王相友 胡周勛 李學強 李少川 蓋金星 王法明

(1.山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院， 淄博 255000； 2.山東希成農(nóng)業(yè)機械科技有限公司， 德州 253600)

0 引言

農(nóng)作物病蟲草害的防治是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)藥仍然是防治病蟲草害的主要手段[1-2]。噴藥質(zhì)量的優(yōu)劣將影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，噴藥質(zhì)量是保證其良好收成的基礎(chǔ)。據(jù)有關(guān)資料顯示，農(nóng)藥的使用可使全世界每年挽回20%～25%的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量[3-4]。但我國噴藥機械發(fā)展落后和不科學的施藥方式造成農(nóng)藥利用率低、農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標、環(huán)境污染等問題[5-7]，成為制約農(nóng)藥使用的“瓶頸”。

目前，精準施藥技術(shù)越來越被重視。美國、歐洲和日本等在精準施藥上做了大量研究[8-13]，且在噴藥機械和噴藥技術(shù)上已取得重大突破，基本滿足了精準施藥的要求。而國內(nèi)隨著政府對農(nóng)業(yè)機械投入補貼的加大，噴藥機械有了重大進步，大型噴藥機械正在進入普及階段。但是，目前國內(nèi)大型噴桿式噴藥機噴藥系統(tǒng)控制方式單一，多為手動調(diào)節(jié)，自動化程度低[14]，噴藥量無法根據(jù)行駛速度自動調(diào)整，農(nóng)藥利用率低、作業(yè)效率低以及環(huán)境污染等問題仍未徹底解決。目前，國內(nèi)主要通過改變噴藥量實現(xiàn)變量噴藥，實現(xiàn)的方法主要有: 藥液注入式、壓力式和脈寬調(diào)制(PWM)式等[15-20]。其中，脈寬調(diào)制式是通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比，來調(diào)節(jié)電磁閥的開和關(guān)，進而實現(xiàn)噴頭噴藥量的變化，達到變量噴霧的目的，該控制方式一個噴頭需對應(yīng)一個電磁閥，但是其大型噴藥機幅寬都在12 m以上，最寬可達42 m[21-22]，其噴頭數(shù)量在24個以上，其成本較高，不適用于大型噴藥機。

綜上所述，為了提高農(nóng)藥利用率和作業(yè)效率，解決農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標和環(huán)境污染等問題，本文在結(jié)合現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上，基于噴藥幅寬22 m的噴桿式噴藥機設(shè)計一種多回流式變量噴藥控制系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

變量噴藥系統(tǒng)是在山東希成農(nóng)業(yè)機械科技有限公司生產(chǎn)的3WP-1200型噴桿式噴藥機基礎(chǔ)上進行設(shè)計的，原噴藥系統(tǒng)控制裝置的主閥、比例控制閥和每一路的開關(guān)控制閥都是手動控制，在噴藥時不能自動調(diào)節(jié)。因此，該噴藥系統(tǒng)控制方式單一，噴藥量無法根據(jù)噴藥機行駛速度實時調(diào)整，在實際噴藥中行駛速度必須盡量保持一致，否則容易造成霧滴分布不均勻的現(xiàn)象[23]。

通過對原噴藥系統(tǒng)的研究，結(jié)合現(xiàn)有變量噴藥技術(shù)，設(shè)計了一種多回流式變量噴藥系統(tǒng),該系統(tǒng)主要由比例控制閥、安全閥、主閥和5路開關(guān)控制閥等構(gòu)成，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of control system structure

1.2 控制原理

該變量控制系統(tǒng)工作原理為：噴藥前將拖拉機后輸出軸與噴藥機隔膜泵連接，通過觸摸屏輸入相應(yīng)的噴頭數(shù)量、噴藥量等參數(shù)，其中，噴頭間隔一般為500 mm，結(jié)合噴頭數(shù)量便可得噴藥幅寬。開始噴藥作業(yè)時，同時啟動噴藥控制系統(tǒng)和拖拉機后輸出軸轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)通過檢測拖拉機行駛速度，并結(jié)合用戶設(shè)定的噴頭數(shù)量和每公頃噴藥量得出理論流量，通過與系統(tǒng)檢測到的實際流量相比較，采用PID閉環(huán)控制算法對比例調(diào)節(jié)閥的開度進行調(diào)節(jié)，通過控制回路流量來改變主路的流量，使測得的實際流量與理論流量盡量一致，從而改變噴藥量。

圖1所示控制系統(tǒng)中，速度傳感器的另一作用是：當拖拉機行走速度超過設(shè)定值(2～3 km/h)時，才開始噴藥，以保證在地頭轉(zhuǎn)彎時不噴藥。安全閥的作用是：當水管中壓力由于某種原因超過安全閥設(shè)定值時，安全閥將排出多余的藥液，使壓力不超過該設(shè)定值，防止水管爆裂。因此，噴藥前需手動調(diào)整壓力，且其壓力應(yīng)大于噴藥時的壓力，一般設(shè)定在500～600 kPa之間。主閥是由PLC處理器控制的，且該主閥與安全閥為一體，當主閥打開時，穿過安全閥內(nèi)部的主閥閥芯會將噴藥主路口堵住，以及安全閥內(nèi)部一回流口打開，此時藥液全部回流到藥箱，噴藥停止；當主閥關(guān)閉時，噴藥主路口打開，安全閥內(nèi)部該回流口關(guān)閉，此時安全閥起安全保壓作用。因此，可由PLC控制主閥開與關(guān)來控制是否噴藥。5路開關(guān)控制閥可控制每一路的開與關(guān)，每一路控制若干個噴頭，而該噴藥機噴桿上安裝有44個噴頭，其5路從一側(cè)到另一側(cè)分別控制有9、9、8、9和9個噴頭；當5路開關(guān)控制閥打開時，與之對應(yīng)的所有回流口關(guān)閉；當某一路開關(guān)控制閥關(guān)閉時，該路對應(yīng)的回流口開啟；在速度不變情況下，為了保證某一路或幾路開關(guān)控制閥關(guān)閉后，管內(nèi)的壓力不變，即噴藥量不變，需在噴藥前手動調(diào)節(jié)開關(guān)控制閥上的旋鈕調(diào)節(jié)回流口大小。該調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點是：在速度不變情況下，不管關(guān)閉幾路控制閥，其他噴頭施藥量不變，多余的藥液會從對應(yīng)的回流口回到藥箱，無需調(diào)節(jié)比例控制閥，控制精度更高，且分5路控制，可實現(xiàn)噴藥機某一路或幾路所有噴頭下無作物(地塊邊界)或不需噴藥時停止噴藥。液位傳感器安裝于藥箱上端以檢測液位，即藥液深度；當液位低于設(shè)定值，進行報警提示，并在觸摸屏上實時顯示液位與藥液剩余量。另外，該控制系統(tǒng)中增設(shè)多重過濾器，使噴嘴不易堵塞，霧化效果好。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

變量噴藥控制系統(tǒng)是以PLC為控制核心設(shè)計的，主要由控制器、檢測傳感器、觸摸屏、比例控制閥、開關(guān)量控制閥、主閥和報警模塊等構(gòu)成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)通過對流量、速度和壓力等信息進行檢測，傳遞給控制器進行運算處理，發(fā)送指令并控制相應(yīng)閥動作，實現(xiàn)控制要求。

圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Schematic of control system hardware structure

2.1 控制器選型

該控制系統(tǒng)控制器選用西門子S7-200PLC，CPU型號224CN，共有24個I/O 點，集成了14個輸入點和10個輸出點；最多可連接7個擴展模塊，最大擴展至168個數(shù)字量I/O 點或35個模擬量I/O 點，且配有PID控制器。該PLC具有工作穩(wěn)定性強、處理信息能力強、運算速度快和低能耗等優(yōu)點，完全滿足控制系統(tǒng)的要求。

2.2 轉(zhuǎn)換模塊選擇

控制系統(tǒng)中壓力和液位傳感器輸出電壓或電流信號，均為模擬信號，需先將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再傳輸?shù)絇LC進行運算處理。比例控制閥是電流信號控制，系統(tǒng)需先將數(shù)字量控制信號轉(zhuǎn)換為模擬量控制信號。因此，本系統(tǒng)采用EM235為數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，該模塊具有4路模擬量輸入，1路模擬量輸出,其接線圖如圖3所示。由于該模塊輸入端使用時只能設(shè)置一種量程與分辨率，因此，當模塊輸入端既有電壓信號又有電流信號時，則需要使用多個EM235轉(zhuǎn)換模塊。

圖3 EM235接線圖Fig.3 EM235 wiring diagram

2.3 傳感器與閥參數(shù)選擇

采用BHM12-C10NA型霍爾傳感器，電源電壓10～30 V DC，檢測距離10 mm；采用LM-112-010-DAC型超聲波測距傳感器，輸出信號0～10 V，測量范圍200～2 500 mm；采用PA-21G/81381.11型壓力傳感器，壓力量程為0～2 000 kPa，輸出信號4～20 mA，供電電壓8～28 V DC；流量傳感器采用槳式流量計，供電電壓4.5～26 V DC，輸出信號為脈沖信號。比例控制閥由4～20 mA電流信號控制其回流開度，而主閥和5路控制閥為開關(guān)量控制，且供電電壓為12 V DC。

2.4 電源模塊與觸摸屏選擇

PLC與傳感器等元器件均可用24 V直流電壓供電，而對于拖拉機來說，其車載電源為12 V DC或24 V DC。當車載電源為12 V DC時，需要使用升壓模塊變?yōu)?4 V DC。

控制系統(tǒng)需要對噴嘴數(shù)量、噴藥量、啟動噴藥最低行駛速度等參數(shù)進行設(shè)定，以及對噴藥流量、壓力、速度等參數(shù)進行顯示，選用北京迪文科技公司的迪文觸摸屏實現(xiàn)。

3 觸摸屏界面與控制器設(shè)計

觸摸屏顯示和設(shè)置界面如圖4所示。打開觸摸屏，首先是顯示界面，在顯示界面可顯示流量、壓力、液位和總噴灑面積等參數(shù)，并且有液位過低報警提示；點擊下一頁，可進行噴頭數(shù)量、噴藥量和最小壓力(比例閥不再調(diào)整)等參數(shù)的設(shè)置。同時，為了更好、更容易地操作該系統(tǒng)，設(shè)計開關(guān)控制器來完成工作模式的選擇、流量閥的調(diào)節(jié)和5路控制閥的開與關(guān)等功能的操作。

圖4 觸摸屏顯示和設(shè)置界面Fig.4 Touch screen display and setup interface

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 主要參數(shù)的檢測原理

系統(tǒng)對作業(yè)參數(shù)進行檢測，PLC對數(shù)據(jù)進行處理和分析，并發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行元件動作。其中，作業(yè)參數(shù)通過傳感器檢測與相應(yīng)關(guān)系式可推算得出。

4.1.1速度檢測

在拖拉機地輪軸上安裝一定數(shù)量的磁鋼，速度傳感器安裝于磁鋼上方，當有一個磁鋼經(jīng)過傳感器下方時，PLC會接收到一個脈沖信號。若已知拖拉機地輪直徑為D，則噴藥機行駛速度為

(1)

式中v——行駛速度，km/h

m——PLC在t1時間內(nèi)接收的脈沖數(shù)

n——磁鋼數(shù)

t1——速度檢測時間間隔,s

其中，相鄰磁鋼在2個脈沖覆蓋的距離不得超過60 cm，即磁鋼數(shù)n滿足

(2)

4.1.2流量檢測

理論流量可根據(jù)設(shè)定的作業(yè)參數(shù)和行駛速度來得出，已知該噴藥機噴嘴間距為500 mm,其計算公式為

(3)

式中q0——理論流量，L/min

Q——噴藥量，L/hm2

z——總噴嘴數(shù)量，個

系統(tǒng)流量計的輸出信號為脈沖信號，其實際流量與脈沖數(shù)之間關(guān)系式為

(4)

式中q——實際流量，L/min

w——PLC在t2時間內(nèi)接收到的脈沖數(shù)

t2——流量檢測時間間隔，s

k——流量計常數(shù)，取250脈沖/L

4.1.3模擬量采集與檢測

系統(tǒng)中輸出信號為模擬量的傳感器，其模擬量由轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字量，PLC對該數(shù)字量進行運算處理，得出相應(yīng)檢測值。已知液位與壓力傳感器參數(shù)，得液位傳感器的檢測值計算公式為

(5)

式中Y——檢測值，mm

Ym——傳感器測量上限值，取2 500 mm

Yn——傳感器測量下限值，取200 mm

YAIW0——液位模擬量采樣值

根據(jù)液位傳感器檢測值可得剩余液位高度，其計算公式為

H=HF-Y

(6)

式中H——剩余液位深度，mm

HF——藥箱高度，mm

壓力傳感器檢測值計算公式為

(7)

式中P——壓力，kPa

Pm——傳感器測量上限值，取2 000 kPa

Pn——傳感器測量下限值，取0

PAIW8——壓力模擬量采樣值

4.2 PID控制方法

控制系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)采用PID控制，即PLC通過流量傳感器將管道內(nèi)檢測到的實際流量反饋給控制器，控制器將其與理論流量進行比較，并將兩者的偏差信號經(jīng)過PID運算得出控制量，對比例控制閥的開口度進行調(diào)節(jié)，使理論流量與實際流量保持一致，實現(xiàn)了噴藥流量的閉環(huán)控制，其閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。采用該方法對流量進行調(diào)節(jié)，具有快速、平穩(wěn)以及準確的優(yōu)點。

圖5 閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.5 Schematic of closed-loop control system structure

其中，PID控制器的控制關(guān)系式為[24-25]

(8)

式中M(t)——控制器的輸出值

e(t)——理論流量與實際流量偏差

KP——比例系數(shù)

TI——積分時間常數(shù)

TD——微分時間常數(shù)

S7-200PLC是按照程序中設(shè)置的采樣時間來定時循環(huán)執(zhí)行 PID 模塊，根據(jù) PID運算規(guī)律，得出其控制量，調(diào)節(jié)比例控制閥開口度。將式(8)離散化后得PID算式為

(9)

式中Mn——第n次采樣時PID控制器的輸出值

SPn——第n次采樣時的給定值

PVn——第n次采樣時的過程變量值

PVn-1——第n-1次采樣時的過程變量值

MX——第n-1采樣時刻的積分項

TS——采樣時間間隔，s

PID控制器中的KP、TI和TD值通過試驗確定或計算機在線測定。系統(tǒng)中，對流量采用PID控制，根據(jù)經(jīng)驗只需采用比例和積分項即可，無需微分項。其中，比例和積分常數(shù)是通過多次試驗來確定的。首先調(diào)節(jié)比例項，將積分和微分兩項去掉(TI為無窮大，TD為0)，使PID為純比例調(diào)節(jié)，將比例系數(shù)由小變大，觀察各次響應(yīng)，直至系統(tǒng)能快速響應(yīng)又不產(chǎn)生振蕩。此時得到一個比例系數(shù)值，并設(shè)定其比例系數(shù)為當前值的60%～70%。其次調(diào)節(jié)積分項，將積分時間設(shè)置一個較大值，然后減小積分時間，觀察各次響應(yīng)，并相應(yīng)微調(diào)比例系數(shù)，多次試驗確定其合適的參數(shù)。

4.3 主程序設(shè)計

變量噴藥控制系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)流量、壓力、速度等參數(shù)的采集，流量的PID調(diào)節(jié)，以及作業(yè)參數(shù)的輸入與顯示等功能。其主程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序流程圖Fig.6 Flow chart of main program

系統(tǒng)啟動后，自檢并初始化，首先采集藥箱液位，若液位低于設(shè)定值則報警，液位正常則通過觸摸屏輸入作業(yè)參數(shù)；然后當打開噴藥開關(guān)后，比例調(diào)節(jié)閥開口度調(diào)到最大，藥液全部回流，并開始采集作業(yè)速度；當速度大于設(shè)定值時，系統(tǒng)給定比例控制閥開口度，并計算理論流量和采集壓力、流量，通過PID處理模塊控制比例控制閥開口度，對流量進行調(diào)節(jié)；當關(guān)閉噴藥開關(guān)后，系統(tǒng)關(guān)閉，停止噴藥。

系統(tǒng)還設(shè)置有手動模式，在手動模式下，可通過開關(guān)控制器對每個閥手動控制。其中，當在自動模式下，即可通過開關(guān)控制器手動控制每個閥，也可根據(jù)田間作業(yè)情況(速度不變)，通過調(diào)節(jié)比例控制閥開關(guān)來增大或減小比例調(diào)節(jié)閥開度，實現(xiàn)局部噴藥量的變化。另外，在噴藥過程中，由于噴藥壓力小于200 kPa時噴霧效果很差，因此，當噴藥壓力小于200 kPa時，比例控制閥不再調(diào)整。

5 試驗與結(jié)果分析

5.1 試驗條件

試驗主要包括液位標定試驗、流量控制精度試驗以及噴藥量控制精度試驗。其中，噴藥量控制精度試驗在山東希成農(nóng)業(yè)機械科技有限公司廠區(qū)外與河北省沽源縣某馬鈴薯種植基地進行，試驗場景如圖7所示。該噴藥機為背負式，藥液箱額定容量1 200 L，噴幅22 m，噴頭數(shù)量為44個，噴頭選用ST110-05型扇形噴頭，噴霧角110°，噴頭噴霧壓力在200～500 kPa之間。試驗時以水代替藥液。試驗時間為2018年6—8月。

圖7 試驗場景Fig.7 Test scenario

5.2 液位標定試驗

該噴藥機藥箱形狀不規(guī)則，為了通過液位傳感器檢測剩余藥液高度，來顯示藥箱剩余藥液，需要確定不同液位下所對應(yīng)的藥液剩余量。其標定試驗方法如下：首先將沒有加水的噴藥機采用衡器進行稱量，并通過顯示屏讀取質(zhì)量；之后向噴藥機加水，顯示量每增加100 kg(相當于100 L水)時，用米尺或液位傳感器記錄一次液位值，且同一液位測量3次，連續(xù)加水直到1 300 L測量結(jié)束。通過對試驗數(shù)據(jù)進行整理取平均，得其試驗結(jié)果如圖8所示。

圖8 液位標定試驗結(jié)果Fig.8 Test results of liquid level calibration

通過圖8可知，當藥液容積大于100 L時，液位標定模型為

H=0.85V+345

(10)

式中V——藥液容積，L

由式(10)可得

V=1.18H-406

(11)

模型決定系數(shù)R2為0.994。但當容積為100 L時，最大相對擬合誤差達到了13.2%；而當容積大于100 L時，最大相對擬合誤差小于等于3.8%。在控制系統(tǒng)中，藥液容積的檢測精度要求不高，該標定模型滿足要求。

5.3 變量噴藥試驗

5.3.1流量校準

在噴藥試驗前，需要對5路開關(guān)控制閥進行校準，首先啟動拖拉機后輸出軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速540 r/min；在手動模式下，打開噴藥系統(tǒng)，調(diào)節(jié)流量，使管道內(nèi)壓力達到300 kPa；之后關(guān)閉第一路開關(guān)控制閥，對應(yīng)的回流口打開，壓力不再是300 kPa，需要調(diào)節(jié)該路控制閥上的旋鈕，調(diào)節(jié)對應(yīng)回流口開度，使壓力達到300 kPa即可；再打開第一路開關(guān)控制閥，壓力仍為300 kPa。同理，校準其余幾路控制閥。對于該流量校準來說，采用的原則是：每一路控制閥關(guān)閉后，該路控制的噴嘴雖不再噴藥，但其對應(yīng)回流口打開，通過校準使回流口產(chǎn)生的負載等同于已關(guān)閉的所有噴嘴噴藥時的負載，使應(yīng)該從噴嘴處噴出的藥液改為從校準后的回流口回流到藥箱。因此，當全部校準完畢后，不管噴藥壓力是否為300 kPa，當關(guān)閉一路、幾路或者5路全部關(guān)閉，其管道總流量、壓力不變。

5.3.2流量控制精度試驗

PLC接收流量傳感器的脈沖信號，按照式(4)得出水管中實時的噴藥流量。對于變量噴藥來說，流量采集的準確率高[26]，即流量傳感器檢測的流量與實際噴出的流量相對誤差小。為了更方便地對流量采集的準確率進行試驗，選擇在手動模式下進行流量試驗，將拖拉機后輸出軸轉(zhuǎn)速調(diào)為540 r/min。打開噴藥系統(tǒng)，利用流量調(diào)節(jié)開關(guān)調(diào)整流量，調(diào)整時保證噴藥壓力在200～500 kPa之間，以防噴藥壓力過大造成水管破裂；試驗時將目標流量分別設(shè)置為65、85、105 L/min，且每個目標流量下，用水桶接取任意5個噴嘴處的水，時間為2 min，并采用電子秤稱量法測其體積，計算出實際流量，將測得的流量與檢測到的流量進行比較與分析，其試驗結(jié)果如表1所示。

表1 流量控制精度試驗結(jié)果Tab.1 Test results of flow control accuracy

由表1可知，單個噴頭目標流量與實際流量相對誤差不大于4.1%，滿足誤差目標小于6%的控制要求。

5.3.3噴藥量控制精度試驗

噴藥系統(tǒng)根據(jù)拖拉機速度計算相應(yīng)的理論流量，為了保證噴藥機實際噴藥量與理論噴藥量大體一致，需對其進行噴藥量試驗，試驗場景如圖7所示。試驗前，向噴藥機藥箱加水，測量質(zhì)量，直到1 200 kg為止，保證藥箱加水到1 200 L；噴藥結(jié)束后通過觸摸屏讀取已噴面積，可計算出實際噴藥量。同時該控制裝置中安全閥壓力設(shè)定為600 kPa，為防止管內(nèi)壓力大于安全閥設(shè)定值而回流到藥箱，其噴藥速度不能太大；但是，當噴藥速度過小時，噴藥壓力小，霧化效果不好，因此試驗速度選取在4～8 km/h之間。

(1)恒速試驗

試驗前，將噴藥量先后設(shè)置為380、400、420 L/hm2；試驗時，在每一個噴藥量下，使噴藥機速度分別保持在5、6、7 km/h下進行噴藥試驗，其試驗結(jié)果如表2所示。

表2 噴藥量控制精度試驗結(jié)果Tab.2 Test results of spray quantity control accuracy

(2)變速試驗

噴藥機實際噴藥時，速度存在變化。試驗前，每公頃噴藥量設(shè)置同恒速試驗；該噴藥機噴藥時，使速度在5～8 km/h之間隨意變化，其試驗結(jié)果如表2所示。

(3)田間試驗

為了更好地驗證該變量噴藥控制系統(tǒng)的噴藥量控制精度，進行了多次田間試驗，田間作物為馬鈴薯，設(shè)定的噴藥量為380、400 L/hm2，噴藥機行駛速度在7 km/h左右。試驗過程中系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，霧化效果好。田間試驗結(jié)果如表2所示。

從表2可看出，在恒速試驗中，噴藥流量會隨速度的增大而增大，且每種設(shè)定噴藥量和速度組合下，其設(shè)定噴藥量和實際噴藥量相對誤差在5%以內(nèi)。在變速試驗中，速度的變化使噴藥流量不斷變化，但其噴藥量相對誤差在6%以內(nèi)，實現(xiàn)了變量噴藥，在田間試驗中，設(shè)定噴藥量與實際噴藥量誤差在4%以內(nèi)。總之，該控制系統(tǒng)可使噴藥流量隨速度變化而變化，實現(xiàn)了變量噴藥，且噴藥量具有較高的控制精度。

6 結(jié)論

(1)在3WP-1200型寬幅噴藥機基礎(chǔ)上搭建了一種多回流式變量噴藥控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)噴藥流量隨速度變化而變化。其噴藥流量是通過改變主回流口的開口度來控制噴藥流量的變化，使整個噴藥系統(tǒng)壓力更穩(wěn)定。該控制系統(tǒng)分5路控制所有噴頭，每一路可單獨控制開斷，一路或幾路斷開的同時可打開相對應(yīng)回流口，使系統(tǒng)不改變流量的情況下，其他噴頭噴藥量保持不變。該系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好、精度高和易操作等優(yōu)點，提高了農(nóng)藥利用率。

(2)液位標定試驗結(jié)果表明，不同液位深度與藥液容積近似呈線性關(guān)系，模型決定系數(shù)R2為0.994，當容積大于100 L時，最大相對擬合誤差小于等于3.8%。

(3)噴藥控制精度試驗結(jié)果表明，流量控制精度試驗中，單個噴頭目標流量與實際流量相對誤差不大于4.1%；噴藥量控制試驗中，噴藥流量隨速度變化而變化，但其設(shè)定噴藥量與實際噴藥量相對誤差在6%以內(nèi)，實現(xiàn)了變量噴藥，且控制精度較高。