一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺的制作方法

本发明涉及农业，具体为一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺。

背景技术：

1、随着农业技术的不断发展，液态肥作为一种新型的肥料，因其生产费用低、肥效高、易吸收、节支增产效果显著、施肥方式方便迅速以及施用过程中可以根据测土施肥方案加入土壤所缺少的微量元素等优点得到了广泛应用。但现有的液态肥施肥工艺存在以下缺陷：一是施肥设备的控制系统没有引入管路的流量损失和压力损失，导致施肥量不够精准，无法满足农艺要求；二是控制系统缺少反馈补偿，造成设备的实际施肥量与理论施肥量存在一定差距；三是现有控制系统采用控制单一变量的方法，即通过控制阀门开合程度来控制施肥量，这对阀门的精度要求较高，且实际控制精度和可调范围较小。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，包括以下步骤：步骤一，建立施肥量控制模型；步骤二，建立管路模型；步骤三，施肥量控制模型优化；步骤四，模拟仿真；步骤五，建立自动施肥系统；步骤六，实际应用；

3、其中在上述步骤一中，基于作业速度、喷嘴压力和喷嘴流量，建立施肥量控制模型；

4、其中在上述步骤二中，基于流体力学原理，建立管路模型；

5、其中在上述步骤三中，将步骤一中建立的施肥量控制模型与步骤二中建立的管路模型相结合，优化施肥量控制模型；

6、其中在上述步骤四中，对步骤三中优化后的施肥量控制模型进行模拟仿真，根据仿真结果，建立施肥量控制模板；

7、其中在上述步骤五中，建立自动施肥系统，具体包括数据采集模块、压力控制模块、作业速度控制模块、数据存储模块、电源模块、人机交互模块和主控模块；

8、其中在上述步骤六中，将自动施肥系统部署至施肥设备，利用人机交互模块输入单位面积施肥量和作业速度给主控模块，主控模块调用控制模板，通过压力控制模块自动调节三变量，数据采集模块将采集到设备数据实时反馈给主控模块，主控模块自动进行参数补偿，使得实际施肥参数与理论施肥参数相同，以此实现精准施肥。

9、优选的，所述步骤一中，具体为：喷嘴流量即喷嘴单位时间内的施肥量，根据喷嘴流量与作业速度即可得到单位面积上的施肥量，故根据已知的单位面积上的施肥量和作业速度，即可得到所需的喷嘴流量，而根据喷嘴流量和喷嘴压力的关系，即可获取所需的喷嘴压力，由于喷嘴压力由喷嘴阀门开启程度和加压装置所提供的液压力共同决定，因此可以通过改变这两个变量来得到所需的喷嘴压力，并且喷嘴阀门开启程度和加压装置所提供的液压力可转化为阀门和加压装置的驱动机构的控制信号。

10、优选的，所述喷嘴流量和喷嘴压力的关系为：

11、

12、则

13、

14、其中，q1为已知喷嘴流量(l/min)，f1为已知喷嘴压力(kg)，qn为所需喷嘴流量(l/min)，fn为所需喷嘴压力(kg)。

15、优选的，所述步骤二中，具体为：建立不同管径和不同管道组合的管路模型，测试在引入流量损失和压力损失后，同一喷嘴压力下的喷嘴流量。

16、优选的，所述步骤三中，具体为：将管路模型作为控制喷嘴流量的第三个变量与施肥量控制模型结合，以提高施肥量控制模型的控制精度和可调范围。

17、优选的，所述步骤四中，施肥量控制模板包含有不同管路模型下阀门和加压装置的驱动机构的控制参数。

18、优选的，所述步骤五中，主控模块分别与数据采集模块、压力控制模块、作业速度控制模块、数据存储模块、电源模块和人机交互模块建立电性连接，数据采集模块包括作业速度采集子模块、喷嘴流量采集子模块和喷嘴压力采集子模块，压力控制模块包括管路模块切换子模块、喷嘴阀门控制子模块和加压装置控制子模块。

19、优选的，所述数据采集模块通过作业速度采集子模块获取作业速度，通过喷嘴流量采集子模块获取喷嘴流量，通过喷嘴压力采集子模块获取喷嘴压力；压力控制模块通过管路模块切换子模块切换管路，通过喷嘴阀门控制子模块控制喷嘴阀门开启程度，通过加压装置控制子模块控制加压压力；作业速度控制模块用于调节车速，数据存储模块用于存储系统数据，电源模块用于系统供电，人机交互模块用于数据可视化和数据输入。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过引入管路的流量损失和压力损失，从而提高了自动施肥系统的控制精度；本发明利用管路模型结合施肥量控制模型，实现三变量协同调节喷嘴压力，进一步提高了施肥精度；本发明的自动施肥系统设计有反馈补偿功能，可以有效避免因设备差距造成的施肥量偏差。

技术特征：

1.一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，包括以下步骤：步骤一，建立施肥量控制模型；步骤二，建立管路模型；步骤三，施肥量控制模型优化；步骤四，模拟仿真；步骤五，建立自动施肥系统；步骤六，实际应用；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述步骤一中，具体为：喷嘴流量即喷嘴单位时间内的施肥量，根据喷嘴流量与作业速度即可得到单位面积上的施肥量，故根据已知的单位面积上的施肥量和作业速度，即可得到所需的喷嘴流量，而根据喷嘴流量和喷嘴压力的关系，即可获取所需的喷嘴压力，由于喷嘴压力由喷嘴阀门开启程度和加压装置所提供的液压力共同决定，因此可以通过改变这两个变量来得到所需的喷嘴压力，并且喷嘴阀门开启程度和加压装置所提供的液压力可转化为阀门和加压装置的驱动机构的控制信号。

3.根据权利要求2所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述喷嘴流量和喷嘴压力的关系为：

4.根据权利要求1所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述步骤二中，具体为：建立不同管径和不同管道组合的管路模型，测试在引入流量损失和压力损失后，同一喷嘴压力下的喷嘴流量。

5.根据权利要求1所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述步骤三中，具体为：将管路模型作为控制喷嘴流量的第三个变量与施肥量控制模型结合，以提高施肥量控制模型的控制精度和可调范围。

6.根据权利要求1所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述步骤四中，施肥量控制模板包含有不同管路模型下阀门和加压装置的驱动机构的控制参数。

7.根据权利要求1所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述步骤五中，主控模块分别与数据采集模块、压力控制模块、作业速度控制模块、数据存储模块、电源模块和人机交互模块建立电性连接，数据采集模块包括作业速度采集子模块、喷嘴流量采集子模块和喷嘴压力采集子模块，压力控制模块包括管路模块切换子模块、喷嘴阀门控制子模块和加压装置控制子模块。

8.根据权利要求7所述的一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，其特征在于：所述数据采集模块通过作业速度采集子模块获取作业速度，通过喷嘴流量采集子模块获取喷嘴流量，通过喷嘴压力采集子模块获取喷嘴压力；压力控制模块通过管路模块切换子模块切换管路，通过喷嘴阀门控制子模块控制喷嘴阀门开启程度，通过加压装置控制子模块控制加压压力；作业速度控制模块用于调节车速，数据存储模块用于存储系统数据，电源模块用于系统供电，人机交互模块用于数据可视化和数据输入。

技术总结
本发明公开了一种农业高效绿色型液态肥精准变量施肥工艺，包括以下步骤：步骤一，建立施肥量控制模型；步骤二，建立管路模型；步骤三，施肥量控制模型优化；步骤四，模拟仿真；步骤五，建立自动施肥系统；步骤六，实际应用；所述步骤二中，具体为：建立不同管径和不同管道组合的管路模型，测试在引入流量损失和压力损失后，同一喷嘴压力下的喷嘴流量；本发明通过引入管路的流量损失和压力损失，从而提高了自动施肥系统的控制精度；本发明利用管路模型结合施肥量控制模型，实现三变量协同调节喷嘴压力，进一步提高了施肥精度；本发明的自动施肥系统设计有反馈补偿功能，可以有效避免因设备差距造成的施肥量偏差。

技术研发人员：孙鸿,韩子鑫,郑永鑫,宋爽,史云天,安帅霖,杨晶,王强,刘峰,齐瑞锋,张明宇,董洪伟,乔清旭
受保护的技术使用者：吉林省农业机械研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16