[發明專利]一種基于模糊PID的水肥精準配比控制系統

有效

• 申請號: 201710465408.X
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107272754B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 翟長遠;王孝龍;王東;張海輝
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種基于模糊PID的水肥精準配比控制系統，包括供水管路、供肥管路和水肥混合管路，其中，供水管路上設置有電動閥一(1)和流量計一(2)，供肥管路上設置有水流開關(5)和變頻泵(6)，水肥混合管路上設置有流量計二(3)和電動閥二(4)，供水管路的出口和供肥管路的出口均與水肥混合管路的入口連接，所述電動閥一(1)、流量計一(2)、流量計二(3)、電動閥二(4)、水流開關(5)和變頻泵(6)均連接控制器，其特征在于：

當進行水肥一體化灌溉定濃度施肥時，打開電動閥一(1)、電動閥二(4)以及水流開關(5)，通過控制變頻泵(6)吸取肥液，結合流量計一(2)和流量計二(3)計算得出實時濃度，控制過程融合模糊PID控制方法不斷校正當前吸肥量使其與設置施肥濃度誤差達到最小。

2.根據權利要求1所述基于模糊PID的水肥精準配比控制系統，其特征在于，所述融合模糊PID控制方法基于模糊PID控制器實現，所述模糊PID控制器主要由參數可調的PID控制器和模糊控制系統兩大部分組成，其中：

PID控制器的輸入e(t)和輸出u(t)關系為

其中，K_p表示比例系數；K_i代表積分系數；K_d代表微分系數；模糊控制系統通過對K_p、K_i、K_d的修正，完成對系統的控制；

模糊PID控制器以誤差e和誤差變化率e'作為輸入，K_p、K_i、K_d作為輸出，滿足不同時刻的e和e'對PID參數自整定的要求，其中誤差e為預設定濃度r(t)與實際配比濃度y(t)的差值，誤差變化率e'為前后采樣周期T的誤差差值與當前誤差的比值。

3.根據權利要求2所述基于模糊PID的水肥精準配比控制系統，其特征在于，采用改進的模糊PID控制器以進一步提高系統的響應或執行速度，所述改進的模糊PID控制器控制的參數為K_p、K_i、K_d的增量，即△K_p、△K_i、△K_d，所述改進的模糊PID控制器以誤差e和誤差的變化率e'為輸入量，△K_p、△K_i、△K_d為輸出量，它們的變化范圍定義為模糊集上的基本論域：

e，e'，△K_p，△K_i，△K_d＝(-3，-2，-1，0，1，2，3)

其模糊集均為{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，表示為{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}。

4.根據權利要求3所述基于模糊PID的水肥精準配比控制系統，其特征在于，采用三角形作為誤差e、誤差變化率e'，修正參數△K_p、△K_i、△K_d的隸屬度函數。

5.根據權利要求1所述基于模糊PID的水肥精準配比控制系統，其特征在于，當只進行水的灌溉時，通過控制器打開電動閥一(1)和電動閥二(4)，并關閉水流開關(5)和變頻泵(6)，完成水的定時、定量灌溉，并結合外部土壤溫濕度傳感器實時采集的信息實現完全智能化、自動化的補水灌溉；

當對已配好濃度的肥液進行定時或定量施肥的時候，關閉電動閥一(1)，打開電動閥二(4)，根據需求對變頻泵(6)進行控制，使其在預設定時間或預設定施肥量的條件下完成施肥功能。