植保机喷施压力控制器的设计与开发

发布时间：2020-11-17 05:45

　　 现代农业发展进程中,植保机的智能化发展成为现代农业进步的关键因素。但因植保机作业路况复杂、作业环境恶劣、作业时间较长等问题,又受发动机工况、机械行驶状态、天气情况等诸多因素影响,当前传统的植保机普遍存在喷施系统作业参数不达标、喷施效率低下、控制系统结构不完善等缺点,均对植保机喷施控制系统的设计造成极大影响。导致农药的浪费且破坏生态环境,故急需解决植保机喷施系统的智能控制问题。为了使植保机喷施系统的作业参数能够高精度调节且控制系统具备完备的控制策略,进而提高植保机的使用和工作效率,论文基于植保机喷施系统的结构特性和工作原理,建立了植保机喷施系统的数学模型。对植保机喷施系统设计了基于稳态控制与前馈控制和状态反馈与PID结合的植保机喷施压力控制器,使喷施压力能够克服工况扰动快速跟踪设定压力。利用Simulink仿真软件模拟植保机喷施系统在多种复杂工况下的运行,与传统PID控制器效果进行对比,以此验证基于稳态控制与前馈控制和状态反馈与PID结合的控制器的控制效果。植保机喷施控制系统在Simulink仿真得到有效验证的基础之上,为了契合工程化实现的要求,结合嵌入式技术与CAN总线技术对植保机喷施压力控制器进行设计开发,制定了符合该植保机喷施控制系统的农机CAN总线通信协议。硬件方面选取STM32F103RBT6为嵌入式核心控制器,并进行外围扩展电路、CAN总线通信电路以及显示电路的设计。软件方面完成了控制策略的嵌入式程序,基于CAN的喷施控制系统通信协议程序以及LCD显示程序的设计。控制器性能验证采取硬件在环方式,利用CAN总线模块实现上位机与嵌入式控制器间通信。上位机模拟植保机喷施系统,下位机为所开发的嵌入式控制器。试验结果表明,所设计的基于稳态控制与前馈控制和状态反馈与PID结合的控制器能够对植保机喷施系统实现有效控制,满足工程需求使喷施压力能够快速而稳定地跟踪设定压力,达到控制目的。并且实现所设计控制器与植保机喷施系统的数据传输,且准确显示植保机喷施系统的运行状态。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S49;TP273
【部分图文】：

第 2 章 嵌入式系统及农机通信协议：继承 Unix 系统的网络工具协议和应用程序是一种开发性高，且具有可移植性的操作系嵌入式版本 Windows CE，主要是为了嵌入作系统，能够在有限的资源中，实现多任务 Vxworks 操作系统，支持多种类型处理器，服务组成的实时操作系统；热门操作系统 μCLinux，具备 Linux 的优点扩展，系统开放性高，移植性强；入式开发，源代码开放，相对于其他操作系裁剪，其内核属于竞争型实时内核，在就绪

图 2.2 CAN 总线结构层次图Fig. 2.2 Structural diagram of CAN bus层次结构中的数据链路层由逻辑链路控制层（LLC）和介[59]。层（LLC）层的主要内容是确定实际操作中需要的报文，介，其主要功能为：为数据传输和交付以及远距离操作数控制层（MAC）为 CAN 总线协议的关键部分，MAC 对帧优先权的判断、数据收发以及错误的判定。并且对从逻辑，同时将接收的报文输送给逻辑链路层；层次结构的物理层主要分为：物理信号（PLS）、物理介质附口（MDI）；（PLS）的主要功能为：对位的定时操作、同步操作和以及

图 2.3 数据帧结构图Fig. 2.3 Diagram of data frame帧起始起始指的是远程帧或数据帧的帧头部分，内部含有 1 个逻辑 0（显性）位测到总线位于空闲状态，则节点可以获取执行权，传送信息。每个 CAN传送的 CAN 节点的帧起始的前沿（隐形变为显性的跳变沿）保持同步仲裁域裁域由标识符与远程输送请求位共同构成，如图 2.4 所示。在标准帧的帧仲裁域包括 RTR 位和 11 位的标识位。其标识符具体表示为 ID.28-ID.1的帧格式里，扩展帧仲裁域包括 SRR 位、IDE 位、11 位和 18 位共 29 位。标识符具体表示为 ID.28-ID.0。
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本文编号：2887153