智能型多通道水肥一体化设备关键技术研究
这是一篇关于水肥一体化,数值模拟,PSO-Fuzzy PID控制器,性能试验的论文, 主要内容为高效节水灌溉施肥是农业现代化建设的重要发展方向,水肥一体化设备是保障农业可持续发展、实现高效节水灌溉施肥的重要设备。针对目前我国水肥一体化设备仍存在水肥混合不均匀、配比精度较低等问题,本文着眼于精准农业的水肥混合生产过程,运用理论分析、数值模拟、试验等方法,对智能型多通道水肥一体化设备展开设计与研究分析。主要研究工作如下:(1)总体方案设计及整机结构确定。根据智能型多通道水肥一体化设备的设计原则、功能与性能需求,明确设备的工作流程,完成工作方案设计。对设备总体结构划分,完成吸肥结构和混肥结构的设计,从而确定整机模型,并运用SolidWoks软件对整机模型进行三维建模。(2)吸混肥系统的数值模拟。整机关键部件主要分为多通道文丘里管吸肥系统和混肥系统。先用三维软件分别建立模型,运用FloEFD软件仿真得到多通道文丘里管吸肥系统中的各通道吸肥量和水、肥入口端的压差呈正相关的工作特性,吸肥量数据为后续试验提供参考;运用Fluent软件对混肥系统进行多相流仿真,确定水肥在文丘里管初次混合,在混肥桶内再次混合,可以增加水肥的混合均匀性。(3)基于PSO优化的模糊PID控制器设计与仿真。建立水肥浓度控制过程的模型,利用Matlab对控制对象建立仿真模型。通过比较PID、Fuzzy PID的控制效果,设计了PSO-Fuzzy PID控制器,根据三种控制器的仿真对比实验,PSO Fuzzy-PID相比于PID,超调量降低21.36%,调节时间减少15s;相比于FuzzyPID,超调量降低了8.05%,调节时间减少了7.5s。PSO-Fuzzy PID控制器改善了被控系统动态变化适应性较弱的问题,控制性能更优越,有更强的抗干扰能力、适应性和鲁棒性。(4)样机研制与性能试验。根据整机结构设计及样机硬件选型,组装搭建样机并做性能试验。最大吸肥量试验,仿真数据与试验数据吻合度较高;控制器性能对比试验,PSO-Fuzzy PID控制系统在实际施肥灌溉中超调量小、调节时间段,具有较好的适应性和鲁棒性,能够满足实际灌溉施肥需求;不同单元素间的配比试验,设备可以迅速有效的实现水肥混合液的动态调节,实现不同单元素液肥之间的精确配比;稳定性试验,样机持续运行5小时,五个通道吸肥量基本保持稳定。本文研发的智能型多通道水肥一体化设备结构合理、水肥混合均匀性好、配肥精度高,能够满足贵州农业智能灌溉施肥的控制性能和精度要求,具有广阔的应用前景。
基于UWB定位技术的随动式板栗接收车设计与试验
这是一篇关于UWB,跟随收集,板栗,性能试验,接收装置的论文, 主要内容为板栗在我国已经有2000多年的种植历史,我国板栗的种植面积和产量居全球第一。当前板栗收获主要以传统的人工采收为主,面临着劳动强度大,栗苞毛刺易伤人,收获效率低等问题。我国板栗主要种植在丘陵山地,大型的收获机械无法应用。现有的一些小型化板栗采收设备依然存在劳动强度大和收获效率低的问题,不能满足产业发展需求。针对以上问题,本论文基于UWB定位技术设计并实现一种随动式板栗接收车。该接收车能够平稳跟随安装有UWB定位标签的板栗拍打落果装置运动,并且可以在收获装置处于工作状态时板栗接收车能够实现板栗的收集,同时,板栗接收车能够适应板栗种植园的复杂地形,通过性较好。实现了板栗落果的高效率收集,对推进板栗机械化、智能化采收具有一定积极意义。本文的主要研究内容如下:(1)接收车整体方案确定。根据板栗的生长特性和种植模式对接收车的接收装置及行走底盘进行方案设计;计算不同工况下接收车底盘的行驶功率,完成底盘驱动电机的选型;最终完成板栗接收车样机的搭建。(2)板栗接收装置设计与仿真。根据板栗收获装置的工作原理及实际收集目标,确定板栗接收装置的设计方案;计算了板栗受拍打掉落时与接收装置碰撞产生的撞击力,通过有限元仿真,得出伞骨杆在受到板栗碰撞后的应力、应变、位移图;对接收装置的伞面开合机构进行动力学仿真,确定机构的合理性;对接收装置的支撑脚架及支撑底板进行静力学分析,确定其在工作状态中结构不会被破坏,满足强度的要求。(3)UWB随动系统的设计与实现。对比目前其他定位方式优缺点选取UWB定位技术作为板栗接收车的定位方案;提出板栗接收车跟随板栗收获装置协同作业,达到对掉落板栗实时收集的目标,对随动系统的硬件进行选型及搭建;对UWB定位算法进行分析,结合卡尔曼滤波对标签的运动位置进行分析,优化定位的结果,最后通过MATLAB仿真,发现系统的观测噪声减少了57.1%。(4)开展了板栗接收车样机的性能试验。对UWB定位模块进行标定试验,将试验结果及实际结果拟合为一次函数,修改模块内部程序提高定位精度;对跟随系统进行静态及动态的定位性能试验,验证系统方案的可行性;对其开展了田间板栗接收试验,随动式板栗接收车配合板栗拍打式落果机和手持式坚果收获机两种装置的接收效果都能够符合设计的需求,接收车对于这两种收获装置的平均收集率分别为87.76%和94.23%。
模块化嵌入式动力轮椅越障性能研究
这是一篇关于越障轮椅,模块化设计,性能试验,运动分析与模拟仿真,样机制作的论文, 主要内容为老龄化、残疾致病率等问题愈加引发社会关注,在这一背景下养老助残行业的大力发展已成为近年来的焦点。轮椅成为残疾人和高龄人的主要代步工具,传统的代步轮椅逐步向全地形、需求型、功能型动力轮椅转变,现阶段对全地形、多需求、轻便越障动力轮椅的研究和优化迫在眉睫。本课题优势在于利用模块化解决了轮椅整体不可拆装、体积大的弊端;利用嵌入式系统可根据使用者需求灵活裁剪软硬件模块,以应用为中心减少配置操作。主要研究内容如下:首先,根据国内外智能轮椅技术研究现状,了解轮椅未来发展趋势与市场需求;根据市场需求与用户体验进行多方面实地论证。通过调研进行构思与设计,划分其工作原理和工序流程,根据产品设计方法确定研究步骤,用Solidworks三维建模软件构建模块化嵌入式越障动力轮椅模型,并利用平台相关功能进行了质量优化、零部件干涉检查等相关工作,最终使轮椅结构整体可灵活装卸、整体质量优化35.42%;运用平面三角形原理、数值计算等理论(知识)进行了零部件选型、验证分析,使轮椅越障角度在对比国家标准的基础上提高到了54.36°;目前市面上的轮-履切换结构越障轮椅最少占用三层台阶进行越障操作,模块化嵌入式越障动力轮椅占用两个台阶即可完成,越障效率提高33%;通过ADAMS、ANSYS进行仿真验证与模拟试验,并进行了样机制作与载人实验,运用Visio、Origin等软件进行数据整理与分析,对综上环节存在的问题进行优化设计。其次,在设计上采用标准件与非标件进行融合,方便整机更换与零部件替代;在控制系统上采用国产完全可控控制器,使其与西门子PLC进行优化对比,进行国产化替代;对动力轮椅越障运动控制硬件进行模块化嵌入式设计,完成了控制器电路板的测试与制作,实验样机搭载稳定的轮椅运动控制集成模块;对其整体载重进行了验证,使其相同体积下载重能力提升23%,最大载重可达120kg;在硬件平台的基础上进行运动控制系统软件二次开发;在Ma VIEW工控编程平台中虚拟Windows10操作系统,用Ether CAT总线开发驱动程序,用EVC开发多功能轮椅人机交互界面程序,采用MQTT通讯协议实现模糊PID运动控制,用平台程序块和VHDL语言编写电机运动控制相关程序;通过系统调试,模块化嵌入式越障动力轮椅运动控制系统达到预期性能要求,整体误差率控制在5%以内、延迟率控制在3%以内,整体运动速度控制平稳,人机交互界面实现了1500米中远距离遥控监视功能、设计扫描二维码功能进行IP定位,实现无线组网控制,也便于后续功能扩展与升级。最后,通过实验样机的制作进行了相关零部件和设计相关问题的优化工作,更加完善了本课题的研究内容,有效的推动了理论认识与实践经验相结合。对本课题的研究内容和成果进行完善的归纳总结,并改善下一步将开展的工作,完善本课题的后续内容。
主路式水肥一体化施肥机的设计研究
这是一篇关于水肥一体化,施肥机,吸肥特性,模糊PID,性能试验的论文, 主要内容为随着我国农业现代化的发展,水资源供应日益紧张,传统农业灌溉和施肥方式易导致水资源浪费以及农田的水土污染。水肥一体化技术是针对节水灌溉和合理施肥的一种新型高效农业技术,是有效解决我国农业生产灌溉施肥技术落后、资源浪费的一种有效措施。本课题针对上述问题,结合设施农业生产需求以及设备性能指标,设计主路式水肥一体化施肥机,重点开展水肥一体化施肥机的结构及控制系统研究。本文主要研究内容如下:(1)施肥机的功能需求分析及方案设计。通过对国内外水肥一体化设备的研究现状分析,结合国内温室大棚等设施农业生产的供水与施肥实际需求,确定主路式水肥一体化灌溉施肥模式及灌溉量、吸肥量、通道数等性能指标,进而对施肥机的总体方案进行设计。(2)水肥一体化控制系统设计及开发。根据系统实际工作需求进行系统软件工作流程设计以及系统硬件结构设计;根据工作流程设计控制程序及控制界面;选择以PLC为核心控制器实现脉冲控制电磁阀,完成传感器、工业控制触摸屏等主要硬件的选型,以达到对施肥过程参数精确控制的目的。(3)施肥机系统结构设计与吸混肥仿真分析。根据总体方案进行施肥机结构设计并进行三维建模;利用计算流体力学(CFD)方法分析吸混肥系统的流体特征,建立有限元分析模型,运用Flo EFD仿真软件综合分析不同支路管径下文丘里吸肥量的差异,最终确定施肥机支路合理管径为32mm,对应吸肥系统单通道吸肥量≥775.80L/h,满足施肥机功能指标要求。(4)肥液浓度精量控制策略研究。针对水肥一体化系统中主管压力、主管流量、肥料罐液位等的变化造成施肥灌溉均匀性差、肥液浓度精度低的问题,为提高施肥灌溉过程中肥液浓度控制的精度,利用MATLAB设计以模糊PID为控制器的液肥EC和p H值控制系统,并对控制算法进行模拟仿真及分析,结果表明液肥EC和p H值控制稳态时间相比PID控制器分别减少了约52.6%和10.9%。(5)搭建主路式水肥一体化施肥机样机并进行性能试验分析。设计整机稳定性试验、最大施肥量试验、EC及p H值控制试验等三个试验,通过试验研究,结果表明设计的主路式水肥一体化施肥机达到设计要求。本文主要开展对主路式水肥一体化施肥机的研究,对其结构及控制系统进行设计优化,有效解决了水肥一体化设备在水肥控制中控制功能单一、吸肥精确度差、设备稳定性不足等问题,研制的主路式水肥一体化施肥机技术水平先进,研究成果具有较好的推广应用价值,可为我国设施农业的发展起到一定促进作用。
智能型多通道水肥一体化设备关键技术研究
这是一篇关于水肥一体化,数值模拟,PSO-Fuzzy PID控制器,性能试验的论文, 主要内容为高效节水灌溉施肥是农业现代化建设的重要发展方向,水肥一体化设备是保障农业可持续发展、实现高效节水灌溉施肥的重要设备。针对目前我国水肥一体化设备仍存在水肥混合不均匀、配比精度较低等问题,本文着眼于精准农业的水肥混合生产过程,运用理论分析、数值模拟、试验等方法,对智能型多通道水肥一体化设备展开设计与研究分析。主要研究工作如下:(1)总体方案设计及整机结构确定。根据智能型多通道水肥一体化设备的设计原则、功能与性能需求,明确设备的工作流程,完成工作方案设计。对设备总体结构划分,完成吸肥结构和混肥结构的设计,从而确定整机模型,并运用SolidWoks软件对整机模型进行三维建模。(2)吸混肥系统的数值模拟。整机关键部件主要分为多通道文丘里管吸肥系统和混肥系统。先用三维软件分别建立模型,运用FloEFD软件仿真得到多通道文丘里管吸肥系统中的各通道吸肥量和水、肥入口端的压差呈正相关的工作特性,吸肥量数据为后续试验提供参考;运用Fluent软件对混肥系统进行多相流仿真,确定水肥在文丘里管初次混合,在混肥桶内再次混合,可以增加水肥的混合均匀性。(3)基于PSO优化的模糊PID控制器设计与仿真。建立水肥浓度控制过程的模型,利用Matlab对控制对象建立仿真模型。通过比较PID、Fuzzy PID的控制效果,设计了PSO-Fuzzy PID控制器,根据三种控制器的仿真对比实验,PSO Fuzzy-PID相比于PID,超调量降低21.36%,调节时间减少15s;相比于FuzzyPID,超调量降低了8.05%,调节时间减少了7.5s。PSO-Fuzzy PID控制器改善了被控系统动态变化适应性较弱的问题,控制性能更优越,有更强的抗干扰能力、适应性和鲁棒性。(4)样机研制与性能试验。根据整机结构设计及样机硬件选型,组装搭建样机并做性能试验。最大吸肥量试验,仿真数据与试验数据吻合度较高;控制器性能对比试验,PSO-Fuzzy PID控制系统在实际施肥灌溉中超调量小、调节时间段,具有较好的适应性和鲁棒性,能够满足实际灌溉施肥需求;不同单元素间的配比试验,设备可以迅速有效的实现水肥混合液的动态调节,实现不同单元素液肥之间的精确配比;稳定性试验,样机持续运行5小时,五个通道吸肥量基本保持稳定。本文研发的智能型多通道水肥一体化设备结构合理、水肥混合均匀性好、配肥精度高,能够满足贵州农业智能灌溉施肥的控制性能和精度要求,具有广阔的应用前景。
采煤机油液自动过滤净化试验装置设计与研究
这是一篇关于采煤机,油液污染控制,污染度监测,PLC,性能试验的论文, 主要内容为采煤机是煤矿井下开采生产的关键设备,但由于其工作的强度大且环境恶劣,容易导致设备的润滑和液压系统油液严重污染,进而造成采煤机摩擦磨损故障的发生。研究发现,对设备油液的污染控制可有效降低设备故障率。本文针对采煤机润滑及液压系统的油液污染问题,设计一套自动过滤净化试验装置,并构建了基于乳化液驱动的油泵方案,实现污染油液的自动化高精度过滤,为过滤装置进行实际生产应用奠定基础。在对采煤机油液污染原因及劣化机理分析的基础上,通过对多种油液污染方法的特点分析,设计了一套“先粗后精”的深度过滤系统。确定系统工作流程,并设计过滤系统总体结构方案。设计强磁体吸附和网式过滤结合的方式作为粗过滤的滤芯、纤维与滤膜组合材料过滤作为精过滤器滤芯,并建立数学模型分析滤芯的结构及性能参数对过滤性能的影响,为滤芯的结构设计提供参考。针对现有防爆电机等井下动力设备存在体积重量大、不便搬运等问题,结合对采煤机工作面的工况特点分析,设计了基于乳化液驱动的油泵作为试验装置的动力模块。确定乳化液驱动的油泵的方案与结构,根据泵头与乳化液马达的性能参数匹配原则,分别对泵头与乳化液马达进行性能分析,为二者的设计及选型提供理论基础,并结合过滤系统的分析设计,并利用Solid Works设计出试验装置的三维结构模型。根据对动力模块与过滤装置的运行分析,明确过滤系统的控制需求,设计了基于S7-1200 PLC控制的在线监测油液污染度的自动过滤系统。构建基于遮光法进行颗粒计数的油液污染度在线监测模块,并设计了监测模块的结构;基于硬件模块的分析选型,完成了PLC的选型、端口地址分配及外围电路设计,并利用Step 7和Win CC软件编写了控制系统梯形图程序和人机交互界面。从采煤机上采集320号齿轮油和68号液压油的代表性油样,搭建过滤性能测试实验台,对过滤器的密封与耐压、滤芯抗流动冲击疲劳特性等结构特性进行试验研究。制作过滤样机,对过滤模块与动力模块、控制模块之间的协同作用进行了调试,并进行了装置的过滤性能试验。基于污染度、水分、粘度和磨粒等油液分析技术,对过滤前后的油液进行测试分析对比,验证过滤装置的净化效果。该论文有图71幅,表32个,参考文献82篇。
主路式水肥一体化施肥机的设计研究
这是一篇关于水肥一体化,施肥机,吸肥特性,模糊PID,性能试验的论文, 主要内容为随着我国农业现代化的发展,水资源供应日益紧张,传统农业灌溉和施肥方式易导致水资源浪费以及农田的水土污染。水肥一体化技术是针对节水灌溉和合理施肥的一种新型高效农业技术,是有效解决我国农业生产灌溉施肥技术落后、资源浪费的一种有效措施。本课题针对上述问题,结合设施农业生产需求以及设备性能指标,设计主路式水肥一体化施肥机,重点开展水肥一体化施肥机的结构及控制系统研究。本文主要研究内容如下:(1)施肥机的功能需求分析及方案设计。通过对国内外水肥一体化设备的研究现状分析,结合国内温室大棚等设施农业生产的供水与施肥实际需求,确定主路式水肥一体化灌溉施肥模式及灌溉量、吸肥量、通道数等性能指标,进而对施肥机的总体方案进行设计。(2)水肥一体化控制系统设计及开发。根据系统实际工作需求进行系统软件工作流程设计以及系统硬件结构设计;根据工作流程设计控制程序及控制界面;选择以PLC为核心控制器实现脉冲控制电磁阀,完成传感器、工业控制触摸屏等主要硬件的选型,以达到对施肥过程参数精确控制的目的。(3)施肥机系统结构设计与吸混肥仿真分析。根据总体方案进行施肥机结构设计并进行三维建模;利用计算流体力学(CFD)方法分析吸混肥系统的流体特征,建立有限元分析模型,运用Flo EFD仿真软件综合分析不同支路管径下文丘里吸肥量的差异,最终确定施肥机支路合理管径为32mm,对应吸肥系统单通道吸肥量≥775.80L/h,满足施肥机功能指标要求。(4)肥液浓度精量控制策略研究。针对水肥一体化系统中主管压力、主管流量、肥料罐液位等的变化造成施肥灌溉均匀性差、肥液浓度精度低的问题,为提高施肥灌溉过程中肥液浓度控制的精度,利用MATLAB设计以模糊PID为控制器的液肥EC和p H值控制系统,并对控制算法进行模拟仿真及分析,结果表明液肥EC和p H值控制稳态时间相比PID控制器分别减少了约52.6%和10.9%。(5)搭建主路式水肥一体化施肥机样机并进行性能试验分析。设计整机稳定性试验、最大施肥量试验、EC及p H值控制试验等三个试验,通过试验研究,结果表明设计的主路式水肥一体化施肥机达到设计要求。本文主要开展对主路式水肥一体化施肥机的研究,对其结构及控制系统进行设计优化,有效解决了水肥一体化设备在水肥控制中控制功能单一、吸肥精确度差、设备稳定性不足等问题,研制的主路式水肥一体化施肥机技术水平先进,研究成果具有较好的推广应用价值,可为我国设施农业的发展起到一定促进作用。
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