PWM变量控制喷头雾化特性研究
PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验
PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【摘要】由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究.采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度.经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】变量喷雾;脉宽调制;水敏试纸;变异系数【作者】蒋焕煜;周鸣川;李华融;蒋卓华【作者单位】浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058;浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】S49变量喷雾施药是减少植保作业中药液使用量的重要技术手段[1]。
变量喷雾施药可以通过变喷雾时间、变喷雾压力及变药液浓度3种途径实现。
PWM技术调节电磁阀实现流量控制是一种变喷雾时间方法，相对于其他变量喷雾技术其实现简便，对喷雾粒径影响较小[2-3]，故应用较为广泛。
由于植保作业过程中靶标的分布较难获得甚至无法获得，因此喷雾机械的喷雾均匀性指标对防治效果影响很大。
PWM 变量喷雾是在一个控制周期内调节电磁阀开闭的时间来完成流量调节，致使喷雾机运动方向上的雾滴均匀性较难控制。
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响
PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【摘要】PWM间歇喷雾式变量喷施过程中,电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击,致使喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性发生畸变,降低了喷雾质量.为研究电磁阀通径对实际喷雾压力波动特性的影响,基于自主研制的脉宽调制间歇式喷雾变量喷施系统试验台,进行了测试试验.测试结果表明:系统压力与喷头流量一定时,随着电磁阀通径减小,压力波动均值减小,压力波动程度增大;在通径为DN15情况下,压力波动离散率≤0.002;在通径为DN10情况下,压力波动离散率≤0.01;在通径为DN6情况下,压力波动离散率呈较大幅度变化;且当系统压力发生阶跃时,电磁阀通径越小,喷雾压力波动振幅越大.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】7页(P164-169,174)【关键词】变量喷施;压力波动;电磁阀通径;喷头流量【作者】蒋斌;李林;李晋阳;魏新华【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】S274.2;TP2720 引言在PWM变量喷雾的过程中，电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击，导致实际喷雾压力产生波动，而喷头的雾量分布和喷雾流量对喷雾压力波动较为敏感[1-3]，大幅度波动致使其控制精度和稳定性受到一定的影响。
国内外学者对PWM变量喷施的施药量控制[5-10]及雾化特性[15-19]等已经有了一定研究。
Han等对PWM电磁阀控制间歇喷雾式变量喷施系统进行了详细研究，发现由于喷雾压力不稳而引起的喷雾流量变异较大[4]。
但国内外有关PWM变量喷施过程中，针对压力波动变化特性的研究很少。
PWM变量喷施系统特性试验台的设计及液压冲击的研究中期报告
PWM变量喷施系统特性试验台的设计及液压冲击的
研究中期报告
一、任务目标
本次任务旨在设计PWM变量喷施系统特性试验台，研究液压冲击对系统性能的影响，并呈现中期研究报告，使研究进程得到适时反馈。
二、进展情况
1. 系统设计
根据任务要求，我们提出了一个具体的PWM变量喷施系统特性试验台设计方案，并完成了系统结构图的绘制。
2. 实验过程
在采用该设计方案的实验中，我们制定了详细的实验方案，并完成了样机制作和实验的开展，初步了解液压冲击对喷施系统的影响。
3. 实验分析
通过实验数据的收集、总结和分析，我们初步发现在实验过程中液压冲击会对系统造成一定的影响，需要进一步深入探究。
三、下一步工作
1.系统改进
结合实验结果，我们将着手改进系统设计，使其能更好地抵抗液压冲击，提高系统的稳定性和可靠性。
2.完善实验过程
在后续实验中，我们将完善实验方案，提高实验结果可信度，探究液压冲击对系统特性的影响机理。
3.加快进程
为了保证任务最终的高质量完成，我们将密切关注实验进展，加快进程，并及时修正与调整实验方案。
基于PWM的变量喷施控制系统设计及实验研究
基于PWM的变量喷施控制系统设计及实验研究
王浩;陈树人
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2012(034)012
【摘要】以STC12C5410AD单片机为载体,设计了一套基于可编程计数器阵列(PCA)模块的变量喷施控制系统.该系统是以喷雾机前进速度、杂草密度信息为输入量、以喷药量和压力变化为输出的双输入双输出系统,并对其进行了仿真研究.仿真及实验结果证明,该系统能根据车具行进速度和杂草密度而实时改变喷药量以及管路压力的大小,误差精度小于5％.
【总页数】4页(P159-161,205)
【作者】王浩;陈树人
【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室,江苏镇江212013;江苏大学江苏省农业装备与智能化高技术重点实验室,江苏镇江212013【正文语种】中文
【中图分类】S491;S126
【相关文献】
1.PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响 [J], 蒋斌;李林;李晋阳;魏新华
2.基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计 [J], 武同昆;周超英;谢鹏
3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐
4.PWM变量喷施压力稳定控制系统 [J], 章少岑;刘青山
5.基于PWM的变浓度喷施控制系统设计与试验 [J], 孔辉;伊丽丽;兰玉彬;白京波;韩鑫
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变量喷药装置控制系统的设计与试验
基金项目：黑龙江省哲学社会科学研究规划项目"黑龙江省生态
文明机制体系建设问题研究”（18JYH760）
作者简介：周文娟（1985—）,女，
，硕士，
为
控制与
。
，研究方
此外，还可 的时
进水 的药 量。
的34 器
差分析得出,药 机械的研制提 行性参考。
0.01%, 喷药农用
1喷药装置整体方案设计
1.1主要结构和工作原理
喷药装置试验台结构示意图如图1所示。喷药装置试
要
传感器、 器、调节、溢 、 泵、
药箱、3段12 喷头、量、 传感器以及各种道
Q
图1喷药装置试验台结构示意图
B C 1药2 V液D 箱
D液 体 泵
E过 滤 器
F G H M N S P X
流
主 h阀t
溢流
压力
压力
搅 调
拌 节 位
液分
3
计 阀 传 表 器 阀 传 阀
的 增量为！N，
4s的
，
后，用加
，当流回：
y⑹=罟6 [(4A2V(f) + 3A^(/c-1) + 2AN(k-2)+ AN(k — 3)]
调节阀 用 Tee Jet 的 344BRL， 从
开需要6 s，测试的有效最小微动是1/160 s&
2喷药控制系统硬件电路设计
药
路
器为 ，
装为LQFP-44、STC12C5A60S2型单片机，其
3.1压力及流量试验
进行喷头流量试验 ， 将 有 的量
在
相应的喷头下方，起动电动机，打开主阀开关；当主阀进
水口压力为0.45 MPa和0.80 MPa时(即此时压力表N的
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性
脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性魏新华;于达志;白敬;蒋杉【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2013(000)005【摘要】Owing to its intermittently spraying characteristics, spray deposition distribution uniformity of PWM-based variable rate application system is hard to control. A PWM-based variable rate application testing system was constructed by integration of a modified commercial boom sprayer and an IPC-based measurement and control system to study its static deposition distribution characteristics. The sprayer consisted of a fluid tank, a filter, a diaphragm pump, a proportional relief valve, 12 high speed on-off solenoid valves, 12 TR80-05 hollow-cone nozzles and various pipelines, mounted on a tractor, and was driven by the tractor via its power take-off shaft. The IPC-based measurement and control system was composed of a pressure sensor, 4 flow sensors, a signal conditioning module, an IPC, an analog input data acquisition card、a PWM signal output card、an analog output card, and 2 driving modules. Real-time monitoring of subgroup flow and boom pressure, feedback stable control of average boom pressure, setting of the average boom pressure, and setting of frequency and duty cycle of the PWM signal were performed by the measurement and control software which was developed with Labview. Droplets were collected with a matrix-styled droplet collection device, ithad a horizontal collection dimention of 1000 mm×1000 mm and was divided evenly into 20×20 grids. Putting a paper cup in each grid, weighting the cups before and after each spraying test, droplet deposition of each grid could be deduced, and two-dimentional deposition distribution was obtained. Static deposition distributions of the PWM controlled nozzle were tested under various spray conditions of different spray pressures, different frequencies and duty cycles of PWM signal with the tractor holding still and the tested nozzle 0.5 m distance above the droplet collection area. And nonlinear regression analyses were performed on static deposition distribution specimens acquired under spray conditions of 0.3MPa spray pressures, 2Hz PWM signal frequency and different PWM signal duty cycles to construct their static deposition distribution models on dimension of droplet collection grid unit. Test and analysis results show that static deposition distribution models of theTR80-05 hollow-cone nozzles have a centrosymmetric shape of circularring and accords with the two-dimensional dual normal distribution, droplet deposition and radius of the deposition circular ring increase with the increasing of spray pressure, droplet deposition is approximately proportional to the duty cycle of PWM signal, the duty cycle of PWM signal has less effect on radius of the deposition circular ring, and the frequency of PWM signal has less effect on the static deposition distribution.% 由于脉宽调制(PWM)间歇喷雾式变量喷施系统的间歇喷雾特性，其雾量分布均匀性较难控制，为此该文采用隔膜泵、比例溢流阀、高速开关电磁阀、TR80-05型空心圆锥雾喷头和工控机测控系统等构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施试验系统，并对其静态雾量分布特性进行了试验研究.在不同喷雾压力、不同PWM 信号频率和占空比下，采用矩阵式雾量收集装置对PWM 喷头的静态雾量分布进行了测试，并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3 MPa、PWM信号频率2 Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型.结果表明：TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状，且近似符合二维双正态分布；随喷雾压力的增大，雾量沉积量增加，且雾量分布圆环区域半径增大；PWM 信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系，而对雾量分布圆环区域半径的影响较小；PWM信号频率对静态雾量分布影响很小.【总页数】6页(P19-24)【作者】魏新华;于达志;白敬;蒋杉【作者单位】江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室，镇江 212013;合肥师范学院电子信息工程学院，合肥 230061【正文语种】中文【中图分类】S49【相关文献】1.PWM间歇喷雾变量喷施系统压力脉动及液压冲击综合测试 [J], 于达志;陈树人;魏新华2.脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统施药量控制 [J], 魏新华;蒋杉;张进敏;李青林3.PWM间歇喷雾式变量喷施控制器设计与测试 [J], 魏新华;蒋杉;孙宏伟;徐来齐4.脉宽调制型变量喷雾系统雾量沉积分布 [J], 吴春笃;杜彦生;张伟;张波;陈志刚5.PWM间歇喷雾变量喷施系统中的压力损失和液压冲击 [J], 吉鑫;崔银伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
科技成果——变量施药技术及装备
科技成果——变量施药技术及装备成果简介
本项目属于植保机械领域，主要涉及脉宽调制（PWM）间歇喷雾式变量喷施技术、PWM变量喷施控制器和变量施药装备等内容。
PWM变量喷施技术通过对喷头电磁阀的开关控制实现喷头的间歇式喷雾，通过对电磁阀控制信号的脉宽调制（即占空比调节）实现喷头平均喷雾流量的调节。
PWM变量喷施控制器可输出12路独立可调的PWM控制信号，分别控制12个喷头，实时检测机组作业速度、系统喷雾压力和系统总喷雾流量，并根据以上信息及各喷头的设定施药量，对各喷头电磁阀的占空比进行动态调控，从而实现各喷头喷雾流量的精确控制。
应用PWM变量喷施技术和PWM变量喷施控制器可对传统的喷杆式喷雾机和果园弥雾机进行变量喷施改造，根据实际施药区域和施药量要求，进行喷幅和喷药量的动态调控，并在机组作业速度发生波动时，维持各喷头实际施药量的稳定，从而实现按需施药，并避免出现重喷、漏喷和喷出界问题。
性能指标
经江苏省农业机械试验鉴定站检测，PWM变量喷施喷杆式喷雾机的喷雾流量调节范围为10、喷雾流量控制误差≤±2%、喷药量控制误差≤±2.9%，满足变量施药要求。
与国外同类技术相比，本项目在喷雾流量调节范围和喷药量控制精度等方面达到了国外同类产品水平，在喷雾压力独立稳定控制和动态雾量分布均匀性控制等方面超
过了国外同类技术水平。
适用范围
该项目可实现按需施药，对节约农药、减少农产品农药残留、保护农业生态环境具有重要意义。
该项目可广泛应用于大田植保和果园植保，市场前景广阔。
投资规模
用于传统喷杆式喷雾机或果园弥雾机的改造，仅需增加成本1-3万元。
合作方式技术转让。
变量喷施技术及其雾化特性评价方法综述
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农药与剂型 & !! 现代农药使用技术由 & 部分组成 $ 施药工艺和施药器械 ' 我国农药生产技术处于国际 先进水平 ! 但农药有效利用率低 & 农产品农药残留超 环境污染 & 作物药害 & 操作者中毒等问题突出 ! 其 标& 主要原因是施药工 艺 与 施 药 器 械 落 后 ! 与欧美发达 国家 相 差 & "#A "年
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施装置后 ! 还应了解其雾化特性 ! 以此作为此种变量 喷施技术适用于精确农业高效喷施系统的技术推广 依据 ' 因此对于变量喷雾装置的雾化特性评价研究 至关重要 ' 现阶段在我国 ! 由于变量喷施技术的不完善 ! 其 还有很大的改进 & 应用和发展将是一个渐近的过程 ! 创新 & 研究空间 ' 在 流 量 控 制 装 置 对 喷 头 雾 化 特 性
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已 的落后现状与我国 高 速 发 展 的 农 药 水 平 不 相 称 ! 妨碍了农作物病虫 害 的 防 治 ! 造成了不应有的损失 和不良后果 ' 欧美发达国家 ! 早在上世纪 B " 年代已 特种农 业 机 械, 行 列! 设有专门管 将植保机械列入 + 理部门和机构 ' 在 我 国 加 入 世 贸 组 织 承 诺 中 ! 植保 机械被列 入 强 制 执 行 性 安 全 认 证 的 产 品 " 目 1 1 1#
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农机化研究
第 12 期
PWM 变 量 控 制 喷 头 雾 化 特 性 研 究
郭一鸣1，2 ，张瑞瑞2 ，陈立平2 ，李龙龙2
（ 1 ． 西 北 农 林 科 技 大 学 机 械 与 电 子 工 程 学 院 ，陕 西 杨 凌 712100 ； 2 ． 国 家 农 业 智 能 装 备 工 程 技 术 研 究 中 心 ， 北京 100097）
Width Moderation ，PWM ） 控 制 信 号 ，测 试 了 不 同 喷 头 在 不 同 频 率 和 占 空 比 下 的 流 量 和 雾 滴 粒 径 。 结 果 表 明 ： 在 高
频 信 号 下 ，3 种 不 同 类 型 的 喷 头 流 量 和 占 空 比 均 呈 线 性 变 化 趋 势 ，且 和 频 率 呈 正 相 关 性 ； AD120 － 02 型 喷 头 流 量
05 型圆锥雾喷头的静态雾量喷雾特性，发现 PWM 信 号 占 空 比 与 雾 量 沉 积 量 近 似 呈 正 比 关 系［8］。
论基础。
1 理论依据
收稿日期： 2018－10－15 基金项目： 国家自然科学基金项目 （ 31771674） ； 北京市 农 林 科 学 院
2018 创新能力建 设 专 项 （ KJCX20180424 ） ； 陈 立 平 北 京 市 百千万人才工程项目（ 2016－2017） 作者简介： 郭 一 鸣 （ 1993 － ） ，男，河 北 秦 皇 岛 人，硕 士 研 究 生，（ E － mail） 474157691@ qq．com。 通讯作者： 陈立平（ 1973－） ，女，福建惠安人，研究员，（ E － mail） chenlp @ nercita．org．cn。
测试环境下比较不同喷头的喷雾特性。 实际应用中 ，不同 作 物 及 其 复 杂 的 施 药 环 境 对 喷
头有不同的要求，且不同喷头的防治效果不同［21］。本
进行模型普适性实验，结果表明： 模型流量和实际测 量流量均具有很好的一致性［6］。随顺涛等使用 TEE-
文在脉宽调制变量喷施系统的基础上对不同喷头的 喷雾效果进行了研究，改变控制高频电磁阀信号的频
调 节 倍 数 在 相 同 测 量 条 件 下 均 大 于 其 余 两 种 类 型 喷 头 ，在 10 Hz 达 到 最 大 调 节 倍 数 2 ． 01 倍 ； 3 种 喷 头 的 雾 滴 的 体
积 中 值 中 径 和 控 制 信 号 的 占 空 比 、频 率 呈 负 相 关 性 趋 势 变 化 ； TＲ80 － 02 号 喷 头 雾 滴 分 布 相 对 跨 度 和 粒 径 变 化 幅
变量喷洒系统采用高频电磁阀为流量控制元件， 通过改变电磁阀的开关量进而改变喷头的流量和压 力［22］。理论上通 过 改 变 控 制 信 号 的 占 空 比 会 线 性 地 改变喷头流量 L1，电磁阀因其机械特性会存在开启反 应时间 t1 和关闭反应时间 t2，信号示意图如图 1 所示。 根据公式（ 1） 可求得此时流量 L1，即
JET 11003 标准扇形喷头建立了脉宽调制的变量喷药 控制系统，实现了根据车速变化完成变量喷药［7］。魏
率和占空比，在相同条件下对不同喷头的流量和粒径 进行测量，分析 PWM 变量施药系统对不同喷头产生
新华等通过 PWM 间歇式变量喷施系统研究了 TＲ80－ 的影响，从而为不同的施药环境和施药机具等提供理
0 引言
目前 ，我国食品安 全 状 况 并 不 乐 观 ，农 药 残 留 、滥
史万 苹 等 PWM 变 量 控 制 系 统 控 制 电 磁 阀 来 研 究 TEEJET 11003 标准扇形喷头的流量情况，流量控制范 围可达到 4： 1［9］。Lebeau 等人使用 TEEJET XＲ 11006
用食品 添 加 剂 等 问 题 都 严 重 威 胁 着 人 类 的 生 命 健 康［1］。农药 残 留 是 食 品 安 全 问 题 中 的 一 大 突 出 问 题［2］，通过采用 精 准 施 药 技 术 减 少 农 药 喷 施 过 量，已 成为植保领域的重要研究方向［3］。
摘 要： 为 研 究 基 于 高 频 电 磁 阀 的 变 量 喷 雾 系 统 对 不 同 喷 头 的 喷 雾 特 性 的 影 响 ，选 取 Lu120 － 02 扇 形 、TＲ80 － 02
型 锥 形 和 AD120 － 02 型 防 漂 3 种 不 同 喷 头 ，采 用 基 于 高 频 电 磁 阀 的 变 量 喷 雾 系 统 ，通 过 改 变 脉 宽 调 制 （ Pulse
量调节喷洒系统研究喷头的喷雾特性是当前研究变 量喷洒的 主 要 方 式 之 一［4］。 邓 巍 等 采 用 开 关 电 磁 阀
国内外很多基于脉宽调制的变量喷施系统研究均相 对于同一种或者同一类型喷头进行［12－20］，并未在相同
研究了扇形喷头的喷雾特性，发现喷头流量调节倍数 可达 4．17 倍［5］。翟长远等通过脉宽调制变量喷雾对 TEEJET AITXA 空心锥形喷头建立了喷头流量模型并
度 均 最 小 ，其 雾 滴 分 布 展 现 出 最 好 的 稳 定 性 和 均 匀 性 。
关键词： 变量喷洒； 雾化特性； PWM； 电磁阀
中图分类号： S491
文献标识码： A
文章编号： 1003－188X（ 2019） 12－0145－06
DOI:10.13427/ki.njyi.2019.12.026
·145·
2019 年 12 月
农机化研究
第 12 期
L1
=
a% /Fຫໍສະໝຸດ － （ t1 1/F－
t2）
·Lq
采用 PWM （ Pulse Width Modulation） 间歇喷雾流
延长范围扇形喷头设计了基于喷杆速度变化的 PWM 变量施药控制系统，发现变量系统减少了机械不必要 震动对喷 雾 带 来 的 影 响［10］。Pierce Ｒobert 等 人 使 用 TEEJET XＲ8005 型喷头研究不同占空比下的沉积特 性，实验发现 改 变 占 空 比 会 影 响 喷 雾 沉 积 均 匀 性［11］。