Modelagem dinâmica híbrida aplicada a pulverizadores agrícolas em barras com tecnologia de aplicação liga/desliga

Abstract

A aplicação tradicional de agrotóxicos tem sido motivo de preocupação tanto para ambientalistas, quanto por parte dos agricultores. Ao mesmo tempo que o uso massivo dos agrotóxicos representa alto custo para agricultores de pequeno porte, sua aplicação é extremamente necessária e, portanto, indispensável em algumas situações. No entanto, o uso de tecnologias pode ajudar na redução da quantidade de produto aplicado, resultando tanto em economia de produto quanto em redução dos impactos ambientais agregados. Nesse sentido, o projeto AutoCERES desenvolveu um aparato experimental com equipamentos de baixo custo para levantamento de parâmetros e comportamento dos sistemas de pulverização. Logo, o projeto de dissertação que é apresentado a seguir tem como tema a análise e modelagem do sistema completo de pulverização automatizado desenvolvido pelo AutoCERES, de modo que seja possível verificar o comportamento dinâmico deste mediante variação de parâmetros do sistema. O objetivo é representar os atrasos inerentes ao sistema e a modelagem do sistema de pulverização automatizado que visa determinar a abertura e o fechamento de bicos de pulverização. É apresentada a metodologia adotada tanto para a construção do modelo dinâmico híbrido do sistema quanto para a estimação dos atrasos do sistema. São realizados ensaios e experimentos com câmera de alta velocidade para análise da dinâmica da trajetória das gotas de pulverização e da dinâmica envolvida nas válvulas solenoides adotadas no protótipo estudado. Além disso, é realizado um levantamento da complexidade do algoritmo de visão computacional adotado, bem como são realizados alguns experimentos em software para verificar tal complexidade. É realizada também a descrição de todos os blocos de estados e eventos implementados para simulação e os resultados obtidos a partir de tais simulações em software. Nos resultados obtidos são elaborados cenários de teste onde é avaliada a sensibilidade da saída do modelo dada a variação dos seus parâmetros. Ainda, é apresentado o impacto de cada parâmetro no sistema completo, onde é possível observar, por exemplo, que um aumento de apenas 5% na velocidade do trator, impacta em uma redução de 11% no tempo disponível para a aplicação da calda sobre as plantas. Logo, é apresentado o efeito causado na atuação das válvulas de controle e os parâmetros que mais influenciam a saída do sistema. Por fim, são abordadas algumas possibilidades para trabalhos futuros e citadas as publicações geradas no âmbito deste estudo.

The traditional application of pesticides has been a cause of concern for both environmentalists and farmers. While the massive use of pesticides is costly for small farmers, their application is extremely necessary and therefore indispensable in some situations. However, the use of technologies can help to reduce the amount of product applied, resulting in product savings and reduced aggregate environmental impacts. In this context, AutoCERES project developed an experimental apparatus with low cost equipment to survey parameters and behavior of spraying systems. Then, this master’s project has as its theme the analysis and modeling of the complete automated spraying system developed by the AutoCERES, so that it is possible to verify its dynamic behavior by varying the system parameters. The objective is to represent the inherent delays of the system and the modeling of the automated spraying system that aims to determine the correct time for opening and closing spray nozzles. The adopted methodology for construction of hybrid dynamic model of the system and also for estimation of system delays is presented. Tests and experiments are carried out with a high-speed camera aimaing to analyze the spray dynamics droplets trajectory and the dynamics involved in solenoid valves adopted in studied prototype. In addition, a survey of computer vision algorithm complexity adopted is carried out, as well as some software experiments to verify such complexity. It is also performed a description of all state blocks and events implemented for simulation and the results obtained from such software simulations. In results obtained, test scenarios are elaborated where model’s output sensitivity is evaluated given the variation of its parameters. Furthermore, the impact of each parameter on complete system is presented, where it is possible to observe, for example, that an increase of only 5% in tractor speed, impacts on a reduction of 11% in the time available for plants application. Then, the effect caused on actuation of the control valves and the parameters that most influence the system output are presented. Finally, some possibilities for future work are discussed and publications generated within the scope of this study are mentioned.