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南京农业大学

变量施肥机控制算法设计与试验

合作院校:南京农业大学

实验简介:
小麦的播种施肥一体化作业及后期的变量追肥作业是精确农业的典型作业种类,是集信息采集、机械设计、电气控制为一体的多学科多专业综合平台,可服务于农业机械化、自动化、农业电气化等多个专业的教学,可应用于《学科前沿》、《农业机械学》、《农业机械试验与性能检测》、《专业综合能力训练》、《自动控制综合实训》等课程或集中性实践教学环节的教学之中。使自动化、电气工程、农业工程等不同学科的专业知识通过特色应用背景进行关联融合,体现农业大学工科专业培养特色;显化农业工程学科、农业生产前沿研究领域知识,拓展学生学术视野,锻炼跨界学术思维;通过实验项目设计,培养学生分析和解决复杂工程技术问题的能力,引导学生树立“学以致用、学可致用”的学习观;通过实验考核内容的设计,使学生在具体实验方法、实验手段和实验设备的应用与学习过程中,达到认知行业、熟悉专业前沿知识与技能的目的。         
设计原则:
实验整体可以分成三大模块:工作原理及结构认知、播量控制策略设计、变量施肥实施方案及性能测试。其中“播量控制策略的设计”模块是播种施肥作业终端执行机构的技术灵魂,“施肥处方图”模块是为播种施肥机开展追肥作业提供作业目标的,是变量施肥作业的指挥部;“田间作业性能测试”模块是在“播量控制策略的设计”模块和“变量施肥处方图”模块的支撑下的综合测试平台,完成对“小麦播种,撒施底(基)肥”和“小麦追肥”两不同生育阶段的作业性能测试。三大模块之间相互关联和支撑呼应,模块内部各实验项目的安排上遵循由浅入深、由简至繁和层次递进的原则,培养学生分析和解决复杂工程技术问题的能力,并使学生在具体实验方法、实验手段和实验设备的应用与学习过程中,达到认知行业、熟悉专业、掌握前沿知识与技能的目的。              
课程目标:
播量控制策略设计(1)了解外槽轮式播种施肥机的典型结构和工作原理;(2)学习并掌握直流电机驱动模型的实验建模方法;(3)学习并掌握直流电机转速的闭环控制方法;(4)学习并掌握外槽轮式播量控制系统的控制策略。 施肥处方图的生成(1)了解作物冠层反射光谱信息与作物营养状况之间的关系;(2)了解典型反射光谱仪的工作结构与原理;(3)学习并掌握反射光谱指数的获取方法;(4)学习并掌握施肥处方图的生成方法。 田间作业性能测试(1)了解旋耕播种施肥一体机的整机结构和作业要求;(2)了解基于反射光谱测量的施肥机整机结构和作业要求;(3)熟悉精确播种和变量施肥的概念和实施要求;(4)学习并掌握播种施肥机作业性能评价体系和评价方法。    
实验要求:
通过整机模型和关键部件的分离模型(电机驱动机构,外槽轮播种施肥器),认知播种施肥机的典型结构,通过动画演示播种施肥机的工作原理。
按照实际测量电机开环模型的方法,通过实验方式获取模型的开环响应曲线,根据所测数据确定出模型参数,要求在每一种测试条件下,重复3次实验,至少开展两种不同的测试条件下(采用两种不同的电机驱动电压)的实验。     
成绩评定:
认知部分占20分,其中,播种施肥机结构与原理占5分(认知一个部件得1分),反射光谱仪工作原理占5分(3个主要部件各占1分,工作原理占2分),知识测试占10分(答对一题给1分,多选题选项不全得0.5分,全对得1分,选错不得分)。
播量控制参数设计占60分,其中,电机模型参数测定占15分(计算出的参数K和T与标准参数相对误差小于5%得15分,5%~15%之间得10分,大于15%不得分),电机转速控制参数设计占15分(计算出的参数Ki和Kp与标准参数相对误差小于5%得15分,5%~15%之间得10分,大于15%不得分),播量特性标定占15分(变异系数CV小于5%,标定结果参数Kq和b与标准参数之间的相对误差小于10%,得15分,10%~15%之间得10分,超过15%不得分。若变异系数CV大于5%,则直接不得分),播量闭环控制占15分(实际转速和理想转速之间的相对误差平均值和标准差小于5%,得15分。5%~15%之间,得10分。大于15%不得分)。变量施肥实施方案及性能测试占20分(完整做完田间作业,得20分)。     
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