發(fā)布時(shí)間：2020-02-25所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:為進(jìn)一步提升我國農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的智能化水平，針對(duì)其智能發(fā)電系統(tǒng)展開研究。在智能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理及結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，建立了智能發(fā)電理論數(shù)學(xué)模型，通過合理的硬件裝置設(shè)計(jì)及精準(zhǔn)的軟件控制設(shè)計(jì)，形成優(yōu)化后的農(nóng)田灌溉用智能發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行發(fā)電系統(tǒng)
摘要:為進(jìn)一步提升我國農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的智能化水平，針對(duì)其智能發(fā)電系統(tǒng)展開研究。在智能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理及結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，建立了智能發(fā)電理論數(shù)學(xué)模型，通過合理的硬件裝置設(shè)計(jì)及精準(zhǔn)的軟件控制設(shè)計(jì)，形成優(yōu)化后的農(nóng)田灌溉用智能發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行發(fā)電系統(tǒng)整體運(yùn)行裝置試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:依據(jù)智能發(fā)電核心裝置運(yùn)行時(shí)，位移、頻率f、旋轉(zhuǎn)角速度Ω及橫振速度(dX3/dT、dX5/dT)之間的關(guān)系圖，掌握運(yùn)行狀態(tài)，為合理布置各組件提供了依據(jù)，可有效促進(jìn)農(nóng)田灌溉系統(tǒng)智能改進(jìn)與開發(fā)，對(duì)類似發(fā)電裝置的優(yōu)化有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:農(nóng)田灌溉;智能發(fā)電;位移;橫振速度;發(fā)電裝置
0引言
隨著農(nóng)田灌溉技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型化、智能化的機(jī)械設(shè)備相應(yīng)投入其中，不間斷地持續(xù)電源供應(yīng)可保證智能灌溉設(shè)備的平穩(wěn)高效進(jìn)行。圖1為某農(nóng)田灌溉系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)場景圖。由圖1可知:大型的灌溉組件在智能發(fā)電系統(tǒng)的支持下進(jìn)行連續(xù)均勻灌溉，整體的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)通過供水系統(tǒng)的配合，加之土壤變送器等設(shè)施的實(shí)施監(jiān)測，控制各灌溉回路的出水量，最終達(dá)到預(yù)先設(shè)定的土壤濕度目標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。依據(jù)當(dāng)前智能發(fā)電的技術(shù)原理，對(duì)應(yīng)用于灌溉系統(tǒng)的發(fā)電裝置進(jìn)行了分析。
1智能發(fā)電原理及組成
農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的智能發(fā)電系統(tǒng)原理:整體運(yùn)行機(jī)構(gòu)由機(jī)組控制系統(tǒng)向變流器的控制單元、執(zhí)行動(dòng)作單元及并網(wǎng)控制單元發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)電子回路到達(dá)各變壓組件及PMSG組件，進(jìn)行電力電子變流和變壓，當(dāng)條件超過閾值范圍，會(huì)從PMSG組件反饋至機(jī)組控制系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)電
農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的智能發(fā)電系統(tǒng)核心組件主要包含PMSG、電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器、電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器，以及信息采集與隔離電路等，在各組件的合理連接與布置下構(gòu)成具有高效輸送功能的智能發(fā)電裝置，如表1所示。其中，電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器主要實(shí)現(xiàn)輸出各功率的耦合控制，電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器主要實(shí)現(xiàn)減小發(fā)電系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩消耗，使得智能發(fā)電系統(tǒng)在最佳的效率下運(yùn)作。
2智能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1數(shù)學(xué)模型建立
以農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的智能發(fā)電結(jié)構(gòu)及原理為基礎(chǔ)，根據(jù)圖2所示的發(fā)電系統(tǒng)繞組坐標(biāo)系示意圖，設(shè)q與d、α與β坐標(biāo)下的繞組匝數(shù)相同，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得出定子電壓方程為
2.2系統(tǒng)硬件優(yōu)化
進(jìn)行農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的智能發(fā)電裝置硬件設(shè)計(jì)，如圖3所示。將土壤濕度傳感器、pH傳感器及EC濕度傳感器等多種傳感裝置安裝在智能發(fā)電系統(tǒng)合理的位置，經(jīng)多路信號(hào)識(shí)別處理后到達(dá)發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換電路，最終輸送到核心處理控制單元;控制中心與計(jì)算機(jī)控制接口進(jìn)行高度銜接，完成數(shù)據(jù)共享。另一方面，核心處理單元融合灌溉發(fā)電系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換電路的內(nèi)容，經(jīng)處理后分別傳遞給顯示監(jiān)控單元和關(guān)鍵管路的電磁閥控制裝置，各類硬件設(shè)置形成良好的通信回路和體系。
針對(duì)智能發(fā)電系統(tǒng)的核心裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，其主要結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。設(shè)計(jì)性能良好的農(nóng)田灌溉智能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)成尤為重要。當(dāng)直線發(fā)電機(jī)工作，推動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)諧振管、慣性管的內(nèi)部體積發(fā)生變化，從而影響反饋管進(jìn)行反饋，緩沖罐亦做出相應(yīng)的動(dòng)作反應(yīng)。
2.3系統(tǒng)軟件控制
針對(duì)該智能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行軟件程序設(shè)計(jì)，采用模塊化控制，根據(jù)功能需求的不同，劃分為主程序、中斷服務(wù)、子模塊控制及通信程序等。主程序主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)變量和系統(tǒng)初始化的設(shè)置、儲(chǔ)存變量，以及針對(duì)通用的等待與中斷進(jìn)行服務(wù)等;子模塊控制是實(shí)質(zhì)作業(yè)的裝置，將電網(wǎng)側(cè)的變換器控制與電機(jī)側(cè)的變換器控制實(shí)現(xiàn)有序配合。當(dāng)農(nóng)田給出土壤濕度及pH等測量指標(biāo)符合要求時(shí)，該智能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)自主中斷，實(shí)現(xiàn)無人智能化灌溉。此處給出控制程序片段:
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針對(duì)灌溉發(fā)電系統(tǒng)的核心程序算法的變量進(jìn)行規(guī)則設(shè)置(見表2)，依據(jù)控制算法分割規(guī)則及隸屬函數(shù)的要求，選取0.5為算法語言變量E的劃分單元，定義出對(duì)應(yīng)的語音值，分別為正大PL、正小PS、零值ZE、負(fù)小NS和負(fù)大NL，從而在語言程序的控制下，進(jìn)行智能發(fā)電灌溉動(dòng)作。
3灌溉智能發(fā)電試驗(yàn)
3.1系統(tǒng)配置
進(jìn)行農(nóng)田灌溉系統(tǒng)智能發(fā)電設(shè)計(jì)試驗(yàn)，首先進(jìn)行智能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)配置，具體參數(shù)值如表3所示。發(fā)電裝置本體的參數(shù)符合相關(guān)要求后，為實(shí)現(xiàn)通信的準(zhǔn)確迅速，選定物理層通信協(xié)議屬性，設(shè)置如圖5所示的智能發(fā)電系統(tǒng)通信協(xié)議執(zhí)行流程圖，主要針對(duì)接收數(shù)據(jù)的判定、發(fā)送及延時(shí)等相關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制。
圖6為此次智能發(fā)電試驗(yàn)的裝置布置示意圖。土壤濕度是進(jìn)行農(nóng)田智能灌溉的指示性標(biāo)志，選取1#、2#兩個(gè)地塊，首先通過土壤墑情的實(shí)時(shí)信息采集，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)控制及GPRS處理控制器進(jìn)行裝置運(yùn)行情況的準(zhǔn)確把控，智能發(fā)電系統(tǒng)的電路暢通與通訊環(huán)節(jié)保證實(shí)現(xiàn)智能發(fā)電灌溉的中心控制。
3.2過程分析
通過數(shù)據(jù)處理后，給出圖7所示的發(fā)電裝置關(guān)鍵部件處的影響表征對(duì)比圖。選取工作部件(水輪機(jī))的動(dòng)力響應(yīng)來反饋發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果，對(duì)下導(dǎo)軸承和轉(zhuǎn)輪部位進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，以位移、頻率f、旋轉(zhuǎn)角速度Ω及橫振速度(dX3/dT、dX5/dT)之間的關(guān)系為出發(fā)點(diǎn)，得到軸心軌跡、頻譜及龐加萊分布狀態(tài)。其中，X3、X5、Y3、Y5分別表示下導(dǎo)軸承和轉(zhuǎn)輪在X、Y方向上的位移。軸心軌跡圖表明，轉(zhuǎn)輪處呈現(xiàn)出不規(guī)則的狀態(tài)，且橫振速度與位移的關(guān)系圖呈現(xiàn)出多點(diǎn)，分叉現(xiàn)
4結(jié)論
1)通過對(duì)農(nóng)田灌溉技術(shù)的研究，在了解農(nóng)田灌溉智能發(fā)電機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了智能發(fā)電裝置數(shù)學(xué)模型，對(duì)智能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行硬件裝置設(shè)計(jì)和軟件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，形成較為完善的農(nóng)田灌溉智能發(fā)電系統(tǒng)。
2)合理布置智能發(fā)電裝置各組件，進(jìn)行農(nóng)田灌溉智能發(fā)電系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)，通過發(fā)電裝置關(guān)鍵部件處影響特征對(duì)比，得到運(yùn)行中灌溉系統(tǒng)可能會(huì)受到?jīng)_擊的部位，有利于智能灌溉發(fā)電系統(tǒng)的元件選取及搭配。
3)此灌溉系統(tǒng)智能發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可有效促進(jìn)農(nóng)田灌溉系統(tǒng)智能改進(jìn)與開發(fā)，對(duì)類似發(fā)電裝置有一定的參考價(jià)值。
