[發明專利]一種基于模糊PID控制的精確施肥量控制方法

有效

• 申請號: 202010909220.1
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112083740B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 鄭夫夫;朱嘉寧;虞镕浩;陳佳麗;王俊杭;郭思嘉;丁滎佳;林思微;付明磊
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05D11/13
• 分類號: G05D11/13
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于模糊PID控制的精確施肥方法，包括以下步驟：步驟一、構建土壤狀況綜合指標，根據層次分析法，得出不同元素含量的權重；步驟二、確定當前土壤綜合指標與理想值之間的誤差；步驟三、將輸入量模糊化，并得出隸屬度值；步驟四、計算每條模糊規則的激活強度并利用連續重心法解模糊；步驟五、得出適宜的肥液體積以及用于稀釋肥液的水的體積；步驟六、建立傳遞函數；步驟七、隔設定時間后測量土壤氮磷鉀元素含量以及土壤pH值，計算土壤綜合指標并返回，進行下一輪控制，直至綜合指標穩定于最適值。本發明能夠對液體肥料的用量更精確地進行控制，并智能調節肥液濃度，能夠將土壤中的植物生長必需元素含量與土壤pH均控制在適宜范圍內。

技術領域

本發明屬于計算機技術領域，尤其涉及新型的基于模糊PID的土壤養分參數控制方法。

技術背景

液體肥料的使用越來越廣泛，而如果不能夠精確使用可能會導致資源浪費以及危害農作物，甚至造成嚴重的土地污染。而我國的氮磷鉀液體肥料利用率低下，因此有必要對液體肥料的使用進行較為精確的控制。

目前對于施肥的量大多依據種植經驗進行控制，關于精確的施肥控制方法出現較少。涉及到計算機算法的施肥控制方法，大多解決的是單輸入控制單輸出的問題，然而在施肥的過程中，肥液還可能改變土壤的酸堿性，但能夠實現土壤養分的含量以及土壤酸堿度的多輸出控制的方法較為少見。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種能夠對液體肥料的用量更精確地進行控制，并智能調節肥液濃度，能夠將土壤中的植物生長必需元素含量與土壤pH均控制在適宜范圍內的控制方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種基于模糊PID控制的精確施肥方法，包括以下步驟：

步驟一、構建土壤狀況綜合指標，根據層次分析法，得出不同元素含量的權重；

步驟二、確定當前土壤綜合指標與理想值之間的誤差，并通過差分處理得到與上一次誤差之間的變化量，即誤差變化率；

步驟三、將輸入量模糊化，并得出隸屬度值；

步驟四、計算每條模糊規則的激活強度并利用連續重心法解模糊，模糊控制是利用誤差與誤差變化率來調整PID模型中的參數，PID控制模型分為兩個，即肥液變頻器PID控制模型和水變頻器PID控制模型，這兩個控制模型分別控制肥液量和出水量，并將肥液與水進行混合從而對肥液進行稀釋；

步驟五、由PID控制模型的表達式，得出適宜的肥液體積以及用于稀釋肥液的水的體積；

步驟六、建立傳遞函數，根據變頻器的頻率，調節肥液泵與水泵的動力，先將二者抽至混合槽內進行混合，繼而通過管道用于滴灌；

步驟七、隔設定時間后測量土壤氮磷鉀元素含量以及土壤pH值，計算土壤綜合指標并返回，進行下一輪控制，直至綜合指標穩定于最適值。

進一步，所述步驟一中，首先，需要對測量得到元素含量進行歸一化處理，對于第n次測量得到的土壤pH值y_pH′(n)轉化為第n次測量得到的土壤氫離子濃度y₄′(n)：