基于模糊PID控制的水肥一体化设备的设计.pdf

4 农机使用与维修 2023 年第4 期 基于模糊 PID 控制的水肥一体化设备的设计 王 璐 1 2 王应彪 1 1 西南林业大学机械与交通学院 昆明650224 2 玉溪农业职业技术学院 云南玉溪653106 摘 要 针对智能水肥一体机的水肥混合过程 结合PID控制 模糊控制理论等完成水肥一体化设备 控制器主 要是基于模糊的PID控制的规则 以多元数据为依托的控制系统 水肥一体机设备的整体平台主要包括分析 层 平台管理层 控制层及资源层几个方面 本次设计的PID控制的自动水肥一体机旨在解决控制对象复杂影 响控制系统准确性的问题 应用PID算法提高整体系统的稳定性及响应速度 关键词 模糊PID控制 水肥一体机 控制过程 中图分类号 S224 4 文献标识码 A doi 10 14031 j cnki njwx 2023 04 002 esearch on Integrated Water and Fertilizer Equipment Based on Fuzzy PID Control WANG Lu 1 2 WANG Yingbiao 1 1 School of Machinery and Transportation Southwest Forestry University Kunming 650224 China 2 Yuxi Agricultural Vocational and Technical College Yuxi 653106 China Abstract Aiming at the water and fertilizer mixing process of the intelligent water and fertilizer integrated machine the integrated water and fertilizer equipment is completed by combining PID control and fuzzy control theory The overall platform of the water and fertilizer integrated machine equipment mainly includes the analysis layer the platform management layer the control layer and the resource layer The PID controlled automatic water and fertilizer integrated machine designed this time aims to solve the problem that the complexity of the control object affects the accuracy of the control system and the PID algorithm is used to improve the stability and response speed of the overall system Key words fuzzy PID control water and fertilizer integrated machine control process 作者简介 王璐 1990 男 甘肃天水人 本科 讲师 研究 方向为农业信息化技术 汽车工程 通讯作者 王应彪 1981 男 云南昆明人 博士 副教授 研究方向为机械工程 农业工程 0 引言 目前 我国水肥一体化工艺系统与装备的改 进 消化和吸收国外同类型产品已基本满足农业生 产需要 但由于我国农业目前正处在由常规农业向 现代智慧农业转变的关键阶段 而改进的国外同类 型产品一般价格较低端 生产智能化水平相对低 下 虽硬件研发较多 但应用软件和新技术研发则 较少 更高端智能的系统和水肥装备还需要向海外 引进 这将对技术投入 售后服务方面都有很大的 要求 因此很难在国内外普及 根据我国农业发展 的要求 旨在提高水肥生产的智能化程度和高控制 精度的技术要求 水肥一体化设备主要的研发任务需要通过全 面研究与环境参数融合问题 将智慧设备 智慧管 理 智能设施和种植系统相结合 以实现数据监测 和智能平台建设 同时 抛弃了在传统管理决策中 仅仅通过时间管理的粗放管理方法 而充分考虑了 管理参数中空间变化的影响特征 并经过在水肥调 控智能建模 控制策略 系统设计等领域的探索 1 模糊控制PID概述 自动水肥一体化技术在调控灌溉水肥利用中存 在着非线性 时间变性 时滞性等特征 以往的水肥 一体化控制策略 往往使用传统的简单PID作为控制 算法进行水肥控制 但由于在水肥调控过程中各种复 杂因素的共同影响 控制效率往往并不理想 模糊PID控制是在传统PID控制基础上运用模 糊理论将专家或操作者的经验转变为模糊控制规 则存入模糊规则库中 根据传感器检测的实时输入 量 进行模糊推理 自动调整 PID 参数 实时得到最 优参数 构成模糊PID控制算法 以对系统进行实时 和精准的控制 1 2 自动水肥一体化设备 2 1 自动水肥一体机特性及功能 自动水肥一体机需放在温室大棚的露天条件 2023 年第4 期 农机使用与维修 5 下 并且在最接近水源的位置放置 所以需要水 肥一体机具备良好的抗潮耐湿性能 在户外使用 而高温时节则需具备良好的防高温日晒功能 在 严寒时节需具有优异的防冻耐爆功能 其控制系 统应具有以下几个方面的功能 1 能够按照规定 水肥混合物含量 通过调节电磁阀 可以快速控 制水肥混合物含量超过规定浓度 2 可以对水肥 混合物实现速度精确控制 从而使水肥混合物平 稳运输 3 通过与智慧水肥一体化管理系统互 通 对整个浇灌施肥流程中的重要信息进行上传 并经过大数据分析使得整个浇灌施肥的过程控制 更加科学化 智能化 4 温室大棚及自动水肥一 体机的人机界面设计应简便易操作 易于掌握上 手 使用简单地设定按钮可以对自动水肥一体机 进行操控 2 2 自动水肥一体机整体结构 2 2 1 混肥方式 自动水肥一体机中常见的混肥方法主要有二 种 一是用纯水和化肥在管道内混合 另一种方法 是用纯水和化肥在搅拌罐中混合 搅拌完毕后用混 水肥液浇灌 2 在管道内搅拌时尽管混合速率较 高 但由于用水和化肥混合较不完全 同时对水肥 混合物浓度的管理也不易掌握 因此造成了对水肥 混合物浓度的检测和管理比较不准确 在搅拌罐 中进行的水肥搅拌 尽管混合速率有所滞后 但由 于水肥混合液搅拌较完全 对水肥混合物浓度的管 理也比较准确 该系列自动水肥一体机主要采取 了用水和化肥在搅拌罐中混合的方法 如图1 所 示 是自动水肥一体设备简要结构图 图1 水肥一体机设备结构图 2 2 2 混肥部件 混肥部件一般是由混肥桶 电磁控制阀 混肥 泵和吸肥装置等构成 当传感器检测到的水肥混 杂溶液浓度与标准要求不相匹配后 含量低于设定 值 利用程序控制电磁阀和混肥泵的自动打开与 封闭 将化肥原液打入混肥桶中 当混杂溶液浓度 相匹配后 停止注水 重新进行混肥 2 2 3 注水浇灌部件 注水浇灌部件一般是由混肥桶 水泵及电磁阀 构成 在浇水施肥未进行前 一旦传感器检测到水 肥的溶液含量过多或是混肥桶中的水位降到极限 水位 即可启动水泵往混合器中加注水 3 2 2 4 管理部分 管理部分一般是由控制器和水肥管理系统所 构成 水泵 电磁阀的启动 浇水时间的设定 水肥 数据显示等均由控制器实现 2 3 水肥混合程序设计 水肥混合液混匀一般是利用混肥罐 电磁阀 感应器和吸肥装置进行 根据农艺要求选择液体 化肥或者可溶性的固态化肥 若选择固态化肥则要 将固态化肥完全溶于化肥罐中 首先利用控制器 启动泵向混肥罐中加注纯水 水位高程由上下限的 开关位置确定 随后利用自动控制器传送信息并启 动混肥泵和电磁阀 再利用机械吸肥将肥料原液加 入混肥罐中实现肥水混匀 4 同步感应器持续检 测混肥罐中的化肥液含量 并将信息传递至自动控 制器 当机械感应器检测到的肥水混合液超过规定 要求后 经过智能控制器再次启动水泵向混肥罐中 6 农机使用与维修 2023 年第4 期 注入水 并重新加入化肥原液 同样 经过感应器 监测数据连续的调节将水泵和化肥原液电磁自动 控制器的开关关闭 直至到达混肥罐的最大搅拌容 量限制时 则完全封闭了水泵和化肥原液电磁自动 控制器 这种设置的优点是 要求化肥原液在混肥 罐内搅拌的时间比较充分 且温度比较准确 并且 保证在化肥混合物到达规定要求之前 混肥罐没有 超过最高温度 2 4 施肥灌溉程序设计 施肥灌溉流程一般是通过智能传感器 灌溉自 动化水泵 电磁阀 感应器和混肥泵实现的 在施 肥浇灌时 还需在感应器上设定浇灌时间和浇灌用 水者 同时控制混肥泵的启动 以避免在混肥工作 完成后长时间不进行施肥操作 导致混肥罐中的水 肥和溶液上下分开 在施肥工作进行后 灌溉抽水 泵启动 进行整个施肥流程直到完成计时程序 在 施肥流程中感应器上还会进行检测混合肥料含量 若检测到水肥混合溶液肥料含量过高或是过低 都 会随时开启混肥流程以调节施肥浓度 在浇水施 肥的过程中 若检测到混肥罐中的肥水处于较低液 位 而浇水时间还未到 会开启水肥溶液的混合流 程以进行混肥 从而产生警报 在施肥流程中的 各种错误警告情况 包括相序错误警告 EC pH 值 过高和过低警告 压力过小警告 缺水告警等 3 系统测试 在控制器中可以正常启动 但进入到控制器主 页面以后 系统默认 自动操作 而 手动操作 无 法运行 随后完成所有技术参数的设定 包括 EC 基本参数值上下界设定 pH 基本参数值上下界设 定 冲洗方式设定及肥料方式设定 EC pH 参数值 的上下界设定值和所有手工技术参数同享 在系统 发生意外停电后 重新开机时基本参数仍可保留 所有参数设置完成后 再回到主动设定页面对施肥 方式 灌区类型和肥料的原液罐进行设定 触摸屏 测试如图2 所示 图2 触摸屏测试图 3 1 EC参数可调区域的设置试验 对EC参数可调区域设置 可选择EC基本参数 值之间的标准差为平均值 并且平均值不得为负 当真实监测到的EC值小于预设的EC参数值时 打 开施肥罐的控制电磁阀 以增加水肥混匀溶剂的EC 值 当真实监测到的 EC 值大于预设的 EC 参数值 时 可关掉施肥罐的控制电磁阀 以降低水肥混匀 溶剂的EC值 3 2 施肥罐选择方法 自动控制方式是可以对施肥罐进行自动选择 选中的施肥罐即可打开 不选择则关闭 5 同时为 了保持水肥混合物中灌溉浓度的准确性 当通过传 感器所检测的水肥混合物含量达到规定上下限时 就可以调节施肥罐电磁阀的开闭 从而达到水肥混 合溶液标准含量 3 3 灌溉区域选择与测试 选定所要求进行浇水施肥的浇灌范围 点击水 2023 年第4 期 农机使用与维修 7 櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐 泵能够开始浇水 同时进行计时 计数完毕 水泵关 闭 施肥浇水完成 3 4 灌溉施肥完成数据清零测试 灌溉施肥完成后 计数应清零 泵置于关闭状 态 灌区置于未选状态 施肥罐置于未选状态 则 手动设置基本调节功能为正常 4 结论 本次研究意在克服我国传统灌溉技术水平落 后 对水肥精准精量监控程度不够等现实问题 而 且我国传统的作物大水漫灌方法也易导致自然资 源耗费 常规的化肥系统粗施 易导致化肥使用率 不高 污染严重等环境问题 因此 查找了大量的 有关资源和文献 对有关技术展开了深入研究 对 温室大棚的环境数据开展了融合分析 并采用模糊 控制PID技术对智能水肥一体化生产管理开展了设 计 从而增强农业的信息化管理 参考文献 1 李晓晓 宋健 魏文庆 基于模糊 PID控制水肥一体化 实验系统计设 J 实验室研究与探索 2013 38 9 108 111 2 王付才 基于多元数据融合的温室大棚水肥一体机控 制策略及系统研究 D 济南 齐鲁工业大学 2020 3 亓俊涛 水肥一体机统一管理平台设计与实现 D 合 肥 安徽农业大学 2021 4 方枞胜 设施水肥一体化监控系统的设计与实现 D 泰安 山东农业大学 2020 5 郎朗 冯晓蓉 基于 STM32 的水肥一体机智能控制系 统优化研究 J 农机化研究 2022 44 3 116 119 05 农用柴油机的润滑油预供控制方法 李厚贵 张晓青 朱士强 黑龙江省农业机械工程科学研究院绥化分院 黑龙江绥化 152000 摘 要 预供控制方法是为克服现有农用柴油机启动时由于润滑不良而产生剧烈磨损的缺陷 在现有结构中并 接一润滑油预供装置并进行控制 控制电路通过钥匙门和常闭式润滑油压力开关 常开式润滑油压力开关等控 制预供电动润滑油泵和启动系统等部件工作 从而保证农用柴油机冷启动时的良好润滑 控制简单有效 有可 推广应用性 关键词 农用柴油机 冷启动 干摩擦 润滑油预供装置 润滑 中图分类号 S219 02 文献标识码 A doi 10 14031 j cnki njwx 2023 04 003 Study on A Control Method of Oil Prelubrication for Agricultural Diesel Engine LI Hougui ZHANG Xiaoqing ZHU Shiqiang Suihua Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences Suihua 152000 China Abstract The control method studied in this paper is to solve the problem of severe wear of agricultural diesel engine caused by poor lubrication during cold start in the original technology It is to connect a set of oil pre lubrication device in parallel in the original agricultural diesel engine lubrication system and control it The control circuit controls the work of motor oil pre supply pump and starting system through ignition switch normally closed oil pressure switch normally open oil pressure switch etc So as to ensure good lubrication of agricultural diesel engine during cold start The content of this paper accords with the reality of agricultural machinery and the control is simple and effective which can be widely used in agricultural diesel engines Key words agricultural diesel engine cold start dry friction oil prelubrication device lubrication 作者简介 李厚贵 1968 男 山东郓城人 本科 工程师 研究方向为汽车 拖拉机等移动设备维修与运用 0 引言 传统农用柴油机由于结构设计等原因 存在停 机后冷启动时无润滑或润滑不良导致半干摩擦和