目前新疆棉花膜下滴灌种植主要通过施用固体水溶肥来提高作物的产量,由于固体水溶肥在肥水混合时得不到充分的溶解,因此极容易造成管路堵塞等问题,导致肥料的利用率降低。液态肥相比于固体水溶肥具有明显优势,如肥效高、成本低和无环境污染等。目前我国液肥施用技术相对落后,主要体现在液态肥施用机械技术发展落后和地域环境和种植方式造成的施肥模式差异限制了施肥机械的推广两个方面。本文针对新疆棉田液态施肥系统现状和施肥环境特点,设计了一套适用于新疆棉花膜下滴灌种植的棉田液态肥变量施肥控制系统,实现了液态肥的精准变量施肥,提高了液态肥料的利用率。本文的主要研究内容分为以下几点:(1)液态肥变量施肥控制系统的设计。采用PLC、触摸屏、变频器、电磁阀、挤压泵、压力传感器、流量传感器等作为棉田液态肥变量施肥控制系统的核心组成部件,搭建液态肥变量施肥控制系统。系统设计方面包括了硬件结构设计、决策流程设计、变量调速设计以及上位机的软件程序设计。(2)PID控制算法的参数整定。根据系统要求对下位机监控系统软件搭建设计方案;对控制系统中PID算法及原理进行综述;完成了下位机监控系统中压力信息采集和流量控制单元的软件设计,构建出了实际施肥流量与施肥泵转速、供水压力值之间的闭环控制模型,利用仿真软件对流量PID控制算法参数进行了优化。(3)系统远程通讯、数据采集与监控的实现。利用通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service),实现了对棉田零散分布的多台设备施肥设备进行数据采集,可以获取到用户每次使用时的施肥量、施肥时间、施肥日期、施肥次数、剩余液肥量、设备报警信息等多项施肥数据,并对单一设备实现了实时远程监控。(4)液态肥变量施肥控制系统试验与研究。搭建了棉田滴灌网管,通过研究肥液在管路内部的变质量流动过程,分析了液肥流速、供水流速、施肥时间对施肥均匀性的影响。并对棉田液态肥变量施肥控制系统进行了棉田试验,试验数据显示该系统在变量控制和施肥精度方面具有较好的控制性能。