离心泵变压供水系统控制模型辨识的试验研究

离心泵变压供水被认为是一种节能供水模式,但由于对其控制模型的研究不够深入,在水泵变工况运行时常常造成用户端水压不稳,推广应用受到很大限制。为提高变压运行控制系统性能,利用变频器、虚拟仪器搭建离心泵供水系统试验台,编制LabView测控程序,进行变工况下的变压和恒压模型辨识试验。根据各响应过程,通过MATLAB系统辨识工具箱建立过程模型与理论模型比较,并对比分析相同阀门开度下和不同阀门开度下变压与恒压过程控制模型的参数和结构变化。结果表明随着离心泵工况改变,变压供水控制模型是定结构的带延迟二阶模型,参数具有较大幅度的变化,其惯性、时变和时滞特性比恒压供水更大,建议针对系统暂态性能改善设计具有PID特性的变参数控制器。     

自控变频调速式灌溉水注肥装置的研究

为现代农业节水灌溉与精准施肥所需的配套注肥装置的开发,研究采用输液泵将肥料原液和酸碱调节液强行注入灌溉管网,并与灌溉水按比例混合获得一定浓度和酸碱度(EC & pH)的灌溉液。灌溉液浓度和酸碱度通过EC传感器和pH传感器检测并反馈PLC控制系统,通过变频调速进行EC值与pH值动态调节,实现节水灌溉系统的精准施肥灌溉。采用自控变频调速技术的灌溉水注肥装置经过实际运行,完全满足设计要求,可实现灌溉液的正常输送和EC值与pH的动态调节。特别是射流自吸泵变频调速技术的实现,不仅有效实现了灌溉液浓度（EC值）的动态调节,同时降低了设备成本,完全可用于节水灌溉注肥装置的开发。     

自适应滴灌灌水器的水力性能试验

为检验自适应滴灌灌水器的流量自动调节效果,根据自适应滴灌灌水器的工作原理,利用负压吸气泵模拟土壤负压,进行了AD-1型自适应滴灌灌水器在流量补偿、流量自适应2种工作模式的流量均匀性、供水压力-流量关系、模拟土壤负压-流量关系等水力性能试验与研究,并分析了其适宜的工作压力。结果表明:AD-1型自适应滴灌灌水器增添的滴水状态控制结构,不仅保留了常规滴灌灌水器的流量补偿特点,还增添了感知土壤水分含量、智能化控制灌溉和流量自动调节的多重使用功效。在流量补偿模式下,灌水器在额定供水压力100kPa时的平均流量为14.71L/h,且流量均匀度高,流量偏差系数为9.79%;在流量自适应模式下,灌水器的流量均匀度基本不变,在供水压力30kPa和土壤负压最小值20kPa的共同作用时即可开始正常工作,并确定出最小、最大的适宜供水压力分别为30、50kPa。在适宜供水压力30～50kPa范围内,灌水器能根据土壤实际水分状况在0～11.22L/h之间实时、自动调节滴水流量,改变了常规灌水器被动出水的工作方式,真正实现作物、土壤的按需主动连续取水,明显地提高了节水灌溉设备的精准灌溉水平,既保证了作物正常生长的适宜土壤水分,又促进了灌溉系统应用模式向智能化、自动化方向的进一步发展。     

根区局部控水无压地下灌溉技术在温室大棚中的试验研究

为了探明根区局部控水无压地下灌溉技术参数和指标，通过在蔬菜大棚中种植黄瓜的试验，研究分析了在不同供水压力条件下的孔口出水规律和根区局部湿润状况。研究结果表明：无压灌溉的灌溉水量转换为土壤水主要集中在出水孔周围20 cm范围内，能够满足黄瓜的需水要求；该灌溉技术并不降低作物产量，与滴灌相比可实现节水25%以上。具有节能、节水、优质的综合效应，为蔬菜大棚中的应用提供了理论依据。     

温室环境自动监控

本文介绍了温室自动控制系统的组成及工作原理，该系统可完成温室内的温度，温度，光照，CO2等参数的采集，并可根据上述参数实现温度调节，光度调节，节水灌溉及CO2等参数的自动调节，实现了温室大棚自动控制功能。     

冬小麦节水灌溉及其对土壤水盐动态的影响

本文研究了黄淮海平原盐渍土地区节水灌溉对冬小麦产量和土壤水盐动态的影响，结果表明，在保证小麦的需水关键期的供水的前提下，适当减少灌水次娄和降低灌溉定额仍可获得较高产量，并且有利于土壤水盐动态的调节，提出了不同条件下的最佳节水灌溉方案，可以节水４０－７５％。     

节水灌溉自动控制技术的应用

分析了节水灌溉中自动控制技术的现状、类型、组成及主要设备,以某灌溉区为例全面介绍了节水灌溉中的自动控制技术,并对我国节水灌溉中自动控制技术的应用做出了展望。     

土壤干湿交替对玉米耗水特性及水分利用的影响

旱地农业与灌溉农业中作物经常面临的土壤干旱与湿润交替变化是实际田间环境［1］。作物在生长发育的不同时期可能会遇上各不相同的土壤缺水胁迫，这些不同胁迫会对作物诱导出适应性的生理反应和伤害性影响［2,3］，对此进行研究和认识，可以在节水灌溉中控制作物生长发育不同阶段土壤水分来调节作物生理过程，避免伤害性变化的发生，而促进适应性变化的产生，以改善作物发育后期籽粒形成阶段根系和叶片的功能来提高作物产量、品质和水分利用效率，达到高效、优质的目的。本文主要研究玉米在土壤干湿交替过程中的耗水特性和叶水分状况的关系，探讨提高水分利用效率的机制，为节水农业提供优化供水模式。     

智能水位测控仪在节水灌溉系统中的开发与应用

基于变频节能节水灌溉系统中对蓄水池水位测控的实际需要,以MCS-51系列单片机为核心,设计了一种水位测控的硬件及软件电路系统,实现了对蓄水池水位的准确测量与监控。该系统克服了数字式液位测控仪校正环节复杂、预置值温漂、控制方式单一的技术缺陷;屏除了其他智能测控仪表对传感器输入信号要求高、参数编辑过程复杂的应用弊端。性能检测与应用结果表明,该电路系统性能可靠,使用方便,性价比高,并在节水灌溉中得到了良好的应用。     

分根区交替灌溉对盆栽甜玉米水分及氮素利用的影响

分根区交替灌溉(APRI)是高效节水新技术，该文通过盆栽试验，研究了不同水肥条件下，3种不同灌溉方式对甜玉米干物质积累、水分和氮素利用的影响。结果表明：在施肥和充分供水条件下，与常规灌溉(CI)相比，分根区交替灌溉节水29.1%，总干物质量和冠干物质量仅分别减少6.3%和5.6%，而水分利用效率和氮肥表观利用率分别提高24.3%和16.4%，这表明分根区交替灌溉的节水节肥效应要与合理施肥和适宜的灌水量相结合才能发挥更好的作用。而部分根干燥灌溉(PRD)由于总干物质量下降太多，水分利用效率和氮肥表观利用率都没有得到提高。     

基于无线传感器网络的节能型水产养殖自动监控系统

水产养殖的规模化发展和人力成本的不断上升迫切需要建立水质参数的无人值守自动监控系统。该文提出了一种基于改进型低能耗分层分群协议（LEACH）的Zigbee无线传感网络的水质监测和基于西门子PLC的变频增氧控制系统。在LEACH-C通信协议中,由基站根据各节点剩余能量的估算值选定簇首,达到各节点供电电池剩余能量的均衡,同时从系统的实际控制精度出发,当节点测量到的溶解氧浓度值与上次发送值误差在0.02 mg/L范围内时,不向簇首发送数据,达到节约供电电池能量的目的,经试验发现采用优化后的LEACH-C协议,比采用常规的LEACH协议网络有效寿命延长33.33%。适合鲈鱼生长的水体溶解氧质量浓度大于4.5 mg/L,但随着浓度的上升增氧效率将逐步降低,因此设定应急增氧的区间为4.5～5.5 mg/L。控制系统根据无线传感网络测量的溶解氧质量浓度值,采用PI-PID控制水体溶解氧浓度。保证了水体溶解氧质量浓度始终适合鱼类生长。通过试验验证,与人工粗略控制相比,这种控制方法大幅降低了人力成本和节约了51%的电能。该文可为水产养殖自动控制研究提供参考。     

基于广义回归神经网络的灌溉系统首部多用户配水快速PID控制

针对多用户配水状态下灌区流量、压力需求变化范围大,传统流量、压力控制响应速度慢等问题,建立适用于多用户灌区配水的灌溉系统首部控制技术。该研究通过分析供水系统流量、压力调节方式,提出了流量、压力PID(Proportion Integration Differentiation)耦合调节方法,建立以电动阀开度为流量控制量、变频器频率为压力控制量对流量和压力进行调控的灌溉首部控制系统。为了减少系统的调节时间,提高系统的运行效率,采用广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)建立流量、压力和电动阀控制模拟量、变频器控制模拟量间的预测模型,形成神经网络PID控制模型(GRNN_PID),并进行模型精度和控制精度验证。GRNN训练结果显示,变频器控制模拟量的相对误差为0.11%～3.86%,电动阀控制模拟量相对误差为0.09%～5.74%,模型精度较高。使用3个调节过程模拟3个用户的需水行为对模型进行验证,结果表明,GRNN_PID模型3个过程的调节时间分别为11.6、10.7和7.2 s,PID模型3个过程的调节时间分别为31.7、29.6和16.9 s,GRNN_PID模型大幅减少了系统的调节时间,提高了系统的运行效率;分别计算了2种模型的控制精度,GRNN_PID调节方法和传统PID调节方法的稳态流量和压力误差都在1%以内,最大超调量为8%,控制精度较高但相差不大,表明GRNN是从策略上加速系统调节速度,其本身并没有对PID的参数进行调整,因此对系统的控制精度影响不大。研究可为灌溉系统流量压力快速控制提供参考。     

穿堤管道主被动混合振动控制与分析

针对泵站机组运行引起的供排水穿堤管道振动问题,该研究提出一种磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)-谐调质量阻尼器(tune mass damper,TMD)有机融合(magnetorheological-tune mass damper,MRTMD)的主被动混合控制体系。利用基于线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制算法,以结构响应加速度取最小为目标函数,优化得到主被动混合振动控制体系相关参数,以提高减振效率和稳定性。通过模拟泵站运行荷载与冲击荷载激励下的结构动力响应控制效果分析,探讨混合控制装置输出阻尼力的鲁棒性和减振效果。将MRTMD应用于穿堤管道工程,从时频域角度分析了所提出的主被动混合控制体系减振效率与有效减振频带范围,结果表明：MRTMD对结构振动耗能能力强,减振频带范围广,效果优于单一的TMD和MRD控制;针对穿堤管道结构振动响应的控制效果良好,加速度响应减振效率达到37.56%～38.07 %,位移响应减振效率达到40.23%～41.38 %;对机组主轴转动引起的转频、倍频等机械振动均可有效减弱,特别是对水流冲击、叶轮内形成的轴向漩涡造成的中低振动频率减振效果显著。该方法可为穿堤管道结构减振控制提供参考,保障穿堤管道结构安全运行。     

日光温室封闭式栽培系统的设计与试验

土壤连作灾害、生产资源严重浪费和环境污染已成为日光温室生产中制约其发展的瓶颈问题,为了解决这些问题,实现节水、节肥、保护环境的目的并提高温室生产的管理水平和自动化水平,该文设计了一种日光温室封闭式栽培系统。与传统栽培管理方式不同,该系统使用基质栽培代替土栽方式,采用基质袋装或塑料薄膜完全包裹的模式,实现了与外界环境的有效隔离;使用水肥一体化营养液滴灌代替水肥分离灌溉方式,回收多余营养液并循环利用;采用无线传感器网络模式,实现了温室环境信息的自动采集和发送。试验结果表明,采用封闭式栽培比传统土栽方式番茄产量提高了11.7%,水、肥用量均节省了2%（基质不同,节省水、肥量不同）,同种基质情况下,采用封闭式栽培方式,由于营养液实现了循环利用,水、肥节省率可以达到17.2%。     

多因素耦合的光伏水泵提水系统配置优化方法

为探究提水效率影响因素及系统配置对光伏水泵提水系统性能影响,该研究利用光伏水泵循环提水系统,探究不同辐照强度、阀门开度、提水高度下光伏组件利用效率、水泵运行效率、管路效率变化规律,并构建系统流量计算模型,根据该模型计算各个区间的提水量占比及不同提水高度下提水系统的参数,根据该系统整体效率和太阳能利用率确定最优提水高度;在此基础上,通过增加光伏组件面积及蓄水池数量降低提水系统提水成本及提高太阳能利用率,并确定提水成本最低时光伏组件面积和蓄水池数量。研究结果表明：确定光伏组件利用效率随辐照强度变化关系及水泵高效率运行区间,并确定光伏水泵最优提水高度为20 m,太阳能利用率为64.05%,整体利用效率为4.521%,提水成本为0.151元/m³;在最优提水高度的基础上,讨论了增加光伏板面积及蓄水池数量对太阳能利用率与提水成本的影响,当提水成本最低时,光伏板面积为3.71 m²,成本为0.143元/m3,太阳能利用率为90.83%;蓄水池数量为4个,成本为0.145元/m³,太阳能利用率为94.62%,表明增加光伏板面积和蓄水池...     

基于可编程控制器的猪胴体喷淋冷却作业控制系统设计

喷淋冷却是一种可以有效降低猪胴体预冷干耗的方法,但由于缺乏相关设备,生产中多采用人工作业的方式进行喷淋。针对人工作业中存在的劳动繁重、效果不稳定等问题,该文设计了一种以PLC(programmable logic controller)为处理器、触摸屏为人机界面的猪胴体喷淋冷却控制系统,该系统可实现猪胴体喷淋冷却作业的自动启停,并支持在触摸屏上人工调整喷淋作业参数等功能。干耗试验表明:人工喷淋的猪胴体24 h冷却干耗均值分别为:夏季1.59%±0.14%,冬季1.34%±0.10%,采用该控制系统分别为:夏季1.25%±0.07%,冬季1.19%±0.05%,相比于人工喷淋分别降低了21.4%、11.2%(喷淋参数:高频喷淋2 h、高频喷淋间歇时长30 min、低频喷淋4 h、低频喷淋间歇时长60 min、单次喷淋时长20 s)。该参数下,人工喷淋作业结束后,猪胴体需在预冷库内继续静置12 h才能将温度降至4℃,采用该系统完成喷淋作业后,继续静置7 h即可达到相同效果,减少了27.7%的冷却时间。该系统的猪胴体24 h降耗稳定性显著高于人工作业(P0.05)且不受季节影响(P0.05),且具有操作简单,工作稳定可靠等特点,能够免除繁重劳动,降低人力成本。可适用于与生猪屠宰有关的降温降耗领域。     

日光型人工气候室的研究设计

该文介绍的日光型人工气候室,在充分利用自然光热和冷源的基础上,设置了能源室、控制室和培养室。采用数字仪表和电子控制技术及小型集散控制系统,实现气候室的温度、光照、湿度等因子的监测和控制。温度参数控制采用了双温双向组合控制,尤其适于在自然光照条件下,对植物的地上、地下部分分别控制的试验研究,其结果更趋于与自然环境的逼近。同时,该设计投资少,节约能源,运行费用低,适于一般科研和生产单位建造和使用。     

温室环境多级控制系统及优化目标值设定的初步研究

该文采用多级控制策略,优化设定系统目标值来解决温室环境系统中多个时间响应常数相差过大的问题;设定系统优化目标值时,白天使植物获得最大的光合速率,夜间在满足植物生长和积温要求的前提下使温室处在能耗最小的状态下运行。构建了能量消耗为零（无加热、无制冷和无机械通风）时计算温室内部温度的模型,采用遗传算法对最优目标值进行搜索。计算结果表明：该系统优于某地先进的温室控制系统,既能获得较高的效率又能节能。