[發明專利]一種面向大田智能灌溉系統的智能預測控制方法

有效

• 申請號: 201710089704.4
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106910138B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 丁永生;田運;蔡欣;郝礦榮;王海山;張向飛
• 申請（專利權）人: 東華大學;上海農業物聯網工程技術研究中心;上海市農業委員會信息中心
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06Q10/04;A01G25/16
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 金利琴

本發明涉及一種面向大田智能灌溉系統的智能預測控制方法，首先根據灌溉渠的水文特征建立灌溉過程模型，然后采集農業灌溉信息計算灌溉目標，根據灌溉目標和傳感器的水位數據計算控制偏差，根據控制偏差計算控制器的控制率輸出，然后根據控制偏差和控制器的控制率輸出分別計算得到超短反饋智能控制率和當前預測控制率變化量，然后計算智能預測控制率并將其輸入到灌溉過程模型，由灌溉過程模型輸出水位值，根據水位值與灌溉目標的差值判斷是否達到灌溉目標，并進入循環操作，最終準確達到被控對象的目標值實現智能灌溉。本發明為農業灌溉時滯過程提供了一個快收斂的、穩定的控制方法。

技術領域

本發明屬自動控制領域，涉及一種面向大田智能灌溉系統的智能預測控制方法，特別是涉及一種基于內分泌超短反饋機制的智能控制以及預測控制的智能預測控制方法。

背景技術

智能灌溉模式與傳統人工控制相比，具有節省水肥、人工等顯著特點，并可消除人為因素對灌溉的不利影響，更有利于灌溉的科學管理和先進灌溉技術的推廣。智能灌溉模式對提高農作物產量以及我國家庭牧場的建設具有促進作用，推動了我國勞動力轉移和農村經濟結構的調整，同時也有利于環境保護。

為了實現智能灌溉，首要是根據作物實時數據、氣象數據、輸水損失等信息，得到對不同農業區塊的水量分配目標，再通過分配得到的水量作為參考值實現農業灌溉用水的智能預測控制。對農業灌溉水量的智能預測控制有其獨特的特征，這種控制不同于一般的單一的水庫資源的分配和調節，也不同于常見一般車間資源流量調度和公路汽車流量的控制。首先，它是一個層次性的過程，農業灌溉水量主要按照干、支、斗、農四級渠道結構，灌溉水流是從上游渠道流動到下游渠道的過程，下游水量的多少直接與上游的水量相關，下游水量分配多少、可調控到多少水量，直接受到前一次的上游來水量的影響，上下游水量的計算是一個層次過程。其次，農業灌溉水量的智能預測控制是一個與水量管理相關的多因素疊和的過程，下游水量的預測，除了與上游水量相關外，還與水流過程中生態、農業、工業、生活用水相關，而且還會不斷有新的水源(河流)的流入和渠道水量的損耗。最后，農業灌溉水量的智能預測控制還是一個大型水量聚合的動態過程，水量在疊和過程中，還涉及到環境降雨量和蒸發量等動態水量的變化過程?；谝陨咸攸c，灌溉水量智能預測控制是一項復雜的工程，需要考慮到多個控制斷面節點間的來水和用水動態水量過程。

以及生物智能方法通過模擬神經內分泌免疫網絡(NEI)學說中的神經、內分泌、免疫三大系統，通過信息(細胞因子、激素、蛋白質等)聯系調節著各器官、系統的功能，使得它們活動在空間和時間上嚴密組織的的、互相配合的、互相制約的，從而達到整體功能的協調統一，對實現網絡組織下的灌溉水量的智能控制具有重要意義。

目前，基于人體的神經系統、遺傳系統、免疫系統都已經提出了成功的自然計算方法并取得了廣泛的應用?；趦确置谙到y與神經系統、免疫系統的緊密聯系，繼續研究內分泌系統的信息處理機制成為自然計算的一個重要研究方向。與神經系統、遺傳系統、免疫系統一樣，內分泌系統也是一個復雜的信息處理系統，其信息處理機制非常復雜。四者的信息處理機制都具有分布式、模糊性、自適應性、容錯性等特點。四者都能利用簡單的機制實現復雜的信息處理和控制功能。因此，內分泌系統的信息處理機制和神經系統、遺傳系統、免疫系統之間存在大量相似之處。從內分泌系統中一定可以提取出有意義的信息處理機制，并給自然計算領域帶來新的啟發。有不少研究人員嘗試將生物系統的作用規則和調節控制機制總結和抽象為數學形式或者作用規則，為設計高效、具有魯棒性的網絡系統架構、控制算法和機制提供了理論基礎和新的靈感來源。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種面向大田智能灌溉系統的智能預測控制方法，特別是涉及一種基于內分泌超短反饋機制的智能控制以及預測控制的智能預測控制方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種面向大田智能灌溉系統的智能預測控制方法，包括以下步驟：

(1)根據灌溉渠的水文特征建立灌溉過程模型，所述灌溉過程模型的表達式如下：