力控制器，基于压力系统状态方程，使施药压力克服复杂工况扰动跟踪参考压力，具体步骤如下：1)基于植保机药液泵与施药管道之间的压力模型，施药压力系统的非线性因素，建立植保机药液泵与施药管道之间的压力系统的状态方程；2)设计基于压力系统状态方程的压力稳态与状态反馈结合控制的施药压力控制器，使施药压力克服复杂工况扰动跟踪参考压力；3)基于STM32系列微控制器和CAN总线通信方式设计基于CAN总线植保机压力稳态控制器，使施药压力信号能快速跟踪参考压力信号。2.根据权利要求1所述的压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法，其特征在于：1)步骤中，基于植保机药液泵与施药管道之间的压力模型，施药压力系统的非线性因素，建立植保机药液泵与施药管道之间的压力系统的状态方程，施药压力系统的数学模型描述如下：喷药压力系统的药液泵是指具有由轮轴驱动的径向活塞的柱塞泵，当药液从药液箱流入药液泵室，然后被施加到高压后输送到药液管道；施药压力系统的数学模型：药液体积变化根据驱动轴的运动而改变：pp为药液泵压力，Kf为体积模量，Vp为药液泵体积，qi是药液的入口流量，可以由压力控制阀调节，q0是药液的泄漏量，通常被认为是恒定值；qpr为药液泵到管道的流量即出口流量，Ap药液泵出口面积，ωr为轴转速，为药液体积变化，具体表达为：cpr为药液泵出口的药液流量系数，Apr为药液泵出口的截面积，ρ为药液密度；pr为药液管道压力。在喷药压力系统中，药液管道可以认为是具有一定体积的连接药液泵和喷嘴组的药液载体；药液管道的压力动态方程可以表示为：其中Vr是管道药液的体积，qri是管道的药液出口流量也等于喷嘴组喷射量总和；确定qri和pr之间的关系；结合式(1)、(2)，喷药压力系统模型为：其中，η为泄漏系数。2CN108021063A权利要求书2/4页3.根据权利要求1所述的压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法，其特征在于：基于植保机药液泵与施药管道之间的压力模型，施药压力系统的非线性因素，建立植保机药液泵与施药管道之间的压力系统的状态方程，施药压力系统的状态方程描述如下：定义状态变量x1＝pr，u＝qi作为控制量输入；由式(1)、(2)、(5)喷药压力系统状态方程为:其中，c＝[1,0]，c为输出矩阵。y为输出压力。a1,a2,b1,b2为压力系统状态方程的状态矩阵。4.根据权利要求1所述的压力稳态与状态反馈结合的植保机精准施药控制方法，其特征在于：设计基于压力系统状态方程的压力稳态与状态反馈结合控制的施药压力控制器，使施药压力克服复杂工况扰动跟踪参考压力，具体描述如下：稳态性能控制：根据式(6)，设计稳态控制，即为输出压力变化率等于状态变量的变化率。对式(8)求导，得出为输出压力变化率的导数，为状态变量x2的变化率。为a1对于x1的偏导值，为b1对于x1的偏导值，将式(9)代入3CN108021063A权利要求书3/4页稳态控制中，使参考压力y平稳变化，无激烈变化，令和fs(x)为稳态控制律。引入压力稳态控制后，控制律为：u为现阶段总体控制律，为引入控制律。代入式(11)其中，y*为输出压力参考值，为输出压