农业喷杆控制系统的研究与设计

发布时间：2017-04-09 17:21

  本文关键词：农业喷杆控制系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：智能农业技术是控制科学高速发展的必然产物,在世界范围内已被广泛应用。现如今,越来越多的国家开始重视农业生产的智能化发展。农药喷洒不仅是农业生产的基础环节更是农业生产的关键环节。作物生长的好坏、作物产量的多少都跟农药喷洒有着十分紧密的关系。在当代,农业生产已经逐步走向大规模,作物的种类和数量都有很大程度的提高,传统药液喷洒工具已经无法满足现代大规模农业生产的需求。因此,全球有很多农业工作者开始研究设计适用于现代农业的药液喷洒设备。在中国,药液喷洒设备也在不断地更新换代,但是整体水平还是较国外落后。我国目前针对大型农田进行药液喷洒的设备主要有两个方面的不足之处,一是喷杆高度无法随地面高度的变化而变化,二是部分设备的喷杆高度虽然可以进行调节,但是调节过程存在严重的滞后情况。因此本文针对这两个不足提出了一种高度可智能调节的喷杆设计方法。随着控制科学的不断发展,智能控制已经广泛应用于社会的各个领域。在传统工业控制方面,PID(Proportion Integration Differentiation)(比例、积分、微分)控制手段一直被广泛应用,但是传统PID控制手段在应对时变系统时,调节效果并不是很理想。因此本文结合现代智能控制方法模糊控制对传统PID控制进行改进,使其在时变系统的控制调节中具有良好的表现。本设计的核心控制器是超低能耗的MSP430微控制器,在对地面高度进行测量时,本设计采用最小二乘法的处理方式对采集到的数据进行拟合,使得实测高度值与真实高度值更加接近。在控制方面采用闭环模糊PID控制手段对电机的转向和转速进行调节,从而控制喷杆高度时刻保持在设定高度值工作。通过仿真与实验结果分析,本设计具备了初步快速调节喷杆高度的能力。
【关键词】：智能控制 模糊控制 PID控制 高度测量
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S49;TP273
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题的研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 国外研究现状14-17
• 1.2.2 国内研究现状17-20
• 1.3 课题研究的主要内容20-21
• 1.4 本文章节安排21-23
• 第二章 系统硬件构成与选型23-37
• 2.1 控制描述与选型23-28
• 2.1.1 控制描述23-24
• 2.1.2 MSP430单片机构架与工作原理24-28
• 2.2 测距传感器与选型28-31
• 2.2.1 超声波测距传感器与测距原理28-30
• 2.2.2 测距传感器选型30-31
• 2.3 电推杆的选型31-33
• 2.3.1 电动机的原理与分类31-32
• 2.3.2 电推杆选型32-33
• 2.4 PWM（脉冲宽度调制）调速与驱动芯片选型33-35
• 2.4.1 PWM调速原理33-34
• 2.4.2 L298N芯片与驱动控制34-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 系统控制原理37-53
• 3.1 PID控制理论37-47
• 3.1.1 PID算法及其特点38
• 3.1.2 PID参数对系统的影响38-40
• 3.1.3 整定PID参数的常规方法40-41
• 3.1.4 传统PID控制的不足41-42
• 3.1.5 智能型PID控制的优势42-47
• 3.2 闭环反馈控制系统47-50
• 3.2.1 闭环系统与开环系统的差异47-49
• 3.2.2 反馈控制系统49-50
• 3.3 测距高度的拟合算法50
• 3.4 本章小结50-53
• 第四章 系统设计与实验仿真53-67
• 4.1 系统硬件设计53-55
• 4.1.1 机械喷杆53-54
• 4.1.2 硬件电路设计54-55
• 4.2 超声波测距算法55-58
• 4.3 闭环模糊PID控制58-65
• 4.3.1 模糊PID控制59-62
• 4.3.2 PID初始参数探究62-65
• 4.4 喷杆调节实验65-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 本文总结67-68
• 5.2 未来工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和科技成果75

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