国内外研究现状结果表明,喷杆喷雾机在田间作业时,喷杆相对于作物冠层的不正确位姿将显著影响雾量分布均匀性。因此,开展喷杆位姿检测及其控制研究对于提高雾量分布均匀性有着及其重要的意义。本文针对目前国内喷杆喷雾机自动化作业要求,开发设计了一套基于超声波传感器的喷杆位姿控制系统。通过分析喷杆位姿控制要求,设计了控制器的硬件电路与软件;通过超声波检测喷杆距作物冠层高度试验,分析了超声检测喷杆位姿的可行性;运用工程整定法对控制器PID参数进行了整定,根据整定得到的PID参数开展了喷杆位姿控制试验。　　 本文研究内容主要包括以下几个方面:　　 Ⅰ、喷杆位姿控制器的设计　　 (1)对喷杆位姿调节液压系统进行了分析,阐述了超声波检测喷杆位姿原理,提出了以AT89S52微处理器为核心的喷杆位姿控制系统,建立了喷杆位姿控制系统的总体结构及硬件实现图。　　 (2)完成了A/D转换、数据存储、D/A转换、运算放大与信号输出等硬件电路及其相关软件的设计。　　 Ⅱ、超声波检测喷杆距作物冠层高度试验分析　　 采用超声波传感器建立了一套喷杆距作物冠层高度检测系统,在室内和温室大棚分别对平面木板与作物冠层进行了测量试验,得到了如下结论:　　 (1)在室内对平面木板进行测量,得到了距离值与输出电压值的回归模型,并由回归模型得到了回归残差图,其中残差的绝对平均值(δ)=0.536cm。　　 (2)分析了波束角对超声波测距的影响,在距离一定时,随着目标靶的旋转角度越来越大,误差增加也越来越快;旋转角度一定时,随着距离增大,测量误差呈增大趋势。　　 (3)在温室大棚对作物冠层进行了检测,得到了距离值与输出电压值的回归模型、残差图和残差频率分布图,结果显示,回归残差的绝对值大小为5.081cm,其中残差绝对值有68.9%不大于6cm,有10%的残差值大于10cm。　　 (4)将超声波测量平面木板与作物冠层得到的回归模型进行对比发现,随着距离的增加,两者得到的回归方程,其数值模拟差值随着电压的增大由大变小,再由小变大,当电压输出为2v时差值最小,只有0.07cm。　　 (5)通过在温室大棚对作物冠层的测量,探讨了作物冠层平面中叶片分布对测距的影响,指出了三种不同情况下得到的回波信号是不同的。　　 Ⅲ、喷杆位姿控制试验　　 (1)构建了由喷杆喷雾机和喷杆位姿控制器组成的喷杆位姿控制系统,对控制系统的输出进行了标定,并确立了PID控制算法。运用工程整定法中的扩充临界比例度法对PID参数进行了整定,通过整定得到kp=0.7,ki=0.01,kd=0.1。　　 (2)设计了用于喷杆位姿控制试验的阶跃信号,利用整定得到的PID参数进行了喷杆位姿控制试验,实验结果表明,喷杆位姿控制系统的调整时间为5.88s,最大峰值为-94.96cm,稳态值为4.79cm。