所属技术领域
本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种冬小麦变量施肥机控制系统。
背景技术：
精准农业是农业可持续发展的方向，而变量施肥技术是精准农业的重要组成部分。变量施肥是根据田间养分空间差异性，施用相应的肥料，以提高肥料的利用率，实现按需供给。实施变量施肥技术，对现代农业机械提出了更高的要求，发展智能化的农业机械是实现变量施肥的重要途径。
基于近地光谱的变量施肥机是在传感、机电一体化、自动控制等技术支持下实现在线变量施肥作业，首先通过光传感器确定小麦冠层的归一化指标指数，在利用各类传感器确定机具实时工作状态，实时的信息被输入到智能变量施肥决策系统，决策系统分析得到的信息，输出控制指令控制施肥执行结构，由施肥执行机调整排肥器的工作状态，实现在线变量施肥。变量施肥根据小麦实时长势在线确定目标施肥量，避免了繁琐的测土采样测试；同时，针对不同区域的作物，变量施用肥料，有利于提高肥料利用率，实现节本增效，有效降低或避免过度施肥对环境造成的影响。
技术实现要素：
本发明的目的是为了实现冬小麦生长过程中的实时变量精准追肥，，设计了一种冬小麦变量施肥机控制系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。
冬小麦变量施肥机控制系统由控制系统、机架、信息采集系统等部分组成。以greenseeker光传感器作为分析小麦养分需求的监测机构，以外槽轮排肥器作为变量施肥机的排肥机构，以电动机作为排肥器驱动动力机构，以车载计算机、协调器和stm32微控制器组成变量施肥控制执行机构，实现变量施肥机的在线变量施肥控制。
所述的施肥机根据冬小麦对氮肥的需求情况，采用轴分段式设计、双变量调节施肥量。
所述的施肥机由肥料箱、自动控制箱、直流减速电机、步进电机与丝杆滑轨总成、排肥管等部分组成。
所述的施肥调速装置主要由直流减速电机、挡板、联轴器和固定装置组成。
所述的变量施肥机的控制器由开度调节和转速调节两个部分组成，其分别包含一个标准pid控制器和模糊推理调节器。
本发明的有益效果是。
基于光谱探测技术的变量追肥机，采用轴分段式设计，双通道协调工作；通过光谱监测系统获取田间小麦的营养状态，从而指导冬小麦氮肥的按需供给，实现精准施肥的目标。控制系统采用模糊pid控制技术，实现了排肥机构开度和转速的在线自适应控制。通过控制施肥槽轮的转速和开度来实时调整施肥量，槽轮的转速由直流减速电机驱动，通过脉宽调变技术调整占空比实现转速调节；开由步进电机驱动，通过定时子程序控制步进数实现开度调节。系统采用速度和开度双重调控方式，实现了精确的变量追肥控制。变量控制系统性能稳定，控制精度达到90%以上；测速系统工作可靠，检测的绝对误差小于0.25km/h。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是变量施肥机系统结构简图。
图2是变量施肥机械结构简图-主视图。
图3是调速装置结果简图。
其中，1-直流减速电机，2-侧板，3-联轴器，4-转动轴。
具体实施方式
如图1所示，冬小麦变量施肥机控制系统由控制系统、机架、信息采集系统等部分组成，系统以greenseeker光传感器作为分析小麦养分需求的监测机构，以外槽轮排肥器作为变量施肥机的排肥机构，以电动机作为排肥器驱动动力机构，以车载计算机、协调器和stm32微控制器组成变量施肥控制执行机构，实现变量施肥机的在线变量施肥控制。
如图2所示，为了实现小区域精准施肥，本变量施肥机根据冬小麦对氮肥的需求情况，采用轴分段式设计、双变量调节施肥量。肥料箱下采用左右双通道独立控制施肥，每个通道配备一个直流减速电机，用于调节排肥器转速，转速越大施肥量越大；此外，每个通道还配置一个步进电机，采用丝杆滑轨调节排肥器开度，开度越大施肥量越大。变量施肥机由肥料箱、自动控制箱、直流减速电机、步进电机与丝杆滑轨总成、排肥管等部分组成。其中肥料箱组装中包括排肥驱动轴、外槽轮排肥器等部分。
如图3所示，施肥调速装置主要由直流减速电机1、挡板2、联轴器3和固定装置组成。调速装置由直流减速电机驱动传动轴4，带动槽轮式排肥器作业，直流电机1通过螺栓固定在挡板上，输出轴通过联轴器3与施肥传动轴4相连接。直流电机1配有相应的行星减速机构和霍尔测速装置，以满足传动要求和测速要求。控制器通过采集测速输出信号，根据传动比，解算出排肥器的实时转速，并显示和储存测速装置输出信号频率f(hz)与排肥器转速n(rpm)的关系为：n=5f/6。
变量施肥机的控制器由开度调节和转速调节两个部分组成，其分别包含一个标准pid控制器和模糊推理调节器。以开度调节子系统为例分析模糊pid控制系统的建立，将前端模糊控制系统输出的最佳开度控制量与实际实时控制量之间的偏差el和偏差的变化率作为模糊推理器的输入语言变量，要整定pid参数δklp、δkli、δkld作为输出语言变量，系统根据模糊规则，对3个参数进行在线修改。其隶属函数为三角分布函数，语言值均为：{pb、pm、ps、zo、ns、nm、nb}，对应的论域相同，分别为{3、2、1、0、-1、-2、-3}。