基于SOA优化模糊PID的水肥控制系统研究

为解决目前水肥控制系统中存在的精度低、稳态性差、过度依赖专家经验等问题,基于模糊PID控制模型,设计一种SOA优化模糊PID的水肥控制系统.系统采用具有自适应特性的SOA算法,智能优化模糊PID控制器的量化因子、比例因子,完成对系统中各项参数的自适应调整.综合Simulink水肥控制对比实验可知,SOA优化的模糊PID...     

基于PSO-PID的拖拉机线控液压转向控制研究

PID控制是典型的控制系统,其核心内容是PID参数优化。为解决拖拉机线控液压转向PID控制参数优化时不能确保得到最佳性能且耗时长的问题,课题组采用了理论分析法及仿真实验法,对线控液压转向系统的模型进行了仿真分析,基于粒子群算法（PSO）优化了PID参数,提出了PSO-PID控制器,并将其控制结果与标准PID进行对比,得出了使整个PID系统性能优异的优化结果。仿真结果表明,PSO算法有效提高了PID参数的稳定性、收敛速度和搜索精度,性能指标更优。     

阻尼累加离散灰色预测的Smith预估智能灌溉系统

灌溉系统具有非线性、多干扰和时滞性等特点,为实现灌溉控制的智能决策与精准灌溉,提出基于阻尼累加离散灰色预测的Smith预估变论域模糊PID灌溉控制模型（DADGM-SVUFP）。针对模糊PID控制器控制精度不高、适应性不强等不足,设计指数函数型伸缩因子自适应调整模糊变量论域,采用Smith预估补偿器消除系统时滞性影响,改善系统适应性和鲁棒性。结合离散灰色预测（DGM）和阻尼累加灰色预测（DAGM）模型的预测性能优势,提出阻尼累加离散灰色预测（DADGM）利用阻尼趋势参数减缓预测过程数据变化趋势,有效提高了灌溉系统稳定性和控制精度。构建FPID、NVUFP、DGM-NVUFP和DADGM-SVUFP四个控制模型实施水肥灌溉控制仿真试验,结果表明DADGM-SVUFP与其他模型相比稳态误差最优,调节时间比NVUFP、DGM-NVUFP分别少3.75 s、1.29 s,超调量比NVUFP、DGM-NVUFP分别降低9.2%、5.4%。灌溉测试进一步验证基于DADGM-SVUFP的智能灌溉系统适应性好、响应迅速、控制精度高,控制效果和系统稳定性均优于其他模型,能够满足水肥气灌溉系统的智能决策和精准控制。     

基于WOA优化模糊PID的设施智能水肥系统设计与实现

为解决传统水肥灌溉难以精准施肥以及水资源浪费的问题，针对当前水肥系统自适应能力差，存在非线性、时变性和滞后性以及自动化程度低等难点，设计了一套适用于设施农业的智能水肥远程控制系统。该系统通过基于鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm, WOA）优化模糊PID调控本地端电动球阀开度进而精确控制水肥溶液电导率（EC），实现远程控制电导率至设定范围。利用MATLAB/Simulink对PID、模糊PID、以及基于WOA优化的模糊PID控制系统进行仿真，发现较传统的PID控制模型，系统的超调量仅为PID控制的2.7%，调节时间缩短了86.5%，稳态误差降低了99.8%。实现了智能终端对传感器数据实时监测和智能算法对水肥溶液EC值远程精确控制，具有较高的实际运用价值。     

基于模糊PID控制的水肥一体化设备的设计

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。     

基于模糊PID的丘陵山地灌溉控制系统设计

针对传统丘陵山地农业灌溉通常采用人工控制电磁阀进行灌溉所出现的水资源浪费、人工成本高等问题,设计了一套基于模糊控制和PID控制的丘陵山地农作物自动灌溉控制系统,将PID控制的稳定性和模糊控制的适应性相结合来控制灌溉时长。通过Simulink搭建的丘陵山地灌溉系统,分别用常规PID和模糊PID来控制该系统进行仿真实验。结果表明：模糊PID控制下的系统相比于常规PID控制,超调量和调节时间都明显降低,具有更高的稳定性、适应性和调节性能,可以用于丘陵山地农业自动灌溉系统中。     

基于PSO-BP优化PID模型的水肥控制系统研究

针对传统灌溉施肥方式无法切实满足作物生长需求和水肥资源浪费严重的问题,设计一种基于PSO和BP神经网络优化PID模型的水肥控制系统。系统通过结合作物种植环境水肥浓度信息,利用PSO和BP神经网络算法优化PID控制参数,以解决水肥施灌过程中系统的非线性、时变性和滞后性等问题。综合MATLAB/simulink仿真试验结果可知,利用PSO和BP神经网络优化的PID控制模型较传统PID控制模型系统响应速度提高9.33%,调节时间缩短72.24%,超调量仅为PID控制的11.78%,优化效果较好。系统试验结果表明,施灌过程中系统控制稳定,在一定程度上达到水肥浓度精准控制的效果,具有实际应用价值。     

基于DRNN网络的风力辅助提水机自整定PID控制

基于风力机和离心水泵的特点,提出了一种风力辅助提水机结构及该机的控制系统。该机是一个耦合的两输入两输出时变系统,系统存在的响应较慢,负荷的随机变化及参数快时变的特性。固定参数PID控制难以适应此系统控制要求,因此,提出一种基于回归神经网络（DRNN）的两输入两输出PID控制器结构,给出了DRNN神经网络参数学习算法和PID控制器参数自整定算法。使该系统能在自然界的风速随机变化的情况下使风力机最大可能利用风能,同时与离心水泵输出功率匹配.计算机仿真结果验证了该控制策略可行性,这为以后进一步研究奠定了基础。     

智能灌溉系统的设计

随着时代的发展,中国的农业领域不断扩张。目前已经成为农业第一大国,而人工操作已经不能满足目前的工作需要,所以智能灌溉系统的出现,能更好地解决劳动生产力等问题,此次设计的智能灌溉系统由四部分组成:核心控制模块、外部传感器模块、开关控制模块、显示模块。此系统不仅可以实时监测土地湿度,还可以控制水泵自动开关实现自动浇灌功能。     

基于GA-FUZZY-PID算法的精准施肥控制系统研究

新疆地区作为我国最大的棉花产区，棉田滴灌技术已基本成熟并得到广泛应用，目前棉田滴灌系统控制方法主要集中在PID控制算法与模糊控制算法，但传统PID算法易引起超调，模糊算法参数大多基于人工经验设置，使得控制欠细腻。针对这些问题，设计了一套基于GA-Fuzzy-PID算法的控制系统，结合遗传算法计算简单、功能强、优化效果好的特点，通过改变与软管泵相连的变频器的频率来实现精确调节软管泵出口的施肥流量。对PID算法、Fuzzy-PID算法、GA-Fuzzy-PID算法进行了不同流量设定下的软件模拟和流量设定为0.6 m³/h时的实验验证。结果表明，基于GA-Fuzzy-PID的控制器最大超调量与稳态时间明显缩短，具有更优异的控制效果，更能满足施肥灌溉系统精准控制的要求。     

一体化灌溉施肥机电气控制系统优化研究

为进一步提升一体化灌溉施肥机的作业效率,在明确其结构组成与工作原理的基础上,对内部电气控制系统进行了优化研究。运用PID智能调节和PLC控制理论,对整机的电气装置和自动控制系统进行优化改进,包括调节控制模块、数据管理模块及智能监测模块等,并选定优化参数进行灌溉试验。结果表明:以肥液浓度C为指标,计算机理论浓度与灌溉试验浓度均可达到设定目标浓度状态,且二者吻合较好;优化后的一体化灌溉施肥机的水利用效率和肥料利用效率分别在原基础上提高22%和13%,大大缩短了施肥灌溉作业时间,验证了此优化研究的可行性,具有一定的应用价值。     

水肥精量配比灌溉系统设计

精确地控制农业灌溉中的水肥配比,能够很好地促进农作物的生长,大大提高化肥利用率。为此,开发了一套水肥精量配比灌溉系统,采用水路和肥路混合的方法,利用直流调速器控制泵来调节管道中水肥流量,从而实现水肥配比。该系统采用遗传算法优化的模糊PID模型作为控制策略来实现精量配比控制,进一步完善了传统PID的控制性能。实验结果表明:该系统成功实现了水肥精量配比,有效地提高了灌溉精度,具有一定的推广性和应用价值。     

水肥一体机肥液电导率远程模糊PID控制策略

为检测水肥一体机肥液电导率(EC),并将其控制在合理范围内,基于物联网技术,设计了远程水肥灌溉控制系统,将自整定模糊PID控制算法引入远程开发者服务终端中,通过模糊PID控制算法调控本地端变频注肥泵的频率进而精准控制EC,并对本地端PID和远程端模糊PID控制算法进行了对比试验验证。结果表明:目标EC越大,稳态EC越精确,但稳态时间和超调量均增大;与传统本地端PID控制相比,该系统响应速度快、EC波动幅度小、稳定,当目标EC为2.5 mS/cm时,稳态时间和超调量分别达到120 s和20.8%,混肥时间和实测EC均能满足水肥控制实际需求。该研究实现了EC的远程模糊PID控制,以及灌溉施肥系统的计算机、手机微信多终端灌溉数据监测和开关量控制。     

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

基于模糊PID控制的烘干房温度控制设计

为解决生猪运输车传统的晾干消毒所需时间周期较长问题，设计汽车烘干房，以气体热量进行交换，控制室内温度达到目标温度成为关键的问题。针对温度控制具有惯性大、滞后性等突出的特点特性，提出模糊PID的自适应模糊控制算法，该算法依据经验模糊控制规则，实时优化PID系数调教参数Kp、Ki、Kd，有效改善控制系统。根据试验可以看出，模糊PID控制的实际温度比目标温度最大温差为2.5 ℃，超调量为3.5%，而传统的PID与目标温度最大温差为5.1 ℃，超调量为7.1%。模糊PID与传统的PID控制相比较，具有较小的超调量而且在受到外界干扰反应速度也很快。     

基于Fuzzy-Smith控制器的营养液pH值调控系统研究

pH值的控制是水肥一体化营养液循环控制系统的重要环节,水肥控制过程中pH值在最优控制范围内有利于根系的发育以及多数矿物质的吸收。营养液调控过程中,由于循环管路以及酸液的缓慢扩散,使得pH值调节过程存在很大的时滞,传统PID难以取得良好效果。本研究根据被控对象特点,建立了描述该过程的数学模型,设计开发了一套具有二次混肥特性的以MSP430单片机为主控的营养液pH值控制系统。由于参数自整定模糊PID不需要精确数学模型以及Smith预估可对纯滞后进行补偿的特点,开发的系统将参数自整定模糊PID控制引入Smith预估当中,既缓解了滞后时间对控制系统的影响,又对模型的不精确性进行了补偿。为了验证该算法以及系统的有效性和优越性,分别对PID、Fuzzy-Smith控制算法进行仿真测试,同时在不同灌溉量下进行性能试验。试验结果表明,在不同灌溉量下Fuzzy-Smith控制算法pH值的平均最大超调量为0.83%,营养液pH值从8.0调节为6.0的平均时间为157s,优于常规PID控制的2.55%和189s。     

变频调速分级恒压灌溉自动控制系统及应用

为解决机电泵利用工频电源(50 Hz)作恒速运转条件下,灌溉面积或地形高差变化较大的管道式喷微灌系统灌水均匀度不能满足灌溉要求的问题,提出了一种变频调速分级恒压灌溉自动控制系统,该系统将变频技术和自动化技术相结合,具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备,可同时对1台或多台三相380 V,50 Hz水泵电动机进行自动控制.该系统设计了多段压力设置转换电路,可根据预先设定的压力控制值自动进行压力等级切换,并对管网的电磁阀开启、关闭进行控制,实现分级恒压自动供水灌溉.通过工程实例分析表明,采用水泵工频控制时喷灌系统水头最大差值为12.89 m,采用变频分级恒压控制时喷灌系统水头最大差值为3.38 m,满足设计压力变幅不大于4.00 m的要求.同时该系统具有节水、节能、自动化程度高、运行管理方便以及保证管网和水泵安全运行等功能,能够根据灌溉分区进行分级恒压自动供水灌溉,满足灌水均匀度要求.     

基于SQL的智能灌溉专家系统优化设计

随着全球水资源的不断匮乏,节水形势越来越严峻。传统的灌溉技术缺乏对水资源的合理分配,导致水资源利用率十分低下,浪费现象较为严重,且不合理的灌溉模式对农作物生长也产生了一定的影响。为提高水资源利用率,保证农作物时刻具有所需的水分,基于SQL数据库技术,完成了智能灌溉专家系统的优化设计。通过分析专家系统的基本结构,建立了SQL数据库的E-R模型,并对智能灌溉专家系统的典型数据表(用户信息表、机具信息表、灌溉标准信息表和水泵信息表)进行优化设计。最后,对灌溉系统的实际灌溉情况进行试验,结果表明:基于SQL的智能灌溉专家系统可以根据农作物的生长所需合理分配水资源,使农作物具有适宜的水分环境,对大幅提高农作物产量和质量具有一定的实践意义。     

PLC变频调速节能灌溉系统的设计

在分析了变频调速灌溉系统与阀门开度调节灌溉系统的节能效果之后,得出了一种新型的农业灌溉系统供水方式,即利用PLC结合变频器的方式来实现恒压变流供水。给出了变频调速灌溉系统结构图,并进行了系统软件流程设计。系统能够连续采集水泵流量,与设定的工作压力进行比较,实时改变水泵电机的工作频率调节灌溉流量。从而改变了传统农业依靠控制阀门开度及人工启停水泵电机的操作方法。经过实验证明,采用变频调速的节水灌溉系统,比传统模式节能20%~69%。对设备寿命周期的延长,节约电能和人工成本,提高灌溉可靠性方面均有极积的意义。