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近年来,由土传病原菌引起的枯萎病、青枯病、根线虫病等病害频繁爆发。棉隆作为一种土壤熏蒸剂,在土壤灭菌方面应用越来越广泛。在查阅大量文献后,发现棉隆药理上的研究比较多,关于棉隆变量撒施技术及配套机械的研究却鲜有报道,大多采用人工撒施。针对基于处方图作业的施用量、均匀性研究较少的问题,本文借鉴变量施肥技术,利用现有的撒施器结合自主设计的挡料箱搭建了棉隆撒施装置试验平台,开展棉隆撒施均匀性的相关研究。具体研究内容如下:(1)棉隆微粒撒施过程中运动模型的研究自主设计了挡料箱,结合现有的撒施器搭建了棉隆撒施装置并介绍了该装置的工作原理。基于该装置机械结构,分析棉隆微粒在撒施圆盘上和挡料箱内的运动,推导出棉隆微粒在各个过程的运动模型,确定了均匀性影响因素,为试验研究提供理论基础。同时也分析了有挡料箱的撒施方式,撒施区域微粒分布为小矩形,无挡料箱微粒分布是两个扇形面的叠加。(2)撒施均匀性PID控制算法的研究对撒施圆盘转速控制单元和开口度大小控制单元进行分析并建立了各单元的数学模型,利用Matlab/Simulink模块搭建了仿真动态框图。为了减少外界干扰对撒施过程均匀性的影响,对各单元设计了PID控制算法。采用临界比例度法对PID控制器参数进行整定,确定了撒施圆盘转速单元PID控制器参数为K_p=12.35,K_i=1.05,K_D=0.26,开口度大小控制单元PID控制器参数为K_p=17.64,K_i=1.4,K_D=0.35。仿真结果显示所设计的PID控制器能够有效提高撒施均匀性。(3)施用量、均匀性与各工作参数数学模型的研究结合撒施过程理论分析及相关文献,以工作参数撒施圆盘转速(A)、开口度大小(B)、前进速度(C)为控制因素,以指定撒施区域内施用量(M)、均匀性(CV)(变异系数)为试验指标开展棉隆撒施装置台架试验研究。基于Box-Behnken试验方法设计并进行了三因素三水平的组合试验。通过实测试验数据得出了指定撒施区域内施用量、均匀性(变异系数)与前进速度、撒施圆盘转速、开口度大小的数学模型。方差分析结果表示施用量、变异系数与各工作参数之间的数学模型都显著(P<0.05)。施用量方差分析结果表明C~2、A、AB、AC、A~2对施用量影响不显著(P>0.05),B、C、BC、B~2对施用量用显著(P<0.05);变异系数方差分析结果表明AC、B~2、BC对变异系数影响不显著(P>0.05),A、B、C、AB、A~2、C~2对变异系数影响显著(P<0.05)。为验证数学模型的准确性和合理性,在撒施圆盘转速800r/min,开口度60%,前进速度0.6m/s的条件下进行了台架试验。试验结果表明施用量数学模型平均相对误差为14.88%,变异系数数学模型平均相对误差为22.89%,实测平均值均符合NYT 1003-2006施肥机械质量评价技术规范标准(施用量误差≤15%,均匀性误差≤40%)。为了探究挡料箱对棉隆撒施均匀性的影响,进行了有无挡料箱两种条件下的撒施对比试验,试验结果表明有挡料箱时平均变异系数值均小于无挡料箱时平均变异系数值,进一步说明了挡料箱能够改善撒施均匀性。(4)棉隆撒施控制策略研究根据指定撒施区域施用量、变异系数数学模型发现基于处方图作业的棉隆撒施装置在撒施过程中以变异系数最小为优化目标可能会存在多个工作参数组合。本文提出一种棉隆撒施控制策略得到指定区域内工作参数组合,为后续棉隆撒施控制算法提供参考。该控制策略是:基于处方图给定指定区域的施用量结合前进速度,结合施用量、变异系数数学模型求解得出该区域的工作参数组合。为了进一步验证该控制策略的准确性与合理性,通过处方图给出的任意三个区域施用量进行该控制策略应用试验,试验结果表明三个撒施区域内施用量相对误差平均值均小于15%,变异系数均小于40%,说明基于该控制策略得到的工作参数组合能够满足棉隆撒施技术要求。