基于模糊PID的变量液体施肥控制系统

变量液体施肥控制系统具有大惯性、非线性和参数时变的特点,采用传统的PID控制方法很难实现准确的控制。为此,在建立电动执行器的数学模型的基础上,采用自适应模糊PID对液体肥流量进行自动控制,并利用Mat Lab对变量液体施肥控制系统进行建模和仿真及实验验证。仿真与实验结果表明:变量液体施肥控制系统采仿真时,自适应模糊PID控制系统的动态静态指标明显高于常规PID控制;系统超调量、调整时间明显改善,即超调量为1.5%,系统进入稳态所需时间为0.86s。变量液体施肥控制系统实验时,PID控制变量液体施肥系统的响应时间为1.6s,超调量为7.8%。模糊PID控制变量液体施肥系统的响应时间为0.8s,超调量为0,使施肥量更有效地保持在给定范围。该方法可为变量液体施肥控制提供一种有效的控制方法。     

果园有机肥深施机分层变量排肥控制系统设计与试验

果园不同深度的土壤养分不同，果树根系分层吸肥能力不同，有机肥分层变量深施可以解决传统施肥存在的养分分布不均和肥料利用率低等问题。针对有机肥分层变量深施的排肥控制问题，本文设计了排肥控制系统，可以根据用户设置的各层理论排肥量和作业速度，实时计算液压马达的理论转速，并采用PID算法控制比例流量阀开度，调节马达转速驱动螺旋输送器排肥，实现分层变量排肥。将AMESim中建立的液压系统模型与在Matlab/Simulink中建立的控制模型进行联合仿真，整定PID参数。液压马达转速调节性能试验中最大超调量为14r/min，达到稳定转速的时间最大为6s，控制性能较好，表明通过AMESim-Matlab/Simulink联合仿真，能够快速便捷地整定PID参数，结果准确可靠。排肥控制性能试验中排肥量相对误差最大6.20%，变异系数最大8.69%，排肥量准确性和均匀性均达到要求。设计的控制系统具有较好的性能，能为果园有机肥分层变量深施提供技术支撑。     

基于系统集成的种肥控制布局设计

为了实现施肥播种的高精度控制,设计了种肥控制系统,包括播种控制和施肥控制。播种时,首先检测施肥播种机前进速度,根据播种间距设定值,控制排种轴转速;排种轴通过PID方法进行调速控制,采用PSO方法迭代计算PID调整参数。施肥控制中,首先建立每公顷施肥量和排肥器每分钟排肥量之间的关系,再建立排肥轴转速和每分钟排肥量之间的模型,并根据试验对其进行标定。结果显示：排肥轴转速和每分钟排肥量呈线性关系,线性决定系数达到0.99;漏播率范围为4.6%～6.7%,重播率范围为1.2%～2.7%;排肥相对误差分布范围为1%～8.4%。     

稻麦精准变量施肥机排肥性能分析与试验

为提高基于近地光谱技术的稻麦精准变量施肥机排肥性能稳定性,改善变量施肥控制精度,建立了外槽轮式变量施肥机离散元仿真模型,运用离散单元法和EDEM 2.2软件对施肥机排肥过程进行性能分析和数值模拟,研究不同排肥器结构和施肥控制策略对施肥机排肥稳定性的影响,并通过台架试验和田间试验验证仿真模型的准确性。结果表明:改进后的排肥器施肥量变异性系数明显减小,标准差减小14.59 g,变异系数降低9.9%;采用转速优先控制策略,当槽轮开度为19.34 mm时,排肥量稳定性系数最佳为1.09%;采用开度优先控制策略,当槽轮转速为55.75 r/min时,排肥量变异性系数最小为1.85%;与验证试验结果相比,误差最大为14.06%。结果验证了离散元仿真方法分析颗粒运动过程的准确性,表明所设计改进的排肥器能够提高施肥机排肥稳定性,满足稻麦精准变量施肥要求。     

高粱气吸式播种颗粒肥穴施控制系统

针对高粱的穴施肥技术设计了一套高粱穴施控制系统,并结合高粱穴播技术、种肥同施技术,完成根据高粱种子下落并伴随着穴施肥的精准施肥控制系统.采用离散元分析软件进行仿真模拟,通过仿真试验与实际试验进行数据对比,分析在确定穴施肥的基础上排肥器转速、排肥量之间的关系,做到理论与实践的结合.采用PID控制策略,最大优点是控制机理完...     

基于模糊PID的冬小麦变量追肥优化控制系统设计与试验

为了实现冬小麦实时变量精确追肥,研究了基于模糊PID控制技术的变量追肥机追肥量实时调整算法,通过对排肥器转速和开度双变量调节,实现追肥量的优化控制。系统首先采用粒子群优化算法确定PID控制器参数的初始值,然后通过实时获取冬小麦冠层归一化植被指数和排肥器实时状态,结合模糊控制理论和PID控制技术,对PID参数进行在线整定,实时调整排肥器的转速和开度,从而实现追肥量的最优控制。试验结果表明:施肥过程中,施肥量存在波动性。但施肥量变异系数小,最大为3.22%,均值为2.09%,可以满足田间变量施肥的要求。模糊PID控制算法具有良好的动态稳定性和跟踪性能,无论是室内试验还是大田试验的控制精度均达到86%以上。     

基于增量式PID算法的多种固体肥精确施控系统研究

为了实现变量施肥过程中多种固体肥的实时自动配比、提高施肥控制系统的排肥量控制准确率,采用增量式PID闭环控制算法设计基于测土配方的多种固体肥精确施肥控制系统及与之配套的施肥装置,实现了氮、磷、钾3种固体肥的适时快速响应和实时精量施入。施肥控制系统主要包括主-从控制器模块、处方图模块、北斗卫星定位模块、测速模块、人机交互模块、施控电机模块和施肥量监测模块等。主控制器主要完成人机交互指令接收、北斗卫星定位信息获取、处方图施肥量查询、车速和施控电机的工作状态监测、从控制器工作指令下达等任务,人机交互模块实现主控制器和手机APP的通信;从控制器主要实现主控制器指令接收和施控电机工作控制。根据播种环节普遍采用中小型播种机的实际情况,模拟播种施肥机具行进速度为3.5~6.5 km/h,进行了实验室单一肥料排肥试验,试验表明,控制系统最大响应时间1.85 s,平均响应时间1.45 s。在设定施肥量50、100、200、300 kg/hm²下,模拟行进速度为4、5、6 km/h时,控制系统的排肥量准确率达97.16%,监测准确率98.56%。进行了田间试验,制作了哈尔滨市双城区东海村测土配方施肥的处方图,在车速为4、5、6 km/h时,尿素、磷酸二铵、硫酸钾的排肥量准确率分别达97.22%、98.60%和97.73%,满足精确施肥系统的施肥精度要求。     

自适应模糊PID与PI复合控制变量施肥系统研究

针对农业生产中变量施肥量很难精确控制的问题,提出了变参数自适应模糊PID与变参数PI控制相结合的方法。系统初期采用P主导型PI控制,以提高系统快速性;系统中期采用自适应模糊PID,同时兼顾系统快速性和稳定性;系统末期采用I主导型PI控制,充分体现系统的稳定性。实验结果表明:自适应模糊PID与变参数PI复合控制施肥系统的最大超调量不超过2.21%,响应时间为0.23s。自适应模糊PID与变参数PI结合的方法优于传统的PID控制,可为变量施肥精确控制提供一种有效的途径。     

设施蔬菜生产无人化开沟施肥机控制系统研究

为解决设施蔬菜生产存在的用工难、用工贵、劳动强度大、作业效率低、农机农艺融合不够等问题,设计基于PLC和自适应Fuzzy PID的设施蔬菜生产无人化开沟施肥机的控制系统。采用西门子S7-200 SMART PLC 作为主控制器开发开沟施肥机的控制系统,实现无人化开沟施肥;再采用自适应Fuzzy PID控制方法实现精准施肥。通过试验可得开沟深度最大相对误差为7.5%,平均相对误差为1.2%,施肥量最大相对误差14%,平均相对误差为6.6%,满足开沟控制要求和精准施肥要求,控制系统稳定性好,控制精度高,满足生产要求。     

施肥播种机肥料流量分段式PID控制系统设计与试验

施肥稳定性是评价变量施肥系统性能的重要指标,针对常规外槽轮式排肥器排肥时脉动性明显导致排肥均匀性差的问题,提出了基于肥料流量反馈的分段式PID控制方法,并设计了施肥播种机高精度肥料流量控制系统,系统采用肥料流量检测模块获取实时肥料流量并作为反馈输入,结合目标肥料流量,根据分段式PID控制算法得到控制输出量,驱动施肥电机,实现肥料流量的准确控制。搭建了施肥试验台,进行了肥料流量变化阶跃响应与施肥精度的台架试验,结果表明,肥料流量控制系统的阶跃响应时间最大值为1.42 s,均值为0.98 s,超调量最大值为3.49%,均值为2.82%,稳态误差最大值为0.89%,均值为0.64%,施肥量控制精度最小值为97.83%,均值为98.14%。在不同试验条件下,肥料流量控制系统的肥料流量控制精度与施肥精度均优于恒定转速系统。田间试验表明,当车速为4、6、8 km/h时,肥料流量控制系统的施肥量控制精度分别为97.84%、97.78%和97.82%,施肥量控制精度平均值为97.81%,标准偏差为0.28%,能够满足高精度施肥需求。     

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。     

基于PLC的马铃薯播种机施肥控制系统研究

为了保证马铃薯的生长环境,提高肥料利用率,四川基于PLC技术设计了马铃薯播种机的施肥控制系统,主要由中央控制系统、信号采集系统、排肥执行系统、显示器和声光报警器组成。马铃薯播种机利用液压控制器对排肥器的排肥量进行控制,液压控制系统采用BP-PID控制算法,以实现变量施肥的目的。试验结果表明:施肥控制系统可以满足变量施肥控制的要求,且工作性能稳定。     

支持故障报警的果园对靶变量排肥系统

针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1~5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2~40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。     

基于EDEM的深施肥器排肥与阻力影响因素分析

为解决深施肥的施肥口堵塞问题,设计了一种鸭舌型深施肥器,并建立了深施肥器的离散元仿真模型,模拟了不同工作参数下的排肥过程,探索了施肥器类型、施肥深度、前进速度和土壤含水率对排肥量和工作阻力的影响。仿真及台架试验结果表明:鸭舌型深施肥器肥料堵塞时间短,排肥均匀,综合性能最优;施肥深度越大,工作阻力越大,排肥量稍少;含水率影响初期的排肥流畅性,肥料堵塞程度含水率25%的比15%的要严重;前进速度对工作阻力和稳定后的排肥均匀性影响不大,而对排肥滞后和排肥量的影响较大。工作阻力仿真值与台架试验值的误差在11.5%以内,变化趋势基本一致,证明采用离散元法对深施肥器排肥影响因素进行仿真分析具有可行性。该研究结果为深施肥器的设计及其田间作业参数的确定提供了参考。     

自适应模糊PID控制在茶叶杀青机中的应用

针对传统的滚筒式茶叶杀青方式控制系统不够稳定、杀青效果差等问题,将远红外辐射加热技术应用于茶叶杀青中,并采用自适应模糊PID控制技术来提高温度控制精度和抗干扰能力。仿真结果表明,自适应模糊PID控制方法调节时间短,超调量和稳态误差均为0,能够使茶叶杀青机的温度保持恒定,显著提高茶叶品质。因此,自适应模糊PID控制技术完全能够满足制茶行业的要求。     

基于单片机的模糊PID恒压供水控制系统

鉴于传统泵站供水系统存在耗能大、水压波动大等问题,在对某泵站供水系统作系统研究的基础上,提出了以供水管网的水压、水位、流量等参数为控制对象,采用自适应模糊PID控制策略,通过调整供水水泵的投入台数及转速,来实现恒压供水的快速性和可靠性的解决方案.对自适应模糊PID算法进行了研究和计算机仿真,给出了基于MATLAB的系统仿真结果,并对该自适应模糊PID控制结果与传统的PID控制仿真结果进行了比较.仿真与实验结果表明：采用自适应模糊PID变频恒压闭环供水,供水控制系统的稳定性得到了较大的改善,在设定水压值为0.9 MPa时,系统的上升时间为2.76 min,超调量为0.47%,调节时间为2.8 min.     

基于EDEM的高精度施肥装置设计与试验

肥料利用率低的主要原因是施肥方式精度不高引起的,将条状施肥改变为穴式施肥,可使肥料的利用率得到提升。为此,基于EDEM采用现代化的离散元模型科技设计,对不同结构和作业参数下的排肥盘进行仿真分析计算,结果表明:肥料腔的形状、施肥装置的前进速度及施肥量均对排肥量的变异系数有着明显的影响,施肥装置的前进速度变快和施肥量的降低最终会导致排肥量的变异系数增大。通过仿真模型对比发现,相比较其他形状的肥料腔来说,整体呈现为圆弧形的肥料腔对于排肥量的稳定性最好,施肥装置在前进过程中对于肥料的扰动情况也最小。在传送带速度为7km/h、排肥量300kg/hm^2的条件下进行了试验验证,结果表明:圆弧形肥腔的稳定性最好,排肥量的合理率为94%,变异系数为6.5%,与仿真实验的结果呈现出了相同的规律,可应用到实际排肥作业当中。     

分层近根式液体粪肥施肥铲设计与试验

针对当前液体粪肥施肥铲存在的施肥不均匀、近根施肥难、作业功能单一等问题,从提高肥效、降低排放、提升性能角度出发,设计了一种分层近根、基施追施一体的液体粪肥施肥铲,设计了施肥器和避障器等关键部件,采用EDEM离散元法构建施肥铲-土壤力学仿真模型,优化追施过程施肥铲侧向排肥管参数,搭建施肥铲性能测试平台,采用清水模拟方式,开展了施肥铲分层施肥和近根施肥效果试验,结果表明：当施肥铲侧向排肥管后倾角为15°、侧向排肥管刃角为18°时,施肥铲基肥作业阻力最小;采用分层施肥方式时,当施肥铲作业速度为3km/h、排肥量为5L/s时,肥料在土壤中纵向扩散深度为235mm,较改进前单口排肥方式,纵向覆盖范围提升65%;采用近根施肥模式时,当施肥铲作业速度为1.2km/h、排肥量为3L/s时,约80%的肥料分布在距作物根部中心100mm半径范围内,较好地实现了近根施肥。     

基于免疫——自整定模糊PID的ClO_2消毒液浓度控制应用

为满足水产品清洗消毒的需求,设计适用新型消毒剂ClO_2的浓度控制系统。在分析模糊免疫PID控制器和自适应整定模糊PID控制器特点的基础上,结合两者的优势设计混合模糊PID控制系统并进行仿真实验。结果表明,自整定模糊免疫PID控制系统的动态性能良好,响应速度和对于周期性干扰的调整均能满足生产需求,超调量为7.5%左右,控制性能和鲁棒性能良好。并在样机上进行生产验证,能够初步达到仿真实验效果,为ClO_2消毒液的浓度控制提供新的发展思路和参考方向。     

圆锥盘推板式水田侧深施肥双行排肥器设计与试验

为提高水田侧深施肥排肥器稳定性与均匀性,增强肥量调节能力,保证水田侧深施肥作业效率与质量,结合黑龙江地区水田施肥农艺要求,设计了一种圆锥盘推板式双行排肥器。阐述了排肥器工作原理,构建了肥料不同阶段的力学模型,确定了圆锥转盘结构参数与临界转速;应用离散元软件EDEM仿真分析推板数量对肥料填充能力与排肥性能的影响规律,得出推板数量为8时,排肥器具有最佳排肥性能;采用全因子试验方法开展圆锥转盘转速为15～45 r/min、排肥口开度为5～25 mm条件下排肥器排肥量和排肥性能的台架试验,试验结果表明,排肥量范围为122～934 kg/hm²,与圆锥转盘转速和排肥口开度均具有较高的线性相关性,且与圆锥转盘转速相关性最高;双行排肥量一致性变异系数、总排肥量稳定性变异系数和排肥均匀性变异系数范围分别为1.01%～3.88%、1.05%～3.81%、6.64%～15.79%,排肥器倾斜状态下双行排肥量一致性变异系数最大值为6.17%,试验结果满足水田侧深施肥性能要求。