模糊控制在溫室節(jié)水灌溉中的研究與應用_以滿城縣草莓溫室灌溉為例.pdf

開發(fā)研究 湖北農(nóng)機化 年第 期 模糊控制在溫室節(jié)水灌溉中的研究與應用 以滿城縣草莓溫室灌溉為例 張德田 李春花 艾建軍 保定職業(yè)技術學院 河北 保定 圖 控制結構圖 摘要 我國農(nóng)業(yè)用水 是用于灌概 溫室灌溉多數(shù) 采用大水漫灌 水的利用率只有 研究灌溉節(jié)水方 法 尤為重要 本文以滿城縣草莓溫室灌溉為例 設計了 一套用于溫室灌溉的控制系統(tǒng)模糊控制器 實現(xiàn)了溫室灌 溉控制系統(tǒng)的自動閉環(huán)控制 達到了節(jié)水灌溉的目的 關鍵詞 土壤濕度 模糊控制 節(jié)水灌溉 閉環(huán)控制系統(tǒng) 研究背景 多年來 滿城縣有著 中國草莓之鄉(xiāng) 的美稱 該縣 草莓種植面積廣 年產(chǎn)量高 居全國領先地位 草莓種植 是 農(nóng)民致富的好路子 采摘期從元旦前至第二年 月 份 長達 個月 滿城草莓雖然基礎很好 但管理比較粗 放 當年 月下旬扣棚 次年 月結束 扣棚期長達 個 月 棚內(nèi)澆水多采用大水漫灌 水源得不到充分利用 而 且對作物生長不利 改變棚室灌溉方式勢在必行 控制思想 草莓灌溉需遵循 濕而不澇 干而不旱 的原則 草莓 一般在果實膨大期至采摘結束共灌溉 次 草莓根系 大多分布于地表向下 厘米 滴水宜少量多次 土壤濕度 保持在 但是土壤水分環(huán)境是一個非線性環(huán) 節(jié) 具有大慣性 時滯性 耦合性的特點 難以建立準確的 數(shù)學模型 因此 將模糊控制理論引入灌溉控制系統(tǒng) 以 基金來源 年河北省教育廳科學研究計劃科技 指導項 目 項目名稱 模糊控制在溫室節(jié)水灌溉中的研究與應用 編 號 作者簡介 張德田 女 碩士學位 講師 研究方向 控制 工程 機電一體化 其強魯棒性滿足系統(tǒng)的控制要求 動態(tài)性能較好 控制系統(tǒng)的結構 以土壤水分為研究對象 確定作物需水信息 實現(xiàn)合 理灌溉 土壤太干時增大灌溉量 太濕時減少灌溉量 達到 節(jié)水灌溉的目的 采用閉環(huán)控制的思想 通過紅外線熱電 偶采集土壤溫度信息 把檢測的土壤水分含量反饋到控制 系統(tǒng) 將實時采集到的土壤水分和原先設定好的土壤界限 值進行比較 構成一個隨動的閉環(huán)控制系統(tǒng) 以 作為 現(xiàn)場控制器 編制模糊控制規(guī)則 設計模糊控制器 通過 控制水泵電機的開啟 停止 通過變頻器控制水泵速 度的調整 以實現(xiàn)溫室灌溉控制系統(tǒng)的自動閉環(huán)控制 控 制系統(tǒng)結構圖如 所示 控制過程 控制系統(tǒng)采用變頻器 組合模式 如圖 所示 利用濕度傳感器自動感測土壤濕度 在可編程控制器內(nèi)預 先設定 為標準濕度 通過 模塊 將傳 感器采集的濕度模擬信轉換成數(shù)字信號 每隔一定時間 系統(tǒng)采集一次土壤水分數(shù)據(jù) 并將此信息送人 中 將實時采集的土壤信息和設定土壤濕度進行比較 用 軟件編程實現(xiàn)模糊控制算法 檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵 經(jīng)過模糊控制器的分析之后 李俊平 呼吸肌訓練對拉丁舞運動員平衡能力的影響 年中國生理學會運動生理學專業(yè)委員會會議暨 學生 體質健康與運動生理學 學術研討會論文集 北京 中國 生理學會運動生理學專業(yè)委員會 張福彩 舞蹈學健美操方向學生表現(xiàn)力因素的研究 邵國華 高水平運動員運動競賽焦慮研究述評 邵國華 中國體育運動心理學領域關于競賽焦慮方面研究 述評 邵國華 內(nèi)蒙古師范大學高水平運動員運動焦慮現(xiàn)狀的調 查研究 李丹 廣東優(yōu)秀青少年體育舞蹈運動員身體形態(tài)的現(xiàn)狀研 究 長度 圍度 寬度 北京體育大學學報 孫國曉 張力為 自我決定動機影響運動員心理疲勞 橫向 與縱向研究的證據(jù) 體育科學 程宏宇 王進 胡桂英 教練員領導行為與運動員競賽焦 慮 運動自信的中介效應和認知風格的調節(jié)效應 體育 科學 收稿日期 開發(fā)研究 湖北農(nóng)機化 年第 期 做出合適的處理命令 控制水源的主水泵和各個電磁閥 通過變頻器調節(jié)灌溉水量的多與少 來保證溫室作物生長 適宜的水分環(huán)境 圖 控制系統(tǒng)圖 模糊控制器的設計與實現(xiàn) 輸入量模糊化 模糊控制器的輸入語言變量選為濕度給定值和實際 濕度測量值的偏差 及其變化率 輸出 語言變量為 的輸出電流模擬量 對應的數(shù)值 將此信號作為變頻器的給定值來改變電動機轉速 濕度給定值與實際測量值的偏差及其變化率是精確量 其 范圍在 輸出范圍在 為真實論域 在 模糊控制器的設計中 首先將這些精確量模糊化 取濕度 偏差 的模糊論域為 與之相對應的量化因子為 表 將輸入量 轉化為離散論域元素 將表中的值都增加偏移量 以便方便建立查詢表 采 用同樣的方法對 進行離散論域轉化 制定模糊控制規(guī)則 將濕度偏差 及濕度偏差變化率 分為 個模糊 子集 負大 負中 負小 零 正小 正中 正大 隸屬度函數(shù) 設為方波 輸出 范圍在 設定其隸屬度函數(shù)為 單點 圖 輸入 輸出隸屬度函數(shù) 模糊控制查詢表為 提供實時查詢的依據(jù) 每采樣一次 就更新一次偏差值和偏差率 查表得出新的 輸出 模糊控制程序 根據(jù)經(jīng)驗 編制表 所示模糊控制查詢表 對 各個時刻的采樣值進行計算 及時更新偏差和偏差變化 率 然后查表 即可得輸出控制信號 編寫模糊控制程序 作為整個程序的一個子程序 模糊控制子程序編程過程 如下 先將量化因子保存到 的保持繼電器中 將輸入 量采集到數(shù)據(jù)繼電器中 然后限幅量化處理 根據(jù)它們所 對應的模糊論域的元素 查模糊控制表 求模糊輸出量 再 乘以輸出量的量化因子 就可以得實際輸出量 模糊控制 程序流程圖如圖 所示 表 模糊控制查詢表 圖 模糊控制流程圖 運行記錄及效益分析 據(jù)統(tǒng)計 本控制系統(tǒng)進行膜下滴灌比大水漫灌節(jié)水 左右 還可降低棚內(nèi)濕度 利用提高作物品質 減少用 藥次數(shù) 經(jīng)濟效益明顯 同時 避免了大量施肥引起的農(nóng) 藥對環(huán)境的污染 有利用生態(tài)環(huán)境的改善 具有良好社會 效益 參考文獻 王智乾 柯建宏 基于 模糊控制的溫室灌溉控制策略 研究 浙江農(nóng)業(yè)科學 陳剛 柯建宏 云南連棟玻璃溫室的溫度影響因子及調控措 施 廣東農(nóng)業(yè)科學 李銳 袁軍 谷海穎 等 單片機實現(xiàn)自動灌溉及施肥系統(tǒng) 計算機應用 收稿日期