近年來,各級部門大力推廣水肥一體化技術(shù),提高水肥的利用率,節(jié)約水肥資源。目前國內(nèi)的水肥一體化系統(tǒng)還存在智能化水平低、混肥精度不高和pH調(diào)控不精準(zhǔn)的問題,針對水肥一體機(jī)調(diào)節(jié)水肥pH值過程的大滯后、大慣性、數(shù)學(xué)模型不確定的特點(diǎn),本論文將模糊控制應(yīng)用于水肥一體化設(shè)備,設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)水肥pH值的模糊控制系統(tǒng)。用Matlab軟件對此系統(tǒng)和傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)進(jìn)行對比仿真,試驗(yàn)證明該系統(tǒng)能夠滿足精準(zhǔn)施肥過程中對pH值調(diào)節(jié)的控制要求,并且該系統(tǒng)具有更小的超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間,超調(diào)量減少32%,調(diào)節(jié)時(shí)間減少90 s,以及更強(qiáng)的抗干擾能力的特點(diǎn),恢復(fù)時(shí)間減少90 s。仿真效果理想,可以將此控制策略應(yīng)用于水肥一體化控制設(shè)備中。 

【文章來源】：中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào). 2019,40(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖１水肥一體機(jī)結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．１Ｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｍａｃｈｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

數(shù)學(xué)模型不確定的特點(diǎn)［１３］，而模糊控制對被控對象不要求有精確數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的魯棒性，易于解決大滯后大慣性系統(tǒng)，因此本系統(tǒng)采用模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)水肥一體化系統(tǒng)的精準(zhǔn)配肥。２．１ｐＨ值模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ｐＨ值的模糊控制系統(tǒng)如圖２所示，主要由模糊控制器、傳感器、電磁閥、ｐＨ值等組成［１４－１５］，模糊控制器是系統(tǒng)的核心，決定著系統(tǒng)的性能，而模糊控制器的控制效果取決于控制器的結(jié)構(gòu)、變量的隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則的好壞。圖２ｐＨ值模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ｆｉｇ．２ＦｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐＨｖａｌｕｅ２．２模糊控制器的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用二維模糊控制器，性能方面優(yōu)于一維模糊控制器，由于要控制的變量是水肥ｐＨ值的大小，所以選�。穑戎档恼`差Ｅ和ｐＨ值的誤差變化率Ｃ作為兩個(gè)輸入變量，選取控制酸液罐和堿液罐的電磁閥的通斷時(shí)間Ｕ作為輸出變量。Ｅ（ｋｔ）＝Ｔ（ｋｔ）－Ｔ０（１）Ｃ（ｋｔ）＝Ｅ（ｋｔ）－Ｅ（ｋｔ－ｔ）ｔ（２）式中：ｔ———采樣周期；Ｔ０———ｐＨ給定值；Ｔ（ｋｔ）———第ｋ個(gè)ｐＨ采樣值。為提高控制的精確性，本系統(tǒng)的隸屬度函數(shù)采用常用的三角形，選取ｐＨ值的誤差Ｅ和ｐＨ值誤差變化率Ｃ的論域分別為：Ｅ＝｛－６，－５，－４，－３，－２，－１，－０，０，１，２，３，４，５，６｝，Ｃ＝｛－６，－５，－４，－３，－２，－１，０，１，２，３，４，５，６｝

１４２中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)２０１９年圖３Ｅ的隸屬度函數(shù)Ｆｉｇ．３Ｅｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎ圖４Ｃ的隸屬度函數(shù)Ｆｉｇ．４Ｃｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎ圖５Ｕ的隸屬度函數(shù)Ｆｉｇ．５Ｕｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐｆｕｎｃｔｉｏｎ圖６酸液罐電磁閥模糊規(guī)則三維曲面圖Ｆｉｇ．６Ａｃｉｄｔａｎｋｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅｆｕｚｚｙｒｕｌｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｍａｐ圖７堿液罐電磁閥模糊規(guī)則三維曲面圖Ｆｉｇ．７Ａｌｋａｌｉｎｅｔａｎｋｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅｆｕｚｚｙｒｕｌｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｕｒｆａｃｅｍａｐ３水肥ｐＨ值調(diào)節(jié)過程通過調(diào)節(jié)酸液電磁閥和堿液電磁閥的每個(gè)控制周期內(nèi)的開通時(shí)間，使混肥罐中水肥的ｐＨ值達(dá)到ｐＨ設(shè)定值，由于實(shí)際調(diào)節(jié)水肥酸堿度的過程比較復(fù)雜，干擾因素較多，因此通過一個(gè)簡化的動(dòng)態(tài)模型來分析調(diào)節(jié)水肥酸堿度的過程，大多數(shù)的灌溉水和肥料呈堿性，調(diào)節(jié)水肥ｐＨ值的過程可以看作酸堿中和的過程，假設(shè)混合罐內(nèi)液體體積Ｖ保持不變，水肥和酸堿均勻混合，根據(jù)物料守恒原理，系統(tǒng)到達(dá)平衡時(shí)，可列出式（３）～式（５）。Ｖ（ｔ）ｄＣｓｃ（ｔ＋ｔ０）ｄｔ＝Ｑｓｒ（ｔ）Ｃｓｒ－Ｑｃ（ｔ）Ｃｓｃ（ｔ＋ｔ０）（３）Ｖ（ｔ）ｄＣｊｃ（ｔ＋ｔ０）ｄｔ＝Ｑｊｒ（ｔ）Ｃｊｒ＋Ｑｓ（ｔ）Ｃｓ＋Ｑｆ（ｔ）Ｃｆ－ＱｃＣｊｃ（ｔ＋ｔ０）（４）ｄＶ（ｔ）ｄｔ＝Ｑｆ＋Ｑｓ＋Ｑｓｒ＋Ｑｊｒ－Ｑｃ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水肥藥精準(zhǔn)管理技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 趙常,耿愛軍,張姬,王玉亮,張智龍,栗曉宇.  中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào). 2018(11)
[2]肥水一體化滴灌系統(tǒng)中過濾器技術(shù)的研究與進(jìn)展[J]. 邵偉,侯加林,李天華,牛子孺,李玉華.  中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào). 2018(10)
[3]模糊控制模型在水肥一體化中的應(yīng)用研究[J]. 吳景來,李家春,陳躍威,王永濤,盧劍鋒.  中國農(nóng)村水利水電. 2018(02)
[4]基于多傳感器的精準(zhǔn)變量施肥控制系統(tǒng)[J]. 陳滿,金誠謙,倪有亮,徐金山,李澤鋒.  中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào). 2018(01)
[5]農(nóng)業(yè)水肥一體化的發(fā)展現(xiàn)狀與對策分析[J]. 易文裕,程方平,熊昌國,袁志英.  中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào). 2017(10)
[6]基于云模型推理的施肥機(jī)營養(yǎng)液pH值調(diào)節(jié)過程控制[J]. 牛寅,張侃諭.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2016(07)
[7]基于PLC的藥液配比系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J]. 姚陽陽,馬少輝.  中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào). 2016(06)
[8]輪灌條件下灌溉施肥系統(tǒng)混肥過程變論域模糊控制[J]. 牛寅,張侃諭.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2016(03)
[9]基于云模型在廢水處理pH控制中的仿真研究[J]. 韓偉,馬邕文,萬金泉,黃明智.  計(jì)算機(jī)仿真. 2015(05)
[10]智能化精準(zhǔn)灌溉施肥技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 劉永華,俞衛(wèi)東,沈明霞,孫玉文,熊迎軍.  江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué). 2014(08)

博士論文
[1]溫室精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉永華.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]溫室PLC模糊灌溉施肥控制系統(tǒng)研究[D]. 周亮亮.昆明理工大學(xué) 2013



本文編號：3366798