變量施藥關(guān)鍵技術(shù)綜述*

馮耀寧，裴亮，陳曉，陳小兵，劉燕，陳彬

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京市，210014)

0 引言

中國(guó)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，有1.2×108hm2基本農(nóng)田，為保證農(nóng)作物的高產(chǎn)而不被病蟲(chóng)侵害，每年需要大量的農(nóng)業(yè)植保機(jī)械通過(guò)農(nóng)藥的化學(xué)防治來(lái)治理田間的病蟲(chóng)害[1]。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的食品安全，環(huán)境污染等問(wèn)題越來(lái)越重視，植保機(jī)械施藥技術(shù)的好壞直接影響農(nóng)作物病蟲(chóng)害的治理效果以及環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的農(nóng)藥利用率僅為40%左右，目前很多國(guó)家的農(nóng)藥利用率都超過(guò)50%，甚至一些發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本等，其農(nóng)藥利用率已達(dá)到70%以上[2]。20世紀(jì)90年代，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家提出的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概念，要求植保機(jī)械在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，在保證作物防治效果的前提下使用最合理用量的農(nóng)藥，變量施藥技術(shù)由此而來(lái)?？茖W(xué)用藥是控制農(nóng)作物病蟲(chóng)害和雜草的有效途徑，既提高了農(nóng)藥的利用率，減少了資源浪費(fèi)，又避免用藥過(guò)量造成作物藥害以及環(huán)境污染的情況，因而變量噴施技術(shù)得到廣泛的重視與研究[3-5]。變量施藥作為一種先進(jìn)的農(nóng)業(yè)施藥技術(shù)，為適應(yīng)新形勢(shì)下農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，受到越來(lái)越多的關(guān)注，基于按需施藥的變量施藥技術(shù)的研究與應(yīng)用在防治農(nóng)作物病蟲(chóng)害時(shí)，不僅提高了農(nóng)藥有效利用率，減少了成本，更在很大程度上降低了環(huán)境的污染，變量施藥技術(shù)正在成為植保領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向。

變量施藥是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥的一種重要技術(shù)方式。精準(zhǔn)施藥是依據(jù)對(duì)在田間獲取農(nóng)田病蟲(chóng)草害的差異性信息,給定施藥處方圖，從而通過(guò)變量施藥控制系統(tǒng)做出對(duì)應(yīng)的施藥指令,由變量執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施變量投入動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)按需施藥，提高施藥效果[6-7]。變量施藥主要分成兩個(gè)環(huán)節(jié)：(1)噴施決策的生成階段，即對(duì)田間病蟲(chóng)草害的必要信息進(jìn)行采集，獲取所需噴施目標(biāo)的必要數(shù)據(jù)，通過(guò)軟硬件系統(tǒng)分析處理確定合理的農(nóng)藥施用量；(2)噴施決策的執(zhí)行階段,即控制系統(tǒng)依據(jù)決策機(jī)構(gòu)發(fā)出的噴霧指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行噴霧工作，實(shí)現(xiàn)變量施藥作業(yè)。噴霧決策生成技術(shù)的關(guān)鍵在于田間信息采集，目前較為成熟的信息采集方式主要有基于地理信息技術(shù)和基于實(shí)時(shí)傳感器兩種。噴施決策的執(zhí)行核心在于控制系統(tǒng)，主要的控制方式有三種，變壓力調(diào)節(jié)式控制、藥液濃度調(diào)節(jié)式控制和脈寬調(diào)制(PWM)式控制?？茖W(xué)的仿真分析對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的研究有著重要意義，變量施藥系統(tǒng)仿真分析離不開(kāi)變量施藥控制算法的選取與應(yīng)用。

本文系統(tǒng)分析了變量施藥決策生成的關(guān)鍵技術(shù)(即田間信息采集技術(shù))、決策執(zhí)行過(guò)程中的三種變量控制方式以及變量施藥技術(shù)近年來(lái)的主要控制算法。通過(guò)對(duì)上述變量施藥關(guān)鍵技術(shù)的論述，指出當(dāng)前國(guó)內(nèi)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中采用變量施藥技術(shù)存在的主要問(wèn)題和制約因素，并針對(duì)這些問(wèn)題提出一定建議與解決方案。

1 田間信息采集方式

病蟲(chóng)害在農(nóng)作物間的分布是不一樣的，具有較大的差異性[8-10]，田間農(nóng)作物病蟲(chóng)害信息的獲取是打藥機(jī)實(shí)現(xiàn)變量施藥的基礎(chǔ)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外比較成熟的信息采集方式可以分為基于地理信息技術(shù)和基于實(shí)時(shí)傳感器技術(shù)兩種。為實(shí)現(xiàn)對(duì)田間農(nóng)作物病蟲(chóng)害信息的獲取，研究人員開(kāi)展了一系列針對(duì)田間信息采集技術(shù)的研究探索。表1為各研究團(tuán)隊(duì)為實(shí)現(xiàn)變量施藥所采用的田間信息采集技術(shù)。

從表1可以看出，學(xué)者們?yōu)閷?shí)現(xiàn)變量施藥對(duì)田間信息的采集主要是基于地理信息技術(shù)及實(shí)時(shí)傳感器。研究中大多采用GPS來(lái)進(jìn)行病蟲(chóng)害的位置采集，從而形成施藥處方圖，而陳志剛將北斗導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)為中國(guó)農(nóng)業(yè)定位技術(shù)打開(kāi)了一扇新大門(mén)，有利于擺脫美國(guó)GPS系統(tǒng)的壟斷局面；實(shí)時(shí)傳感器技術(shù)因其精確度較高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)在變量施藥領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛地應(yīng)用，主要通過(guò)各類(lèi)傳感器(如視覺(jué)傳感器、超聲波、紅外、激光傳感器等)來(lái)實(shí)時(shí)獲取噴施目標(biāo)的輪廓、位置及密度等信息，并由控制系統(tǒng)分析處理后確定施藥量，形成施藥決策，但該技術(shù)仍受到一些因素的影響，在識(shí)別時(shí)仍存在誤判率較高的情況，尤其在復(fù)雜環(huán)境下識(shí)別能力不夠，在識(shí)別精度上仍有一定提高空間。

表1 田間信息采集技術(shù)Tab.1 Field information collection technology

2 變量施藥控制方式

變量施藥控制系統(tǒng)是噴施決策乃至整個(gè)變量施藥系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，其控制方式的選擇將直接影響到整個(gè)變量施藥系統(tǒng)施藥的精確度。目前，國(guó)內(nèi)外變量噴霧技術(shù)主要包括變壓力調(diào)節(jié)式、藥液濃度調(diào)節(jié)式和脈寬調(diào)制式三種變量施藥控制方式[19-22]。

2.1 變壓力調(diào)節(jié)式

變壓力調(diào)節(jié)式主要通過(guò)控制指令調(diào)節(jié)伺服閥門(mén)開(kāi)度大小，改變噴藥系統(tǒng)內(nèi)各管路的壓力，依據(jù)壓力傳感器獲取壓力反饋信息，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)壓力來(lái)改變流量，實(shí)現(xiàn)變量噴霧。噴霧流量與壓差的平方根成正比，是一種非線(xiàn)性關(guān)系，而壓力變化過(guò)大影響的不僅僅是噴頭流量，還對(duì)霧滴粒徑和霧滴分布產(chǎn)生顯著影響，這就導(dǎo)致噴霧效果不好，因此，這就要求在變量施藥控制過(guò)程中壓力和流量變化范圍不能太大，通常工程上將流量變化限定在25%以?xún)?nèi)[6]。史巖等[23]基于其設(shè)計(jì)的變壓力式變量施藥裝置，對(duì)變壓力式變量噴霧系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)控制模型及傳遞函數(shù)，并采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，該裝置能夠依據(jù)噴施目標(biāo)特征和機(jī)具行駛速度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)各噴頭流量，達(dá)到變量施藥的基本要求，并且控制簡(jiǎn)單、操作方便。常相鋮[24]構(gòu)建一套壓力式變量噴霧系統(tǒng)，通過(guò)試驗(yàn)研究得到其符合農(nóng)業(yè)工程要求的壓力范圍0.25～0.40 MPa，證明了噴頭在此壓力范圍內(nèi)，噴霧流量波動(dòng)較小，而在其他壓力下的流量波動(dòng)較大，且通過(guò)試驗(yàn)得到流量調(diào)節(jié)范圍越大，噴頭遲滯性越明顯，噴霧系統(tǒng)工作時(shí)，噴灑量從小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)延遲較小，從大到小進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)延遲較大。

雖然變壓力調(diào)節(jié)式存在非線(xiàn)性特征，有一些局限性，系統(tǒng)壓力不恒定會(huì)影響噴灑效果，對(duì)霧滴粒徑大小，霧化均勻性等有一定影響，但其因控制方法簡(jiǎn)單、方便，設(shè)計(jì)成本低等優(yōu)點(diǎn)，仍然得到廣泛應(yīng)用，因此改進(jìn)和開(kāi)發(fā)更優(yōu)的變壓力調(diào)節(jié)式變量施藥，具有很高研究意義和價(jià)值，如果能實(shí)現(xiàn)變量噴霧系統(tǒng)的非線(xiàn)性控制，那么變壓力調(diào)節(jié)式將會(huì)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

2.2 藥液濃度調(diào)節(jié)式

藥液濃度調(diào)節(jié)式是根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)混藥器調(diào)節(jié)噴施藥液的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)變量施藥，主要可以分為藥劑注入式和藥劑并入式兩種控制方法。

2.2.1 藥劑注入式

藥劑注入式是指在管路中始終保持恒定的水流量，根據(jù)實(shí)際計(jì)算出需要的藥劑量，由藥劑控制器發(fā)出控制信號(hào)，改變藥劑的泵入量，從而改變藥液濃度，實(shí)現(xiàn)變量施藥。胡開(kāi)群等[25]設(shè)計(jì)一種基于處方圖的直接注入式變量噴霧機(jī)，控制終端基于施藥處方圖、機(jī)具行駛速度和GPS信息分別控制清水和農(nóng)藥(兩種)的注入量，針對(duì)常量和變量施藥進(jìn)行了噴霧機(jī)噴灑均勻性和精準(zhǔn)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示兩個(gè)常量施藥條件下的變異系數(shù)均在10%以下，變量施藥條件下，和預(yù)期施藥量在15%誤差范圍內(nèi)的作業(yè)區(qū)域大于86%，結(jié)果表明該直接注入式變量噴霧機(jī)適合田間施藥作業(yè)。

2.2.2 藥劑并入式

藥劑并入式是指將藥劑和水同時(shí)混合注入藥液管路，通過(guò)控制器改變兩者的注入量，使其按需要的比例進(jìn)行快速混合，從而實(shí)現(xiàn)藥液濃度的改變。汪福杰等[26]設(shè)計(jì)了一種在線(xiàn)混藥系統(tǒng)，控制器將水與藥劑以一定比例注入混合器混合，混合后利用隔膜泵對(duì)藥液進(jìn)行二次加壓并噴霧。建立靜態(tài)混合器模型，采用Fluent流體仿真軟件對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，結(jié)果顯示藥劑加壓時(shí)，藥液混合均勻性變異系數(shù)低于常壓狀態(tài)，即加壓條件下，藥液混合效果更好；采用胭脂紅代替農(nóng)藥進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，加壓狀態(tài)下，其混藥性能高于常壓狀態(tài)，與仿真結(jié)果吻合性較高。

藥劑注入式通過(guò)控制器將實(shí)時(shí)計(jì)算出的需要農(nóng)藥原液量注入恒定的水流量中，從而實(shí)現(xiàn)施藥量的變量調(diào)節(jié)，既可保證系統(tǒng)壓力恒定，霧滴尺寸和分布不變，也無(wú)需對(duì)剩余藥液進(jìn)行處理，但由于該方式為開(kāi)環(huán)控制，缺乏實(shí)時(shí)混藥濃度信息，有可能導(dǎo)致到達(dá)不同噴嘴的藥液濃度有所不同；藥劑并入式需要同時(shí)改變藥劑和水的注入量(即在線(xiàn)混藥)，使農(nóng)藥和水能夠以需要的比例快速均勻地完成混合，但其需要藥液和水的控制器能夠快速做出響應(yīng)，在實(shí)際操作時(shí)，很難達(dá)到理想狀態(tài)，有一定延時(shí)性。

2.3 脈寬調(diào)制式

脈寬調(diào)制式是指提前在藥箱中將藥液混合完成，在一定流量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)使管路壓力保持恒定，通過(guò)對(duì)噴頭電磁閥的通斷頻率和占空比的控制來(lái)調(diào)節(jié)噴頭流量，以達(dá)到變量施藥的效果。其對(duì)電磁閥的響應(yīng)頻率要求較高，需要對(duì)脈沖信號(hào)做出快速反應(yīng)，因此通常采用高頻電磁閥。Liu等[27]采用單片機(jī)作為控制器，對(duì)40個(gè)高頻電磁閥開(kāi)閉時(shí)間進(jìn)行控制，測(cè)試十種不同占空比(10%～100%，間隔10%)條件下的流量并比對(duì)，獲得了較高的流量調(diào)節(jié)精度，并在電壓模塊中加入保護(hù)電路，提升了高頻電磁閥的使用壽命。魏新華等[28]設(shè)計(jì)了一套PWM間歇噴霧式變量噴施系統(tǒng)，為測(cè)試該系統(tǒng)的施藥量控制性能，就不同因素對(duì)噴頭噴霧流量的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：噴頭位置、PWM控制信號(hào)頻率和泵輸入軸轉(zhuǎn)速對(duì)噴霧流量影響很小，而噴霧壓力和PWM控制信號(hào)占空比對(duì)其影響很大，整個(gè)系統(tǒng)的施藥量控制誤差在6%以?xún)?nèi)；占空比較小時(shí)，噴霧流量控制精度較低，占空比較大時(shí)，噴霧流量的控制精度較高，這是因?yàn)镻WM控制信號(hào)占空比直接決定了目標(biāo)流量的大小，當(dāng)流量過(guò)小，則噴霧質(zhì)量降低，尤其均勻性受很大影響，導(dǎo)致流量控制精度降低。

脈寬調(diào)制相對(duì)變壓力調(diào)節(jié)式和藥液濃度調(diào)節(jié)式有著更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性(即系統(tǒng)延時(shí)短)和流量調(diào)節(jié)性能，在不改變霧滴粒徑和噴霧角的情況下即可實(shí)現(xiàn)大范圍的流量調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)要求電磁閥的響應(yīng)頻率高，現(xiàn)有的高性能電磁閥大多響應(yīng)時(shí)間非常短，接近4 μs，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)響應(yīng)要求，但成本較高，不利于現(xiàn)階段大面積推廣。脈寬調(diào)制下的變量施藥噴霧效果受行駛速度和控制電磁閥的脈沖信號(hào)占空比或頻率影響，行駛速度過(guò)快或電磁閥占空比過(guò)小，都將降低噴霧沉積效果和噴霧均勻性。

3 變量施藥控制算法

當(dāng)前變量施藥控制算法主要以模糊控制算法、PID控制算法以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三種為基礎(chǔ)。由于模糊控制算法精度較低，并且其模糊規(guī)則的獲取完全憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，設(shè)計(jì)缺乏系統(tǒng)性；PID控制算法主要面向單輸入輸出的控制系統(tǒng)，對(duì)非線(xiàn)性問(wèn)題的控制效果較差；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)部運(yùn)算機(jī)制較為復(fù)雜時(shí)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)控制系統(tǒng)很復(fù)雜時(shí)，其數(shù)學(xué)模型的建立及求解將會(huì)很復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)的收斂速度會(huì)大幅下降，且易陷入局部極小值[20]，因此近年來(lái)學(xué)者針對(duì)這些算法進(jìn)行了不同形式的改進(jìn)或組合并進(jìn)行研究。表2為變量施藥控制算法的研究與應(yīng)用情況。

表2 變量施藥控制算法研究與應(yīng)用Tab.2 Research and application of variable application control algorithm

從表2可以看出，針對(duì)變量施藥控制算法，近年來(lái)學(xué)者主要在PID控制算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究和改進(jìn)。研究發(fā)現(xiàn)，在控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方式相較于自適應(yīng)模糊PID控制和常規(guī)PID控制擁有一定的優(yōu)勢(shì)，而自適應(yīng)模糊PID在控制性能方面又優(yōu)于常規(guī)PID控制；在運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)系統(tǒng)控制信號(hào)和流量的非線(xiàn)性映射關(guān)系進(jìn)行擬合和模擬仿真時(shí)，采用MATLAB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱提供的有關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)建立模型，有利于提高控制系統(tǒng)模型的精確度。變量施藥控制算法的研究與改進(jìn)有利于提升變量噴霧中整個(gè)控制系統(tǒng)的控制性能，而仿真分析的結(jié)果與精度，對(duì)評(píng)判控制系統(tǒng)的好壞也具有重要意義。

4 變量施藥存在問(wèn)題及建議

變量施藥作為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥的一種重要技術(shù)方式，已被廣泛應(yīng)用，擁有廣闊的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)大批學(xué)者針對(duì)變量施藥進(jìn)行了大量研究，并取得一定的成果，但由于研發(fā)與技術(shù)條件等缺陷，國(guó)內(nèi)變量施藥技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還存在一定差距，需要從以下幾個(gè)方面做一些改進(jìn)。

1)我國(guó)農(nóng)業(yè)識(shí)別技術(shù)較落后，仍處于研究階段，由于田間作物的環(huán)境較為復(fù)雜，常常作物周?chē)L(zhǎng)的雜草與作物顏色相近，很難做出準(zhǔn)確的判斷，導(dǎo)致在環(huán)境識(shí)別時(shí)有較高的誤判率；同時(shí)，國(guó)內(nèi)針對(duì)病、蟲(chóng)、草害的云數(shù)據(jù)庫(kù)并不完善，甚至有些病、蟲(chóng)、草害根本無(wú)法識(shí)別，這就造成在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)下，生成的變量施藥處方圖未必準(zhǔn)確，導(dǎo)致不能達(dá)到很好的施藥效果。因此需加大對(duì)農(nóng)業(yè)識(shí)別技術(shù)的研究，提高田間作物信息的采集精度，通過(guò)學(xué)者不斷地研究去完善病、蟲(chóng)、草害的云數(shù)據(jù)庫(kù)，使得生成的變量施藥處方圖更加精確；同時(shí)應(yīng)重點(diǎn)研究實(shí)時(shí)處方圖的獲取，只有當(dāng)處方圖為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，才能真正做到對(duì)病、蟲(chóng)、草害的精準(zhǔn)滅殺。

2)變量施藥裝備仍處于探測(cè)技術(shù)與機(jī)電一體化的集成階段，國(guó)內(nèi)變量施藥所需的農(nóng)用傳感器及控制部件的研發(fā)還較少，多數(shù)市面現(xiàn)有的傳感器及控制部件以進(jìn)口為主，導(dǎo)致缺乏關(guān)鍵的自主研發(fā)技術(shù)，以致市場(chǎng)上的變量施藥設(shè)備售價(jià)較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)法針對(duì)變量施藥裝備進(jìn)行大量生產(chǎn)與推廣。因此未來(lái)應(yīng)加大對(duì)農(nóng)業(yè)科研的資金投入力度，加大農(nóng)業(yè)專(zhuān)業(yè)傳感技術(shù)與關(guān)鍵部件的研發(fā)，加強(qiáng)變量施藥裝備及其控制部件的應(yīng)用及推廣?？勺灾餮邪l(fā)專(zhuān)業(yè)的運(yùn)算芯片及儀器設(shè)備，也可通過(guò)將其他制造行業(yè)先進(jìn)的儀器進(jìn)行改造，并盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，使其適用于變量施藥領(lǐng)域。切實(shí)地將先進(jìn)的變量施藥技術(shù)應(yīng)用于田間施藥，提高病、蟲(chóng)、草害的化學(xué)防治能力，將傳統(tǒng)的植保模式向簡(jiǎn)單化、智能化、精準(zhǔn)化的方向邁進(jìn)。

3)傳統(tǒng)的變量施藥控制算法存在一定的局限性，同時(shí)以控制算法為核心的變量控制仿真計(jì)算，在建立控制模型時(shí)針對(duì)不同條件缺乏深入系統(tǒng)的研究，導(dǎo)致整機(jī)控制能力弱，各部分之間自動(dòng)化程度低、隨環(huán)境變化的能力弱，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，導(dǎo)致模擬仿真中斷，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)算?；谡鎸?shí)環(huán)境與理論研究差異較大，在進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)應(yīng)針對(duì)不同作物、不同生長(zhǎng)環(huán)境條件、同一作物不同生長(zhǎng)期等因素調(diào)整所建立的控制模型，最大程度讓控制模型與實(shí)際相吻合，從而提高仿真計(jì)算結(jié)果的精度，使其更有參考意義。

5 結(jié)論

1)國(guó)內(nèi)學(xué)者大多運(yùn)用GPS等國(guó)外定位系統(tǒng)進(jìn)行田間信息采集，而北斗導(dǎo)航的出現(xiàn)，將擺脫以往只能使用國(guó)外定位系統(tǒng)的限制；由于傳感器識(shí)別精度不夠的原因，導(dǎo)致在信息識(shí)別時(shí)出現(xiàn)較高的誤判率，需要在識(shí)別精度上進(jìn)一步提升。

2)變壓力調(diào)節(jié)式存在非線(xiàn)性特征，有一些局限性，但其控制方法簡(jiǎn)單、方便，設(shè)計(jì)成本低，仍然得到廣泛應(yīng)用，因此改進(jìn)和開(kāi)發(fā)更優(yōu)的變壓力調(diào)節(jié)式變量施藥，具有很高研究意義和價(jià)值；藥劑注入式在實(shí)現(xiàn)施藥量的變量調(diào)節(jié)時(shí)，可保證系統(tǒng)壓力恒定，霧滴尺寸和分布不變，但由于是開(kāi)環(huán)控制，缺乏實(shí)時(shí)混藥濃度信息，有可能導(dǎo)致到達(dá)不同噴嘴的藥液濃度有所不同。藥劑并入式需要將農(nóng)藥和水以需要的比例完成混合，但在實(shí)際操作時(shí)，系統(tǒng)有一定延時(shí)性，很難達(dá)到快速均勻混合；脈寬調(diào)制相對(duì)上述調(diào)節(jié)方式有著更的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性(即系統(tǒng)延時(shí)短)和流量調(diào)節(jié)性能，但該系統(tǒng)要求電磁閥的響應(yīng)頻率高，導(dǎo)致成本較高，同時(shí)其噴霧效果受行駛速度和控制電磁閥的脈沖信號(hào)占空比或頻率影響，行駛速度過(guò)快或電磁閥占空比過(guò)小，都將降低噴霧沉積效果和噴霧均勻性。

3)在控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制方式相較于自適應(yīng)模糊PID控制和常規(guī)PID控制擁有一定的優(yōu)勢(shì)，而自適應(yīng)模糊PID在控制性能方面又優(yōu)于常規(guī)PID控制；在運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)系統(tǒng)控制信號(hào)和流量的非線(xiàn)性映射關(guān)系進(jìn)行擬合和模擬仿真時(shí)，采用MATLAB的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱提供的有關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)建立模型，有利于提高控制系統(tǒng)模型的精確度。

4)國(guó)內(nèi)變量施藥水平與國(guó)外先進(jìn)的施藥技術(shù)相比還有很大差距，為更好的服務(wù)農(nóng)業(yè)，提升國(guó)內(nèi)變量施藥水平，需要針對(duì)變量施藥的關(guān)鍵技術(shù)做更深入、系統(tǒng)的研究，為變量噴霧裝置的推廣和實(shí)現(xiàn)提供系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持。