本文以基于处方图(Map-based)的变量施肥作业系统为研究对象，针对我国普遍使用的槽轮式固体颗粒肥料施用机械，研究基于电液比例控制的变量施肥控制技术、低成本地速信号采集处理方法、适合农机机载环境的嵌入式作业控制终端和作业导航等变量施肥系统关键技术，并基丁ISO 11783和定制的应用层协议构建分布式变量施肥作业系统原型，在此基础上，进行基于处方图的变量施肥作业系统动静态试验和误差分析。主要研究内容包括： 1．在研究分析CAN总线技术和农田作业机械现场总线技术的基础上，按照农田作业机械分布式控制系统和ISO 11783协议，以多主通信方式设计了系统的通信流程和系统应用层通信协议，包括系统总线数据包PDU标识符编码规则和报文编码方法，设计了由机载作业控制终端、变量施肥控制器、测速模块和导航指示控制模块等ECU单元构成的分布式变量施肥作业系统原型。 2．研究基于电液比例阀控马达的槽轮排肥机构驱动控制方法，进行电液比例阀控马达系统计算选型，设计试制了整体式阀控马达液压系统，并构建了系统的数学模型和仿真模型。开发了一种基于DSP、具有总线接口的变量施肥控制器，实现增量式PID控制方法。对槽轮式排肥控制系统进行性能试验，结果表明：对试验选用的尿素、复合肥和磷酸二铵等三种颗粒肥料，槽轮有效工作长度和排肥轴转速对排肥性能均有显著影响；随着排肥轴转速加大，排肥量呈线性增加。对于尿素而言，较低的工作转速(＜50rpm)将会增加排肥不均性，转速对磷酸二铵和复合肥排肥均匀性影响不大。通过性能试验，得出了尿素、磷酸二铵、复合肥的排肥控制曲线。 3．为了研究不同测速方法在农田作业环境卜的性能，选用多背勒雷达、霍尔元件、RTK-GPS、RTD-GPS和单点定位GPS五种不同测速方法，在麦地、翻耕地、朱耕地和水泥地等4种典型地表环境下进行农田作业机械测速性能对比分析试验。试验结果表明：AgGPS132和AgGPS332输出的速度值变异系数较大，雷达与霍尔元件传感器输山的速度值比较平稳，与平均速度接近。雷达测速受植被覆盖的影响比较显著，霍尔元件在翻耕地的地表情况下变异系数比较大，在水泥地上变异系数最小。在作业机械加速和减速过程中，GPS测速延迟和速度误差比较大。设计开发了一种具有总线接口的霍尔元件低成本测速单元模块，能满足变量施肥、施药等农田精准作业测速需要。 4．开发了基于PC104模块、具有CAN总线接口的农机机载嵌入式作业控制终端。定制基于WinCE.net的实时多任务操作系统，实现本地Boot Loader、Hive-based注册表和多种通信、存储设备驱动的配置，形成了软硬件一体化的农机机载作业控制终端。按照面向对象的设计思想，设计开发了变量施肥和作业导航软件，并实现了实时处方图识别算法、平行作业导航和导航线自动捕捉算法。 5．参考ASAE S341.2颗粒肥料施用机械均匀性测试方法，对研制的分布式变量施肥系统进行试验研究。进行较低施肥量(75Kg/ha)和较高施肥量(225Kg/ha)的常量施肥试验，总体施肥变异系数分别为16.83％和8.08％，与目标施肥量相比，平均施肥误差分别为2.98％和1.05％；在施肥机行驶方向上施肥量变异系数分别为11.105％和3.764％。进行施肥量从0到375Kg/ha的变量施肥试验，系统施肥位置滞后约为3.57m，施肥变化延迟时间约为1.84秒。此外，使用本系统进行田问实际变量施肥作业，结果表明：目标施肥处方图和实际施肥分布图具有较好的空间一致性，系统能够满足基于处方图的变量施肥作业需要。针对基于处方图的变量施肥系统，构建了一种可以量化计算系统施肥时间延迟的模型，为变量处方施肥控制系统设计和使用过程中修正施肥位置滞后和时间延迟提供了理论依据。