精量水肥灌溉系统控制策略及验证

针对农业施肥灌溉过程中的水和肥液浓度精准控制问题,设计了基于模糊PID控制技术,应用电导率EC值和p H值的调控技术,开发了精量水肥灌溉控制系统.进行了开环阶跃响应试验和继电振荡调试试验,分析得到系统为非线性、惯性、滞后的复杂系统.结果表明,对EC值检测采用PID控制虽有控制精度高的优点,但在肥液浓度变化较大时控制性能恶化.运用开环阶跃响应、PID控制技术和模糊控制技术,设计出EC值的智能PID控制器,试验表明其具备PID参数自整定能力,控制性能优良,稳定时间180 s内,精度±0.15 m S/cm,超调量15%.     

迭代反馈整定在电液伺服系统中的应用

迭代反馈整定（IFT）控制方法能够在未知系统模型的前提下，完成系统控制器的参数整定，使系统控制性能趋向优化。迭代反馈整定方法与传统PID控制器相结合，构成一种IFT—PID控制器，该控制器能够实现在线自整定。将该控制器应用到电液伺服系统中，结果表明，即使被控系统存在很强的非线性，该控制器也能够在外界扰动和系统工况发生变化时，完成控制器参数整定，使控制系统取得满意的控制效果。     

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的马铃薯水肥一体化精准混肥系统设计

针对当前我国大田马铃薯水肥一体化灌溉系统混肥和检测不精确、没有具体针对马铃薯作物、智能化程度低等问题,设计研发了一款基于PLC、物联网控制的精确控制水肥一体化系统。由于大田马铃薯生长环境差、不稳定因素多,该系统使用PLC控制。相比较单片机的控制方式,PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单方便、恶劣工作环境适应性强和施工方便等很多优点。由于传统大田水肥机利用增压泵将文丘里吸肥器吸取的肥料直接注入主管道利用水流冲刷自然混肥,无法保证混肥的精准性,EC、pH传感器也无法精准测量,导致田间作物肥料浓度无法保证一致,作物质量及产量相对较低。相比传统水肥机,增加混肥腔混肥能够明显降低水肥浓度误差。EC、pH传感器实时读取当前的水肥浓度及酸碱度,与预设值做PID运算,再将PID输出通过线性转换转换为脉冲输出时间,通过PLC输出控制文丘里电磁阀的通断吸肥时间,实现水肥浓度的精确调整,配合恒压变频柜使水压在设定值范围内波动,实现水肥精确、稳定输出。      

基于ICPSO-PID风电机组桨距控制分析

针对传统的一阶变桨距机构简化模型难以描述真实的变距执行系统动态特性,建立了完整的电液变桨距风力发电机组高阶数学模型;根据风电机组额定风速以上恒功率控制目标并考虑变桨机构具有惯性和延迟特性,设计了基于功率和风速前馈的变桨控制器;针对额定风速以上变桨控制器参数整定难的问题,提出了一种基于改进协同粒子群优化算法(ICPSO)与比例、积分、微分控制器(PID)相结合的ICPSO-PID控制算法,并将其应用于桨距角PID控制器的参数整定.研究结果表明:提出的优化算法能够快速整定桨距角控制器的参数,风速前馈控制器能够提高变桨系统的动态性,功率控制环节能够实现额定风速以上风电机组恒功率控制.与传统PID控制器的控制效果相比,提出的控制方法具有超调量小、调节时间短和鲁棒性好等优良的控制品质.文中研究方法可应用到实际的电液变桨距风力发电机组控制系统中.     

轮灌条件下灌溉施肥系统混肥过程变论域模糊控制

灌溉施肥系统的混肥过程在轮灌条件下表现出非线性、时滞性、时变性和不确定性的特点。为解决该系统的控制问题,提出了一种变论域的模糊PI控制策略(VFPI),算法采用一组比例指数函数作为伸缩因子对模糊控制器的论域进行在线调整,同时引入了一个协模糊控制器,通过测量系统流量的变化在线调节控制器积分系数的基准值。为验证控制算法的有效性,搭建了灌溉施肥控制系统的试验平台,分别设计了4组不同配方内容和3组不同轮灌条件的模拟试验,采用本文提出的VFPI控制算法和常规PI控制算法进行了对比试验。试验结果表明,所提出的VFPI控制策略能够更好地适应配方内容变化以及轮灌条件变化对混肥过程造成的影响;相比于常规PI控制,VFPI控制的调节时间更短、超调量更小、动态过程更平稳。     

FUZZY自整定PID参数控制器在水轮机调速器中的应用

针对常规PID控制器在水轮机调速器不能在线进行参数自整定的问题,结合模糊控制技术,提出了PID参数模糊(FUZZY)自整定.仿真和分析表明该控制器具有良好的自适应调节能力,并能保证调节系统具有良好的动态品质.     

温室大棚溶解混施智能施肥机设计与实现

为了实现固体水溶性肥料高效溶解与精准施肥，设计了一种温室大棚溶解混施智能施肥机，主要由肥料搅拌单元、供水单元、吸肥单元及控制单元组成，水肥配比采用模糊PID控制调节方式。首先，依据固体水溶性肥料的自身特点搭建带有肥料搅拌装置的施肥设备硬件系统；然后，根据施肥设备混肥特性，建立肥料EC值调控模型，设计PID控制器；最后，采用模糊控制方法自适应调节PID参数，提出模糊PID控制系统设计方法。试验结果表明：使用模糊PID控制策略能够显著提高系统性能，特别是在减少系统滞后时间和保持系统稳定性方面。     

时变论域下设施智能滴灌系统的模糊PID控制

针对设施农业中灌溉系统控制算法不稳定、自适应能力差等问题,通过引入伸缩因子提升自适应模糊控制器的性能,来获得控制精度高、振荡弱的最佳控制方法。结果表明,基于时变论域自适应模糊PID控制系统具有超调量小、调整时间短、稳定性高等优点,相对于传统模糊PID,控制效果明显提升,同时,田间测试的结果表明系统可根据土壤湿度数据进行自动控制,使土壤湿度始终保持在给定值附近,实现灌溉的精准管理和精确控制,为发展设施农业精准灌溉提供一种新的解决方案。     

FUZZY自整定PID参数控制器在水轮机调速器的应用

针对常规PID控制器在水轮机调整器不能在线进行参数自整定的问题，结合模糊控制技术，提出PID参数模糊（FUZZY）自整定。仿真和分析表明该控制器具有良好的自适应调节能力，并能保证调节系统具有良好的动态品质。     

基于模糊自适应PID的农业温室系统研究

温室控制系统是现代设施农业的一种技术手段,传统温室系统具有较大的滞后性,导致温室系统抗干扰能力弱、响应速度慢等缺点。本文在常规PID温室控制的基础上引入模糊控制,使PID参数进行一个在线自整定,以便于提高温室控制的响应速度,从而达到快速控制的效果。针对所采用的温室控制模型通过MATLAB仿真软件对比常规PID控制下所产生的响应曲线,设计一个响应快、超调量小、稳定性高的控制方案,为温室控制系统提供一个理论依据。     

变量喷雾流量阀的变论域自适应模糊PID控制

为解决变量喷雾过程中实时混药时农药微小流量的控制问题，采用小型针阀、直流电动机及减速器设计了机电流量控制阀。构建了机电流量控制阀传递函数的数学模型，并为之设计了变论域自适应模糊PID控制算法。对该流量控制阀进行了变论域自适应模糊PID控制和PID控制的MATLAB仿真，比较结果表明：PID控制的响应时间为3.5 s，最大超调量约为39.0%，变论域自适应模糊PID的响应时间为0.93 s，超调量最大不超过2.9%。系统稳定性，准确性和快速性等指标完全满足农业技术要求。     

BP神经网络PID控制仿真在挤压机中的应用

为了减少挤压机运行前的繁杂工作,针对自动供给系统提出了一种基于神经网络的PID控制方案,利用神经网络的自学习能力对PID控制参数在线整定,使PID控制器具有自适应性.采用动态BP算法,达到了在线实时控制的目的,显示了BP神经网络的PID控制方法很强的鲁棒性,同时也显示了神经网络在解决时变性和严重不确定系统方面的潜能,并改变了运用试凑法调节参数的方法.运用Matlab软件对挤压加料、加水和加酶制剂自动控制系统进行仿真研究.仿真结果表明,神经网络PID控制器优于传统PID控制器,具有较高的精度和较强的适应性,可以获得满意的控制效果.     

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。     

基于天牛须算法整定PID的永磁同步电机控制

在基于永磁同步电机的有感FOC控制中,通过调节转速环节和电流环节的PID控制器参数就能对电机进行控制,但传统的PID参数整定方法控制精度低,稳定性能差,难以获得令人满意的运行效果。为了解决该问题,提出一种基于天牛须算法的PID自整定方法,利用天牛须算法强大且快速的寻优能力对速度环节的PID参数进行自整定。仿真结果表明:该方法设计的电机控制系统具有响应快、无超调和鲁棒性高的优点,相对于传统方法具有显著的优越性。     

基于混合蚁群算法和变论域模糊控制的混肥系统设计

为使水肥溶液更好满足果树养分需求,设计一个果园水肥一体化混肥系统。系统采用液位传感器、pH值传感器和EC值传感器检测水肥溶液参数,采用逻辑控制调节水、肥量和溶液EC值,通过基于混合蚁群算法的变论域模糊控制调节水肥溶液pH值。系统仿真及运行试验表明,该算法能够实时调节伸缩因子,将水肥溶液的pH值保持在7.0,实现水肥溶液pH值的精准调节,满足果树生长需要。     

灰色预测模糊PID灌溉控制技术开发

针对节水自动灌溉中的水肥比例调节和灌溉精度低的控制问题,设计了基于PID控制、模糊控制和灰色预测控制相结合的控制算法,在PID控制的基础上,通过模糊规则进行模糊推理,查询模糊矩阵表进行参数自整定,从而实时调整PID各项参数,加入多因素灰色预测MGM(1,n)解决时滞现象,进行有效的预测作物的需水量,达到对系统的精确灌溉控制。运行测试:该系统与常规PID控制相比,超调量降低了14.68%,系统的调节时间减少了86.62%;比较模糊PID控制,超调量略上升了1.9%,同时调节时间减少了77.71%;并验证了其在水肥浓度和肥量精量控制中,系统响应速度快和实时性好,稳定,大幅度提高了水肥灌溉效果。     

基于变论域模糊PID控制的转向执行机构研究

针对重载车辆转向执行机构系统,提出了基于变论域模糊PID控制的液压缸位置控制结构.传统的控制方法常采用模糊PID控制,虽然控制效果好于PID控制,但普通模糊控制精度低、超调量大,因此有必要采用变论域方法.该方法通过伸缩因子改变模糊输入和输出变量的论域,使论域自调整,以较少的控制规则实现了较高精度的控制.Matlab仿真表明,与传统的模糊PID控制系统相比,该方法的超调量小,控制精度高,控制效果明显好于模糊PID控制.     

基于模糊PID控制的无刷直流电机调速系统研究

无刷直流电机(BLDCM)是一个非线性、多变量、强耦合的系统,常规的PID控制难以达到良好的控制效果,模糊PID控制器依据模糊算法在线自整定PID参数,可弥补常规PID的不足之处,提高控制精度,取得更好的控制效果。论文对所设计的模糊PID控制器在Matlab/Simulink环境下进行了纯数学仿真的研究及调试。在数学仿真的基础上,采用dSPACE硬件平台对电机进行了硬件在环仿真,通过直接控制实物电机,验证了模糊PID控制系统具有良好的动、静态性能。     

水轮机调节系统的Fuzzy自整定PD

介绍了水轮机调节系统的Fuzzy自整定PID控制的系统结构、控制思想、控制算法以及基于MATLAB的仿真系统的设计步骤和方法,最后对Fuzzy自整定PID控制和传统的PID控制的仿真结果进行了比较。