[發(fā)明專利]一種基于模糊PID的水肥精準(zhǔn)配比控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710465408.X
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107272754B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟長遠(yuǎn);王孝龍;王東;張海輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種基于模糊PID的水肥精準(zhǔn)配比控制系統(tǒng)，包括供水管路、供肥管路和水肥混合管路，供水管路、水肥混合管路上設(shè)置有電動閥和流量計(jì)，供肥管路上設(shè)置有水流開關(guān)和變頻泵，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，電動閥、流量計(jì)、水流開關(guān)和變頻泵均連接控制器，當(dāng)進(jìn)行水肥一體化灌溉定濃度施肥時，打開相應(yīng)電動閥及水流開關(guān)，通過控制變頻泵吸取肥液，結(jié)合流量計(jì)得出實(shí)時濃度，控制過程融合模糊PID控制方法不斷校正當(dāng)前吸肥量使其與設(shè)置施肥濃度誤差達(dá)到最小，該系統(tǒng)通過模糊PID控制方法，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、智能控制技術(shù)、電工電子等技術(shù)，集水的定時定量灌溉、肥液的定濃度施肥以及定量施肥功能于一體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于模糊PID的水肥精準(zhǔn)配比控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)已獲得了令人矚目的成績，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。但目前仍然采用傳統(tǒng)管理模式，生產(chǎn)過程依賴人工經(jīng)驗(yàn)以及農(nóng)民的長時間大工作量的田間勞作。特別是溫室內(nèi)的水肥使用量明顯超出需求量的多倍，導(dǎo)致溫室效益降低，即使部分現(xiàn)代化玻璃溫室裝有水肥一體化設(shè)備但由于其多為國外進(jìn)口設(shè)備，操作復(fù)雜，運(yùn)行成本高等原因，導(dǎo)致實(shí)際使用率不高。設(shè)施農(nóng)業(yè)的水肥管理雖已進(jìn)行了一定的自動化改造，但仍以人工控制加施為主，水肥過量問題非常嚴(yán)重，造成水資源浪費(fèi)，環(huán)境資源惡化。因此，水肥一體化灌溉管理技術(shù)是現(xiàn)代智能農(nóng)業(yè)亟待推廣的科學(xué)技術(shù)。

現(xiàn)有的水肥一體化灌溉系統(tǒng)一般分為兩大類，一類是高復(fù)雜度、高集成度以及高成本的灌溉管理系統(tǒng)；另一類則是精度較低、自動化程度不高并且對使用過程中水壓要求較高的水肥混合系統(tǒng)。第一類系統(tǒng)由其本身成本高以及使用過程中操作的復(fù)雜度等局限性決定了其不能大范圍的推廣使用，而第二類系統(tǒng)的精度較低、自動化程度不高，在農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)活動中并不能帶來顯著的效益提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于模糊PID的水肥精準(zhǔn)配比控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過模糊PID控制方法，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、智能控制技術(shù)、電工電子等技術(shù)，研發(fā)出一種集水的定時定量灌溉、肥液的定濃度施肥以及定量施肥功能于一體的低成本、自動化、高精度的水肥配比控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于模糊PID的水肥精準(zhǔn)配比控制系統(tǒng)，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(shè)置有電動閥一1和流量計(jì)一2，供肥管路上設(shè)置有水流開關(guān)5和變頻泵6，水肥混合管路上設(shè)置有流量計(jì)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(jì)一2、流量計(jì)二3、電動閥二4、水流開關(guān)5和變頻泵6均連接控制器，其特征在于：

當(dāng)進(jìn)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(guān)5，通過控制變頻泵6吸取肥液，結(jié)合流量計(jì)一2和流量計(jì)二3計(jì)算得出實(shí)時濃度，控制過程融合模糊PID控制方法不斷校正當(dāng)前吸肥量使其與設(shè)置施肥濃度誤差達(dá)到最小。

所述融合模糊PID控制方法基于模糊PID控制器實(shí)現(xiàn)，所述模糊PID控制器主要由參數(shù)可調(diào)的PID控制器和模糊控制系統(tǒng)兩大部分組成，其中：

PID控制器的輸入e(t)和輸出u(t)關(guān)系為

其中，K_p表示比例系數(shù)；K_i代表積分系數(shù)；K_d代表微分系數(shù)；模糊控制系統(tǒng)通過對K_p、K_i、K_d的修正，完成對系統(tǒng)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(shù)自整定的要求，其中誤差e為預(yù)設(shè)定濃度r(t)與實(shí)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(dāng)前誤差的比值。