模糊控制在温室节水灌溉中的研究与应用_以满城县草莓温室灌溉为例.pdf

开发研究 湖北农机化 年第 期 模糊控制在温室节水灌溉中的研究与应用 以满城县草莓温室灌溉为例 张德田 李春花 艾建军 保定职业技术学院 河北 保定 图 控制结构图 摘要 我国农业用水 是用于灌概 温室灌溉多数 采用大水漫灌 水的利用率只有 研究灌溉节水方 法 尤为重要 本文以满城县草莓温室灌溉为例 设计了 一套用于温室灌溉的控制系统模糊控制器 实现了温室灌 溉控制系统的自动闭环控制 达到了节水灌溉的目的 关键词 土壤湿度 模糊控制 节水灌溉 闭环控制系统 研究背景 多年来 满城县有着 中国草莓之乡 的美称 该县 草莓种植面积广 年产量高 居全国领先地位 草莓种植 是 农民致富的好路子 采摘期从元旦前至第二年 月 份 长达 个月 满城草莓虽然基础很好 但管理比较粗 放 当年 月下旬扣棚 次年 月结束 扣棚期长达 个 月 棚内浇水多采用大水漫灌 水源得不到充分利用 而 且对作物生长不利 改变棚室灌溉方式势在必行 控制思想 草莓灌溉需遵循 湿而不涝 干而不旱 的原则 草莓 一般在果实膨大期至采摘结束共灌溉 次 草莓根系 大多分布于地表向下 厘米 滴水宜少量多次 土壤湿度 保持在 但是土壤水分环境是一个非线性环 节 具有大惯性 时滞性 耦合性的特点 难以建立准确的 数学模型 因此 将模糊控制理论引入灌溉控制系统 以 基金来源 年河北省教育厅科学研究计划科技 指导项 目 项目名称 模糊控制在温室节水灌溉中的研究与应用 编 号 作者简介 张德田 女 硕士学位 讲师 研究方向 控制 工程 机电一体化 其强鲁棒性满足系统的控制要求 动态性能较好 控制系统的结构 以土壤水分为研究对象 确定作物需水信息 实现合 理灌溉 土壤太干时增大灌溉量 太湿时减少灌溉量 达到 节水灌溉的目的 采用闭环控制的思想 通过红外线热电 偶采集土壤温度信息 把检测的土壤水分含量反馈到控制 系统 将实时采集到的土壤水分和原先设定好的土壤界限 值进行比较 构成一个随动的闭环控制系统 以 作为 现场控制器 编制模糊控制规则 设计模糊控制器 通过 控制水泵电机的开启 停止 通过变频器控制水泵速 度的调整 以实现温室灌溉控制系统的自动闭环控制 控 制系统结构图如 所示 控制过程 控制系统采用变频器 组合模式 如图 所示 利用湿度传感器自动感测土壤湿度 在可编程控制器内预 先设定 为标准湿度 通过 模块 将传 感器采集的湿度模拟信转换成数字信号 每隔一定时间 系统采集一次土壤水分数据 并将此信息送人 中 将实时采集的土壤信息和设定土壤湿度进行比较 用 软件编程实现模糊控制算法 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 经过模糊控制器的分析之后 李俊平 呼吸肌训练对拉丁舞运动员平衡能力的影响 年中国生理学会运动生理学专业委员会会议暨 学生 体质健康与运动生理学 学术研讨会论文集 北京 中国 生理学会运动生理学专业委员会 张福彩 舞蹈学健美操方向学生表现力因素的研究 邵国华 高水平运动员运动竞赛焦虑研究述评 邵国华 中国体育运动心理学领域关于竞赛焦虑方面研究 述评 邵国华 内蒙古师范大学高水平运动员运动焦虑现状的调 查研究 李丹 广东优秀青少年体育舞蹈运动员身体形态的现状研 究 长度 围度 宽度 北京体育大学学报 孙国晓 张力为 自我决定动机影响运动员心理疲劳 横向 与纵向研究的证据 体育科学 程宏宇 王进 胡桂英 教练员领导行为与运动员竞赛焦 虑 运动自信的中介效应和认知风格的调节效应 体育 科学 收稿日期 开发研究 湖北农机化 年第 期 做出合适的处理命令 控制水源的主水泵和各个电磁阀 通过变频器调节灌溉水量的多与少 来保证温室作物生长 适宜的水分环境 图 控制系统图 模糊控制器的设计与实现 输入量模糊化 模糊控制器的输入语言变量选为湿度给定值和实际 湿度测量值的偏差 及其变化率 输出 语言变量为 的输出电流模拟量 对应的数值 将此信号作为变频器的给定值来改变电动机转速 湿度给定值与实际测量值的偏差及其变化率是精确量 其 范围在 输出范围在 为真实论域 在 模糊控制器的设计中 首先将这些精确量模糊化 取湿度 偏差 的模糊论域为 与之相对应的量化因子为 表 将输入量 转化为离散论域元素 将表中的值都增加偏移量 以便方便建立查询表 采 用同样的方法对 进行离散论域转化 制定模糊控制规则 将湿度偏差 及湿度偏差变化率 分为 个模糊 子集 负大 负中 负小 零 正小 正中 正大 隶属度函数 设为方波 输出 范围在 设定其隶属度函数为 单点 图 输入 输出隶属度函数 模糊控制查询表为 提供实时查询的依据 每采样一次 就更新一次偏差值和偏差率 查表得出新的 输出 模糊控制程序 根据经验 编制表 所示模糊控制查询表 对 各个时刻的采样值进行计算 及时更新偏差和偏差变化 率 然后查表 即可得输出控制信号 编写模糊控制程序 作为整个程序的一个子程序 模糊控制子程序编程过程 如下 先将量化因子保存到 的保持继电器中 将输入 量采集到数据继电器中 然后限幅量化处理 根据它们所 对应的模糊论域的元素 查模糊控制表 求模糊输出量 再 乘以输出量的量化因子 就可以得实际输出量 模糊控制 程序流程图如图 所示 表 模糊控制查询表 图 模糊控制流程图 运行记录及效益分析 据统计 本控制系统进行膜下滴灌比大水漫灌节水 左右 还可降低棚内湿度 利用提高作物品质 减少用 药次数 经济效益明显 同时 避免了大量施肥引起的农 药对环境的污染 有利用生态环境的改善 具有良好社会 效益 参考文献 王智乾 柯建宏 基于 模糊控制的温室灌溉控制策略 研究 浙江农业科学 陈刚 柯建宏 云南连栋玻璃温室的温度影响因子及调控措 施 广东农业科学 李锐 袁军 谷海颖 等 单片机实现自动灌溉及施肥系统 计算机应用 收稿日期