Рис.5. Графіки залежності вихідного сигналу при зміні відстані між рослинами. 1,2,3,4,5 відповідно R=0,10м, R=0,15м, R=0,20м, R=0,25,м R=0,30м, при h=0,12м; а– h=0,14м, б– h=0,17м.
Це також важливо для стабілізації крутості вихідної характеристики перетворювача, так як при такому співвідношенні розмірів зони контролю та рослини отримуємо максимальну амплітуду корисного сигналу.
Висота контрольованих рослин накладає вимоги до розмірів зони контролю вздовж рядка для забезпечення лінійної ділянки вихідної характеристики. Так, при висоті розташування перетворювача над ґрунтом 0,19 м і при зміні висоти рослин від 0,065 до 0,09 м, розмір зони контролю вздовж рядка необхідно регулювати в межах 0,13…0,15 м за допомогою додаткового рухомого екранувального електрода.
Висота рослини впливає тільки на крутість вихідного сигналу і не впливає на ширину лінійної ділянки характеристики перетворювача.
У п’ятому розділу “Впровадження та економічна ефективність системи контролю геометричних параметрів рядка рослин” приведена методика розрахунку головних елементів схеми перетворювача, рекомендації по впровадженню системи автоматичного контролю в точне землеробство, розробкою якої займаються в Національному аграрному університеті та УкрЦВТ, в системі управління обчисувальною жаткою, розробленою спеціалістами Українського науково-дослідного інституту прогнозування та випробування техніки (УкрНДІПВТ)та на культиваторах “ВАТ “Галещинський машинобудівний завод сільськогосподарських машин та обладнання” для контролю робочих органів відносно вісі рядка та ґрунту, а також в системах сільськогосподарських машин ФРН для зменшення хімічного впливу на навколишнє середовище. Розрахунковий економічний ефект від використання системи автоматичного контролю геометричних параметрів рядка рослин при заміні операції внесення гербіцидів на операцію культивації склав 4787 грн на 100 га посівів.
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ
- В результаті проведених досліджень створено систему автоматичного контролю геометричних параметрів рядка рослини, визначений алгоритм її функціонування та параметри, що дозволяє визначити вісь рядка рослин та оцінити масову характеристику рослини.
- Доведено, що в якості первинного перетворювача для контролю геометричних параметрів рядка рослин найбільш доцільне використання високочастотного ємнісного перетворювача з чутливими елементами у вигляді плоских електродів, розташованих над контрольованим середовищем.
- Встановлені фактори, що впливають на вихідний сигнал перетворювача і визначені напрямки усунення впливу дестабілізуючих факторів. Доведено, що при умові використання двох додаткових перетворювачів корисний сигнал залежить від наявності рослини в зоні контролю.
- Доведено, що застосування трьохелектродного перетворювача дозволяє визначити вісь рядка рослин і оцінити ступінь їх розвитку по величині амплітуди корисного сигналу та розроблений алгоритм, що дозволяє визначити геометричні параметри та оцінити масову характеристику рослини.
- Встановлено, що для забезпечення ефективного контролю геометричних параметрів рядка рослин перетворювач повинен мати розміри 0,33х0,53м, частота генератора повинна бути 450 кГц, висота розташування повинна знаходитись в діапазоні 0,09-0,25м в залежності від стадії розвитку рослин.
- Теоретично обґрунтовано та експериментально визначено, що в залежності від стадії розвитку рослини довжину зони контролю потрібно регулювати за допомогою додаткового екранувального електрода в межах 0,1...0,3 м.
- Показано що, похибки системи контролю викликані головним чином неінформативними факторами та технологічними умовами використання перетворювача і розроблені способи компенсації їх впливу в мікропроцесорних системах автоматичного контролю.
- Результати лабораторно-польових досліджень, випробувань в УкрНДІПВТ, ТОВ “Полтвіль”, ТОВ “Полтавська інженерна група” та в програмі міжнародного співробітництва з Інститутом сільськогосподарського машинобудування ФРН підтвердили працездатність та перспективність використання системи контролю геометричних параметрів рослин в системі точного землеробства, на культиваторах, обприскувачах та обчисувальних жатках. Економія гербіцидів при використанні системи на обприскувачі з дозуванням рідини становить 23 л робочої рідини на одному гектарі; розрахований економічний ефект механічного обробітку всходів відносно передпосівного внесення гербіцидів склав 4787 грн. на 100 га засіяної площі.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
- Сакало В.М. Пристрій для отримання первинної інформації в автоматизованій системі точного землеробства // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету / техніка в сільському господарстві, галузеве машинобудування, автоматизація. / Вип. 8. – Кіровоград: КДТУ, 2001.– С.216-219.
- Сакало В.М. Автоматизація розподілу рослин по площі поля // Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины. Вип.11,том 2. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2001 . – С. 45-49.
- Сакало В.М. Автоматизація контролю розподілу рослин у системі точного землеробства // Харчова промисловість. Вип.1 - Київ: УДУХТ, 2001. – С.101-104.
- Сакало В.М. Автоматизація механічного обробітку ґрунту навколо рослин // Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету / техніка в сільському господарстві, галузеве машинобудування, автоматизація./ Вип. 11. – Кіровоград: КДТУ, 2002. - С.108-111.
- Vladimir Murzin, Vyacheslav Padalka, Aleksey Burlaka, Victor Sakalo // Microprocessor system for the monitoring of working process in agricultural machines // 3rd international scientific conference on microprocessor systems in agriculture, June 15..16, 1999 / Conference materials / - Poland: Warsaw university of technology, 1999. – P.114-117.
- Пат.40984А України, А01В69/04. Пристрій для контролю характеристик сільськогосподарських матеріалів / Сакало В.М. Опубл. 15.08.2001.Бюл.№7.
- Пат.42281А України, А01G7/00. Спосіб контролю протікання технологічного процесу в сільськогосподарських машинах / Сакало В.М. Опубл.15.10.2001.Бюл.№9.
АНОТАЦІЯ
Сакало В.М. Автоматизація контролю геометричних параметрів рядка рослин в системі точного землеробства. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 –автоматизація технологічних процесів. – Кіровоградський державний технічний університет Міністерства науки та освіти України, Кіровоград, 2003.
Дисертацію присвячено розробці, теоретичним та експериментальним дослідженням способу автоматизації контролю координат та геометричних параметрів рядка рослин просапних культур (цукрових буряків, кукурудзи та соняшнику) в стадії міжрядної обробки плантацій. Для контролю різних видів рослин в різних стадіях розвитку запропонована і досліджена система, в якій для отримання первинної інформації використовується високочастотний ємнісний перетворювач з регулюванням геометричних параметрів зони контролю за допомогою додаткових рухомих екранувальних електродів. Теоретично обгрунтовані геометричні параметри зони контролю в залежності від характеристик рядка рослин та головні елементи принципової схеми перетворювача, які дозволяють уникнути впливу зміни розмірів чутливих елементів первинного перетворювача на корисний сигнал. Експериментальні дослідження, методи розрахунку та практичне використання в складі системи НИВА-23 підтвердили перспективи використання перетворювача в системі точного землеробства при механічному обробітку проміжків між рослинами в рядках та більш точної орієнтації робочих органів відносно вісі рядка рослин з метою зменшення захисної зони, що приводить до зменшення використання гербіцидів.
Ключові слова: високочастотний ємнісний перетворювач, рядок рослин, система автоматичного контролю, вісь рядка, чутливий елемент.
АННОТАЦИЯ
Сакало В.Н. Автоматизация контроля геометрических параметров рядка растений в системе точного земледелия. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – Автоматизация технологических процессов. Кировоградский государственный технический университет Министерства науки и образования Украины, Кировоград, 2003г.
Диссертация посвящена разработке, теоретическим и экспериментальным исследованиям способа автоматизации контроля геометрических параметров растений просапных культур (сахарная свекла, кукуруза, подсолнечник) в стадии междурядной обработки плантаций. Для контроля различных видов растений в разных стадиях развития предложена и исследована система, в которой для получения первичной информации используется высокочастотный ёмкостной преобразователь. Получена зависимость ёмкости зоны контроля от её частичного заполнения растительной массой. Определены дестабилизирующие факторы и степень их влияния на эффективность работы системы, а также разработаны направления уменьшения их влияния. Доказано, что амплитуду выходного сигнала преобразователя можно рассматривать как информационный параметр для оценки массовой характеристики растения. Доказано, что для определения бокового отклонения необходимо использовать преобразователь с тремя электродами, расположенными непосредственно над контролируемым рядком, причём электроды измерителей размещены по разные его стороны. Теоретически обоснованы геометрические параметры зоны контроля в зависимости от характеристики рядка и развития растений. На основе анализа диапазона изменения размеров зоны контроля предложено использование дополнительного подвижного экранирующего электрода для получения наиболее контрастного сигнала от растения. Рассчитаны основные элементы принципиальной схемы преобразователя, которые позволяют избежать влияния изменения размеров воспринимающих элементов первичного преобразователя на полезный сигнал. Предложена функциональная схема системы автоматического контроля геометрических параметров рядка растений. Определен алгоритм ее функционирования, который включает в себя три канала измерений: определение бокового отклонения от оси преобразователя, путём вычитания сигналов от правого и левого измерительных плечей; определение момента максимального заполнения растением зоны контроля и его массовой характеристики, путём сложения сигналов от правого и левого плечей. Решена задача компенсации нулевой точки преобразователя и колебания крутизны его выходной характеристики за счёт введения дополнительных коэффициентов программным путём. Произведена оценка влияния на работу системы колебания частоты генератора и питающего напряжения, высоты над почвой и изменения диэлектрических проницаемостей воздуха и почвы. Предложено уменьшение этого влияния за счёт выбора частоты генератора и введения в систему дополнительного корректирующего преобразователя. Экспериментальные исследования, методы расчетов и практическое использование в составе системы НИВА-23 подтвердили перспективы использования преобразователя в системе точного земледелия для контроля развития растений, путём составления карт распределения растительной массы по площади поля; при механической обработке промежутков между растениями в рядке и более точной ориентации рабочих органов культиваторов или опрыскивателей относительно оси рядка растений с целью уменьшения защитной зоны или более точного наведения форсунки, что приводит к уменьшению использования гербицидов.
Ключевые слова: высокочастотный емкостной преобразователь, рядок растений, система автоматического контроля, ось рядка, чувствительный элемент.
ANNOTATION
Sakalo V.N. Automation of the plan row geometrical parameters control in the system of exact agriculture. - Manuscript.
The dissertation is aimed to the competition in getting a Master Degree in Technological Sciences on a speciality 05.13.07 - Automation of technological processes at the Kirovograd state technical university Ministry of science and education of Ukraine, Kirovograd, 2003.
The dissertation is devoted to the development of the ways of geometric parameters of automatic control of plants (sugar beet, corn, sunflower) and to their theoretical and experimental research at the stage of interrow cultivation of plantations. A new system is able to receive the initial information by means of the high-frequency converter and to regulate the geometric parameters of plants at different stages of their grows with the help of additional mobile electrodes. Geometric parameters of the control zone have been theoretically proved since they depend on the plants and row characteristics. Main elements of the converter basic circuit allow to prevent any influences caused by size changes and caught by the sensitive elements of the initial converter upon the useful signal. Experimental research, methods of calculation and as well as their practical use in the system NIVA - 23 have confirmed the advantages of the use of the converter in the system of exact agriculture during the process of mechanical cultivation of plant rows since it is the most effective method of exact orientation of the working units. The reduction of the zones of protection finally leads to the reduction of the use of herbicides. Key words: high-frequency capacity converter, plant row, system of automatic control, sensitive element, axis the row.
Підписано до друку 10.09.2003.
Гарнітура Таймс. Друк - різографія. Папір офсетний.
Ум. друк. арк. 0,9. Наклад 100.
РВВ Полтавської державної аграрної академії
м. Полтава, вул. Сковороди, 1/3
Зам. №
|
