Agric Commun | 国家农业智能装备工程研究中心翟长远团队研发喷杆喷雾机处方变量喷雾控制系统

国家农业智能装备工程研究中心翟长远研究员团队于近期在线发表了题为“Design and experiment of prescription variable-rate spray control system for boom sprayer”的研究论文。该研究针对处方变量喷雾作业中存在的喷头定位精度低、变量控制不稳定、喷量误差大等问题，提出了1种基于多喷头动态位置计算与实时处方解析的变量喷雾控制方法，为大田精准植保作业提供了高精度、稳定化的技术支撑。

传统变量喷雾系统通常以整机或分段为控制单元，难以满足小网格、高分辨率处方图作业需求。尤其在宽幅喷杆作业过程中，喷杆受地面不平、机械振动和前后摆动影响明显，不同喷头的实时位置会发生偏移，导致处方边界处出现变量响应滞后等问题。为解决上述难题，该研究开发了1套基于 Android平台的处方变量喷雾控制系统，集成北斗 RTK定位、IMU姿态感知、处方图解析、PWM独立喷头控制和压力闭环调节等功能，实现了23个喷头的独立变量控制（图1）。

图1 系统界面

系统引入位置滞后补偿模型，根据机具前进速度和系统响应时间，对喷头位置进行动态修正，从而提高处方边界处的喷雾响应精度（图2）。系统基于 GIS技术、Leaflet、Turf.js和Math.js等工具，实现喷头坐标与处方网格的快速匹配，并根据对应处方值计算电磁阀占空比，实现单喷头按需变量喷雾。

图2 喷嘴位置计算和单喷嘴位置滞后补偿模型

研究团队对系统的喷量控制精度、喷雾均匀性、横向和纵向响应距离以及沉积稳定距离进行了田间验证（图3）。结果表明，该系统在90、180和270 L/ha3种喷量水平下，单喷头实际喷量与目标喷量之间的最大相对误差为1.80%，喷头流量最大变异系数为3.10%，说明系统具有较高的喷量控制精度和稳定性。

图3 用于沉积监测的处方图和滤纸布局

处方边界响应试验结果显示，系统横向响应距离为0.10m，纵向响应距离为0.20m。喷雾沉积稳定性试验表明，横向沉积稳定距离为0.50m，纵向沉积稳定距离为0.40m。在不同处方喷量区域内，滤纸沉积量的最大变异系数为10.69%，低于常规喷雾均匀性要求，表明系统能够在大田环境下实现稳定、均匀的处方变量喷雾。

综上所述，该研究提出的基于多喷头动态位置计算的处方变量喷雾控制系统，有效提升了宽幅喷杆喷雾机在复杂田间环境下的喷头定位精度、变量响应精度和喷量控制稳定性。该系统可根据处方图实现精确按需施药，有助于减少农药浪费、降低环境污染，并推动精准植保装备向高分辨率、智能化和绿色高效方向发展。

沈阳农业大学工程学院硕士研究生赵名策为该论文的第一作者，国家农业智能装备工程研究中心翟长远为该论文的通讯作者。该研究获得国家重点研发计划（2023YFD2001403）、国家重点研发计划（2022YFD2002401）以及中国辽宁省重点研发计划（ 2024JH2/102500004）的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.agrcom.2026.100141