基于水稻光谱信息的离心式变量撒肥机的研制
发布时间：2023-10-21 09:17
氮素作为运动细胞不可缺少的生长因子,对作物增产具有特殊重要意义。不同生育时期作物对氮素营养需求有所不同,适当的减少基肥、种肥施用量,合理地追施氮肥对粮食作物产量和品质形成起着十分积极的作用。变量施肥技术作为实施肥料合理按需投入的重要措施,可有效改善氮肥效应,增强作物生产活力,保证粮食生产安全。目前我国变量施肥技术研究主要集中在基于处方信息的小幅宽条播式施肥机械的设计与开发,而对基于作物实时生长信息的在线控制施肥变量技术以及能够保证高效追肥的离心撒肥装备关键技术少有研究。因此,自主研制适用于我国南方水稻种植模式的变量撒肥装备,在规模化经营和机械化水平发达的粮食主产区推广示范应用,具有十分重要的社会意义。本文以南方稻麦轮作区水稻作物为研究对象,针对水稻生产农机农艺高度融合作业需求,基于大田面域作物光谱信息实时获取、在线融合技术,研制适用于规模化现代农业种植区的离心圆盘式水稻变量撒肥机,开发相耦合的智能化变量调控系统和交互软件,开展系统的性能测试和田间试验。主要研究内容与结论如下:(1)研制了基于光谱传感技术的双圆盘离心式水稻变量撒肥机。设计了信息采集装置、肥量调节装置和肥料撒施装置,通过G...
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 变量施肥技术与施肥方式
1.2.1 变量施肥技术
1.2.2 施肥方式
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 课题的主要研究内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 主要研究内容
1.4.3 技术路线
1.5 本章小结
参考文献
第二章 变量撒肥系统总体方案与整机结构设计
2.1 设计目标与总体方案
2.2 变量撤肥整机结构
2.2.1 结构组成
2.2.2 工作原理
2.3 关键部件设计
2.3.1 机架设计
2.3.2 肥箱设计
2.3.3 排肥装置设计
2.3.4 调节装置设计
2.3.5 撒肥装置设计
2.3.6 传动系统设计
2.4 本章小结
参考文献
第三章 变量撒肥机控制系统研究
3.1 变量系统目标与控制原理
3.2 变量控制系统硬件设计
3.2.1 电源与稳压模块
3.2.2 车载控制终端与人机交互模块
3.2.3 核心控制器模块
3.2.4 无线通信模块
3.2.5 驱动器模块
3.2.6 光谱检测模块
3.2.7 传感器模块
3.2.7.1 霍尔测速传感器模块
3.2.7.2 旋转编码器测速模块
3.2.7.3 行程开关传感器模块
3.3 变量控制系统软件设计
3.3.1 变量控制系统下位机主程序
3.3.2 光谱数据获取子程序
3.3.3 转角、转速获取子程序
3.3.4 步进电动机控制子程序
3.3.5 数据存储子程序
3.4 车载终端控制软件设计
3.4.1 控制软件主界面
3.4.2 软件智能控制界面
3.4.3 软件实时监控界面
3.4.4 软件数据查询界面
3.4.5 软件系统帮助界面
3.5 本章小结
参考文献
第四章 基于EDEM的撒肥装置结构优化与性能分析
4.1 离散单元法基础理论
4.1.1 离散单元法基本思想
4.1.2 离散单元法基本模型
4.1.3 离散单元法基本步骤
4.2 颗粒接触力学特性参数
4.2.1 肥料颗粒等效直径测定
4.2.2 肥料颗粒密度测定
4.2.3 肥料颗粒刚度系数测定
4.2.4 肥料颗粒摩擦系数测定
4.2.5 碰撞恢复系数测定
4.3 肥料颗粒运动特性分析
4.3.1 颗粒从动运动特性分析
4.3.2 颗粒主动运动特性分析
4.4 仿真模型建立与试验设计
4.4.1 仿真模型的建立
4.4.2 接触模型与颗粒工厂
4.4.3 全局参数设置
4.4.4 仿真试验设计
4.5 试验结果分析与参数优化
4.5.1 仿真试验结果与方差分析
4.5.2 单因素效应分析
4.5.3 响应曲面分析与优化
4.6 撒肥颗粒分布与性能分析
4.6.1 仿真性能试验设计
4.6.2 撤肥颗粒分布形式
4.6.3 性能分布试验结果与分析
4.6.3.1 叶片倾角对撤肥性能分布的影响
4.6.3.2 撤肥高度对撒肥性能分布的影响
4.6.3.3 排肥流量对撒肥性能分布的影响
4.6.3.4 圆盘转速对撒肥性能分布的影响
4.7 本章小结
参考文献
第五章 变量撒肥机施肥模型分析与撒肥策略研究
5.1 变量施肥模型分析
5.1.1 系统排肥流量一致性验证
5.1.2 光谱采样频率合理性优化
5.1.3 变量施肥模型适用性修正
5.2 撒肥策略研究
5.2.1 试验材料与方法
5.2.2 排肥流量控制策略分析
5.2.3 圆盘转速控制策略分析
5.3 撒肥量模型建立
5.4 本章小结
参考文献
第六章 撒肥机肥量调节机构系统响应分析
6.1 变量执行机构运动分析
6.1.1 齿轮齿条机构调节装置分析
6.1.2 电动推杆调节装置分析
6.1.3 丝杆滑块机构调节装置分析
6.1.4 变量装置撒肥数学模型
6.2 变量调节系统响应分析
6.3 变量执行系统响应试验
6.3.1 试验条件与方法
6.3.2 试验结果与分析
6.4 田间试验验证
6.5 本章小结
参考文献
第七章 变量撒肥机相关性能验证与田间试验
7.1 撒肥装置结构性能验证试验
7.2 撒肥装置工作性能验证试验
7.3 撒肥机撒肥量模型验证试验
7.4 撒肥机田间撒肥作业性能试验
7.4.1 试验方案设计
7.4.2 试验结果与分析
7.4.3 田间撒肥试验分析
7.5 撒肥机变量撒肥效果验证试验
7.5.1 撒肥机撒肥精度性能验证
7.5.2 水稻作物长势群体结构成效
7.6 本章小结
参考文献
第八章 总结与展望
8.1 主要研究结论
8.2 创新点
8.3 后续研究建议
攻读博士学位期间发表论文和专利
致谢
本文编号：3855563
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 变量施肥技术与施肥方式
1.2.1 变量施肥技术
1.2.2 施肥方式
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 课题的主要研究内容
1.4.1 研究目的
1.4.2 主要研究内容
1.4.3 技术路线
1.5 本章小结
参考文献
第二章 变量撒肥系统总体方案与整机结构设计
2.1 设计目标与总体方案
2.2 变量撤肥整机结构
2.2.1 结构组成
2.2.2 工作原理
2.3 关键部件设计
2.3.1 机架设计
2.3.2 肥箱设计
2.3.3 排肥装置设计
2.3.4 调节装置设计
2.3.5 撒肥装置设计
2.3.6 传动系统设计
2.4 本章小结
参考文献
第三章 变量撒肥机控制系统研究
3.1 变量系统目标与控制原理
3.2 变量控制系统硬件设计
3.2.1 电源与稳压模块
3.2.2 车载控制终端与人机交互模块
3.2.3 核心控制器模块
3.2.4 无线通信模块
3.2.5 驱动器模块
3.2.6 光谱检测模块
3.2.7 传感器模块
3.2.7.1 霍尔测速传感器模块
3.2.7.2 旋转编码器测速模块
3.2.7.3 行程开关传感器模块
3.3 变量控制系统软件设计
3.3.1 变量控制系统下位机主程序
3.3.2 光谱数据获取子程序
3.3.3 转角、转速获取子程序
3.3.4 步进电动机控制子程序
3.3.5 数据存储子程序
3.4 车载终端控制软件设计
3.4.1 控制软件主界面
3.4.2 软件智能控制界面
3.4.3 软件实时监控界面
3.4.4 软件数据查询界面
3.4.5 软件系统帮助界面
3.5 本章小结
参考文献
第四章 基于EDEM的撒肥装置结构优化与性能分析
4.1 离散单元法基础理论
4.1.1 离散单元法基本思想
4.1.2 离散单元法基本模型
4.1.3 离散单元法基本步骤
4.2 颗粒接触力学特性参数
4.2.1 肥料颗粒等效直径测定
4.2.2 肥料颗粒密度测定
4.2.3 肥料颗粒刚度系数测定
4.2.4 肥料颗粒摩擦系数测定
4.2.5 碰撞恢复系数测定
4.3 肥料颗粒运动特性分析
4.3.1 颗粒从动运动特性分析
4.3.2 颗粒主动运动特性分析
4.4 仿真模型建立与试验设计
4.4.1 仿真模型的建立
4.4.2 接触模型与颗粒工厂
4.4.3 全局参数设置
4.4.4 仿真试验设计
4.5 试验结果分析与参数优化
4.5.1 仿真试验结果与方差分析
4.5.2 单因素效应分析
4.5.3 响应曲面分析与优化
4.6 撒肥颗粒分布与性能分析
4.6.1 仿真性能试验设计
4.6.2 撤肥颗粒分布形式
4.6.3 性能分布试验结果与分析
4.6.3.1 叶片倾角对撤肥性能分布的影响
4.6.3.2 撤肥高度对撒肥性能分布的影响
4.6.3.3 排肥流量对撒肥性能分布的影响
4.6.3.4 圆盘转速对撒肥性能分布的影响
4.7 本章小结
参考文献
第五章 变量撒肥机施肥模型分析与撒肥策略研究
5.1 变量施肥模型分析
5.1.1 系统排肥流量一致性验证
5.1.2 光谱采样频率合理性优化
5.1.3 变量施肥模型适用性修正
5.2 撒肥策略研究
5.2.1 试验材料与方法
5.2.2 排肥流量控制策略分析
5.2.3 圆盘转速控制策略分析
5.3 撒肥量模型建立
5.4 本章小结
参考文献
第六章 撒肥机肥量调节机构系统响应分析
6.1 变量执行机构运动分析
6.1.1 齿轮齿条机构调节装置分析
6.1.2 电动推杆调节装置分析
6.1.3 丝杆滑块机构调节装置分析
6.1.4 变量装置撒肥数学模型
6.2 变量调节系统响应分析
6.3 变量执行系统响应试验
6.3.1 试验条件与方法
6.3.2 试验结果与分析
6.4 田间试验验证
6.5 本章小结
参考文献
第七章 变量撒肥机相关性能验证与田间试验
7.1 撒肥装置结构性能验证试验
7.2 撒肥装置工作性能验证试验
7.3 撒肥机撒肥量模型验证试验
7.4 撒肥机田间撒肥作业性能试验
7.4.1 试验方案设计
7.4.2 试验结果与分析
7.4.3 田间撒肥试验分析
7.5 撒肥机变量撒肥效果验证试验
7.5.1 撒肥机撒肥精度性能验证
7.5.2 水稻作物长势群体结构成效
7.6 本章小结
参考文献
第八章 总结与展望
8.1 主要研究结论
8.2 创新点
8.3 后续研究建议
攻读博士学位期间发表论文和专利
致谢
本文编号：3855563
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