柑橘农药自动化喷洒系统的研发及其应用研究
这是一篇关于装置,喷洒系统,自动控制,脉宽调制,正交试验的论文, 主要内容为柑橘在我国南部地区是种植面积最大、社会经济地位最高的水果品种,从改革开放1978年17.8万hm2的种植面积发展到2019年的261.7万hm2,增加了近十五倍,总产量从1978年的38.3万吨发展到2020年5121.9万吨,增加了约一百三十二倍。柑橘种植面积的持续增加,加重柑橘黄龙病等疾病发生和发展的风险。柑橘黄龙病的防控是一项十分艰巨的任务,日常农药喷洒依然是柑橘病害防控主要措施之一。因我国南部地区柑橘果园大多在丘陵山区,大型喷药机械无法进入果园内开展作业。为了提高柑橘果树农药喷洒效率、降低人工劳动强度、提升柑橘喷药的机械自动化水平,本文针对标准化种植的柑橘果园,研发出一种以履带式移动底盘为载体的柑橘农药自动化喷洒系统,以实现柑橘农药的自动化喷洒。本文主要研究内容如下:1、确定系统组成,具体为:首先根据标准化种植柑橘果园的实地环境确定整机基本尺寸,其次根据柑橘果树高度和冠层宽度确定喷杆形状和长度,并设计基座系统,接着根据作业要求设计喷洒系统,对控制箱外形进行设计,然后运用NX10.0绘制柑橘农药自动化喷洒系统三维模型,对其关键零部件进行材料选择,最后搭建柑橘农药自动化喷洒系统的样机。2、设计农药自动化喷洒控制的硬件电路,并对自动化喷洒控制的软件程序进行方案设计与编写。硬件电路主要由运动控制器、86步进电机及MA860C驱动器、常闭电磁阀与中间继电器、直流变压模块和48V锂电池组成。控制程序采用G代码编写,对喷杆水平和垂直两个方向调节进行了方案设计,根据系统双边和单边自动喷洒进行控制程序设计,有效实现系统的农药自动化喷洒。3、实施喷头参数测试,对水平射程、喷幅和流量等参数进行测定,试验结果表明:在额定工作压力4MPa下,四分外丝圆形喷头平均水平射程为2.49m,平均喷幅为1.02m,单个喷头的流量为0.805L/min,达到农药自动化喷洒系统设计的要求。4、开展柑橘农药自动化喷洒系统样机的应用研究,以目标株距、喷洒时间和喷洒压力为参数,借助正交试验设计法,采用雾滴覆盖率和药液沉积量为评价指标,探讨室内单边、室外双边自然风和室外逆风三类情形下样机的性能,以及实现样机最优农药自动化喷洒的参数组合。试验结果表明:(ⅰ)室内单边自动化喷洒试验:喷洒时间对平均覆盖率和药液沉积量影响最为显著,其次是目标株距,喷洒压力在三个因素中影响最小,最优工作组合为A2B1C1,即系统喷洒时间为1.5s、目标株距为0.85m、喷洒压力为2MPa。(ⅱ)室外双边自然风应用试验:由于自然风的影响,两边柑橘果树的喷洒效果存在较小差异,左边柑橘果树在垂直前层正面、垂直前层反面、垂直中层正面的雾滴覆盖率和药液沉积量分别为:89.3%和0.64μg/cm2、35.7%和0.35μg/cm2、47.3%和0.52μg/cm2,右边柑橘果树在垂直前层正面、垂直前层反面、垂直中层正面的雾滴覆盖率和药液沉积量分别为:85.5%和0.62μg/cm2、33.9%和0.26μg/cm2、49.5%和0.44μg/cm2,各层的雾滴平均覆盖率均达到的果园喷药防护的要求。(ⅲ)室外逆风应用试验:逆风风速为0.7m/s下,影响因素顺序为喷洒时间、目标株距、喷洒压力,最优工作组合为喷洒时间为1.5s、目标株距为0.85m、喷洒压力为4MPa;逆风风速为1.9m/s和3.2m/s下,影响因素顺序为喷洒时间、喷洒压力、目标株距,最优工作组合喷洒时间为3.5s、目标株距为0.85m、喷洒压力为4MPa;柑橘农药自动化喷洒系统在室外逆风环境下,喷洒效果会受到不同风速的影响,其中喷洒时间对喷洒效果影响最大;当逆风风速越大时,喷洒压力对喷洒效果的影响程度也逐渐增加。因此,柑橘农药自动化喷洒系统进行实际喷洒作业时,需根据实际作业环境调整相关参数,从而达到良好的喷洒效果。
基于FPGA的三相异步电机逆变控制系统的设计与实现
这是一篇关于异步电机,逆变控制,脉宽调制,FPGA,人机界面的论文, 主要内容为异步电机的应用涵盖工业、建筑、交通和能源等多个领域,随着半导体和计算机等技术的进步,异步电机逆变控制技术也随之更新迭代。传统逆变控制器存在数据处理速度慢、电路复杂、开发周期长、灵活性和适应性差等缺点。针对以上问题,本文提出基于FPGA的三相异步电机逆变控制数字化方案,通过调用FPGA内部丰富的IP核和逻辑单元,充分发挥其数据处理速度快,开发周期短等优势,使异步电机逆变控制器在可编程性、数据处理速度及实时控制性能等方面更加优越。本文通过阅读和研究大量国内外异步电机逆变控制技术相关文献,对既有异步电机控制技术及功率开关器件有了全面的了解,结合当前工业现场异步电机控制性能要求,提出基于FPGA的三相异步电机逆变控制系统设计与实现的任务目标。首先,对主要逆变器的拓扑结构和处理器对比分析,对逆变器控制的SPWM和SVPWM调制方法及原理详细介绍,选择电压型三相逆变电路作为控制电路,分别以上述两种调制方法为基础进行FPGA软件设计,根据系统功能需求设计异步电机控制总体架构,主要包括FPGA主控单元、驱动控制电路、信号采样电路和系统监控界面。其次,对逆变器硬件进行芯片选型和电路设计,包括主控芯片选择和驱动控制模块、信号采样模块和数据通信模块设计。主控芯片选择CycloneⅢEP3C5E14417N,具有丰富的接口和功能模块。驱动控制模块使用IRS26310专用IGBT驱动芯片驱动逆变电路,自带过压、过流保护和过温保护。采样电路包括电压、电流、转速和温度采样,通过RS485通信接口将数据参数传输到系统监控界面,更直观地显示电机运行状态。然后,对FPGA主控单元编程设计,使用自顶向下的模块化设计方法,将处理器按功能模块化分,包括波形发生器模块、SPWM控制波模块、SVPWM控制波模块、死区插入模块、数据通信模块和采样模块。各波形控制模块共同作用产生频率、幅值可调的PWM调制波,经过死区模块输出,信号采样模块和通信模块监测并反馈输出结果。对各个模块分别设计和仿真验证,仿真结果与原理分析一致。最后,搭建实验环境对异步电机逆变控制系统测试和分析,对逆变输出和电机驱动进行实验验证,通过系统监控界面测试数据通信和参数采集功能。经过动态、静态仿真以及实验测试,验证了系统各项功能正常,符合设计需求,同时也说明了设计的合理性与系统的可行性,具有良好的实用价值。
基于FPGA的三相异步电机逆变控制系统的设计与实现
这是一篇关于异步电机,逆变控制,脉宽调制,FPGA,人机界面的论文, 主要内容为异步电机的应用涵盖工业、建筑、交通和能源等多个领域,随着半导体和计算机等技术的进步,异步电机逆变控制技术也随之更新迭代。传统逆变控制器存在数据处理速度慢、电路复杂、开发周期长、灵活性和适应性差等缺点。针对以上问题,本文提出基于FPGA的三相异步电机逆变控制数字化方案,通过调用FPGA内部丰富的IP核和逻辑单元,充分发挥其数据处理速度快,开发周期短等优势,使异步电机逆变控制器在可编程性、数据处理速度及实时控制性能等方面更加优越。本文通过阅读和研究大量国内外异步电机逆变控制技术相关文献,对既有异步电机控制技术及功率开关器件有了全面的了解,结合当前工业现场异步电机控制性能要求,提出基于FPGA的三相异步电机逆变控制系统设计与实现的任务目标。首先,对主要逆变器的拓扑结构和处理器对比分析,对逆变器控制的SPWM和SVPWM调制方法及原理详细介绍,选择电压型三相逆变电路作为控制电路,分别以上述两种调制方法为基础进行FPGA软件设计,根据系统功能需求设计异步电机控制总体架构,主要包括FPGA主控单元、驱动控制电路、信号采样电路和系统监控界面。其次,对逆变器硬件进行芯片选型和电路设计,包括主控芯片选择和驱动控制模块、信号采样模块和数据通信模块设计。主控芯片选择CycloneⅢEP3C5E14417N,具有丰富的接口和功能模块。驱动控制模块使用IRS26310专用IGBT驱动芯片驱动逆变电路,自带过压、过流保护和过温保护。采样电路包括电压、电流、转速和温度采样,通过RS485通信接口将数据参数传输到系统监控界面,更直观地显示电机运行状态。然后,对FPGA主控单元编程设计,使用自顶向下的模块化设计方法,将处理器按功能模块化分,包括波形发生器模块、SPWM控制波模块、SVPWM控制波模块、死区插入模块、数据通信模块和采样模块。各波形控制模块共同作用产生频率、幅值可调的PWM调制波,经过死区模块输出,信号采样模块和通信模块监测并反馈输出结果。对各个模块分别设计和仿真验证,仿真结果与原理分析一致。最后,搭建实验环境对异步电机逆变控制系统测试和分析,对逆变输出和电机驱动进行实验验证,通过系统监控界面测试数据通信和参数采集功能。经过动态、静态仿真以及实验测试,验证了系统各项功能正常,符合设计需求,同时也说明了设计的合理性与系统的可行性,具有良好的实用价值。
基于模型设计的六相永磁同步电机控制系统研究
这是一篇关于六相永磁同步电机,脉宽调制,磁场定向控制,直接转矩控制,模型设计的论文, 主要内容为相较于传统三相电机,多相电机具有低压大功率输出、低转矩脉动、适于容错运行等优势。然而随着电机相数的增加,其控制算法、PWM策略更加复杂,出现谐波电流较大,增加定子损耗等问题。同时传统电机系统的应用开发存在着开发周期长、成本高、效率低等问题。因此本文以对称型六相永磁同步电机为研究对象,对其控制算法、PWM策略进行了研究,并采用基于模型设计的方式对该电机系统进行了开发。主要研究内容如下:(1)设计了六相永磁同步电机快速模型验证平台。针对传统电机系统应用开发效率低、周期长的问题,利用模型设计的优势来缩短控制系统的开发周期,提高了控制系统后期的可维护性和可靠性。在此基础上,联合Simulink和STM32CubeMX软件搭建了电机的快速模型系统的整体模型,以及电流检测、位置及速度计算和PWM信号输出等接口模块,并对主要硬件资源进行参数配置,为后续算法的整体模型搭建和代码生成奠定基础。(2)研究了六相永磁同步电机的双d-q磁场定向控制系统。针对多相电机存在谐波电流大,控制算法复杂的问题,采用双d-q坐标变换将六相电机解耦成两个三相系统来简化算法,从而完成了两套绕组的d、q轴电流的单独控制,并分别采用SPWM和SVPWM策略来控制逆变器。同时结合算法仿真和快速模型验证平台生成相应代码。在此基础上,设计硬件实验平台并利用其进行了硬件实物验证,进一步验证双d-q磁场定向控制对谐波的抑制作用以及模型设计开发方式的有效性。(3)研究了六相永磁同步电机的直接转矩控制系统。针对多相电机控制结构、PWM策略复杂的问题,采用滞环控制器和矢量开关表直接对逆变器开关的通断进行最佳控制,从而提高电机转矩控制的快速性和准确性。同时基于Simulink进行了算法的仿真分析,结合仿真算法和快速模型验证平台生成相应代码。在此基础上,通过实验平台进行了硬件实物验证,进一步验证直接转矩控制结构简单,运算速度快的特点。
基于FPGA的三相异步电机逆变控制系统的设计与实现
这是一篇关于异步电机,逆变控制,脉宽调制,FPGA,人机界面的论文, 主要内容为异步电机的应用涵盖工业、建筑、交通和能源等多个领域,随着半导体和计算机等技术的进步,异步电机逆变控制技术也随之更新迭代。传统逆变控制器存在数据处理速度慢、电路复杂、开发周期长、灵活性和适应性差等缺点。针对以上问题,本文提出基于FPGA的三相异步电机逆变控制数字化方案,通过调用FPGA内部丰富的IP核和逻辑单元,充分发挥其数据处理速度快,开发周期短等优势,使异步电机逆变控制器在可编程性、数据处理速度及实时控制性能等方面更加优越。本文通过阅读和研究大量国内外异步电机逆变控制技术相关文献,对既有异步电机控制技术及功率开关器件有了全面的了解,结合当前工业现场异步电机控制性能要求,提出基于FPGA的三相异步电机逆变控制系统设计与实现的任务目标。首先,对主要逆变器的拓扑结构和处理器对比分析,对逆变器控制的SPWM和SVPWM调制方法及原理详细介绍,选择电压型三相逆变电路作为控制电路,分别以上述两种调制方法为基础进行FPGA软件设计,根据系统功能需求设计异步电机控制总体架构,主要包括FPGA主控单元、驱动控制电路、信号采样电路和系统监控界面。其次,对逆变器硬件进行芯片选型和电路设计,包括主控芯片选择和驱动控制模块、信号采样模块和数据通信模块设计。主控芯片选择CycloneⅢEP3C5E14417N,具有丰富的接口和功能模块。驱动控制模块使用IRS26310专用IGBT驱动芯片驱动逆变电路,自带过压、过流保护和过温保护。采样电路包括电压、电流、转速和温度采样,通过RS485通信接口将数据参数传输到系统监控界面,更直观地显示电机运行状态。然后,对FPGA主控单元编程设计,使用自顶向下的模块化设计方法,将处理器按功能模块化分,包括波形发生器模块、SPWM控制波模块、SVPWM控制波模块、死区插入模块、数据通信模块和采样模块。各波形控制模块共同作用产生频率、幅值可调的PWM调制波,经过死区模块输出,信号采样模块和通信模块监测并反馈输出结果。对各个模块分别设计和仿真验证,仿真结果与原理分析一致。最后,搭建实验环境对异步电机逆变控制系统测试和分析,对逆变输出和电机驱动进行实验验证,通过系统监控界面测试数据通信和参数采集功能。经过动态、静态仿真以及实验测试,验证了系统各项功能正常,符合设计需求,同时也说明了设计的合理性与系统的可行性,具有良好的实用价值。
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