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。     

基于模糊免疫PID算法的变量施肥技术研究

提出了针对多种肥料自动配比变量施肥的技术方案。机械结构方面设计了多个独立的料箱,每个料箱均能够独立被微控制器控制;肥料流量控制则是根据肥料流量以及施肥机械的行走速度,采用了基于模糊免疫PID算法对伺服电机进行控制;在算法性能方面,采用Mat Lab软件对模糊免疫PID算法和传统PID算法做了比较,证明了算法的鲁棒性和稳定性;最后,设计田间作业实验方案,通过实验数据证明了该变量施肥系统施肥精度高、可重复性好。     

基于模糊专家系统的农作物健康管理系统

为及时与有效地提供农作物生产中品种选择、施肥方案以及农药使用等科学的、系统的技术支持方案,提出利用农作物生长知识和该领域专家经验开发农作物健康管理的模糊专家系统,并介绍了系统的总体结构设计、知识的规则表达、GMP的模糊推理方法及系统的实现流程.模糊专家系统是对一般专家系统的发展和补充,具有一定的实用价值.     

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。     

棉田自动施肥系统水肥pH值控制策略研究

新疆是全国最大的优质商品棉生产基地,但肥料施用方面仍主要依靠人工经验方式进行配施,每年不合理的施肥不仅造成了浪费,而且污染了土壤环境.新疆机采棉种植模式下自动施肥控制方面的研究还在探索阶段,目前尚没有成熟的系统.为此,设计了一套基于模糊-PID复合控制的水肥pH值控制系统,结合了PID控制稳态性能好和模糊控制动态性能好...     

精准滴灌施肥自动控制系统的研究与实现

随着滴灌技术的发展,施肥与灌溉相结合,实现自动化、精准化,已成为现代农业的一个发展方向.在研究国内外滴灌施肥技术发展现状的基础上,时适合我国农业现状的精准滴灌施肥自动控制系统进行了研究.系统在运行时可根据施肥处方,自动配制肥液,调整施肥液的浓度、流量及酸碱性,执行精确的施肥过程,并能对作物施肥过程进行全面的监控.研究认...     

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。     

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。     

光传感器变量施肥控制系统开发

针对当前国内智能化农业的发展现状,开发了一个集成光学传感器和数据控制器的实时自动变量施肥控制系统.该系统可以根据作物的长势实现实时变量施肥.系统利用NDVI(归一化植被指数)测定传感器实时地获取农作物生长的NDVI值,结合作物施肥的不同生长时期,达到依据作物长势实时变量施肥的目的.为此,对控制系统的设计和具体的施肥方案进行了详细的介绍.     

基于加权模糊聚类的农田养分管理区划

将加权模糊聚类算法应用于管理区划分,权值的确定分别采用主成分分析法和变异系数法.在吉林省榆树市精细农业试验田获取土壤氮、磷、钾数据,应用本文提出的加权模糊聚类算法进行管理区划分,确定了试验区的管理分区数目,并与传统的模糊聚类方法进行了比较.结果表明,基于加权模糊聚类的管理分区更合理、更符合实际情况,该方法可用于指导精准施肥.     

基于计算机网络的水肥一体机监控作业研究

针对我国传统的灌溉和施肥技术的水分利用率较低、农田管理效率低下的问题,基于计算机网络技术对水肥一体机的监控作业进行研究.该水肥一体机的主要组成包括设备模块、通信模块、数据模块、接口模块和用户模块.农作物生长状态主要受电导率(EC)和酸碱度(pH值)的影响,为了实现对这两项指标的控制和调节,对水肥一体机的监控软件进行设计...     

基于BP神经网络的粮食产量与化肥用量相关性研究

针对太湖流域化肥用量和粮食产量数据,利用BP神经网络算法,建立了粮食产量与化肥用量之间的关系模型,以指导化肥减施增效。共收集了1980—2014年共35a太湖流域16个县市每个县市的单位面积化肥用量和单位面积粮食产量数据。通过自回归滑动平均模型（ARMA）,对两类数据进行时间序列分析,对数据中存在的缺项进行了填补。实验表明,对于单位面积粮食产量数据,用ARMA(2,6)模型能够达到较佳的填补效果,均方误差小于0.2,R2＞0.85。对于单位面积化肥用量数据,用ARMA(3,7)模型较优,均方误差小于0.02,R2>0.80。说明ARMA模型数据填补效果较好。将填补后的不同县的数据通过BP神经网络建立模型,描述了各县市单位面积化肥用量和粮食产量的关联关系。实验表明,该方法拟合的均方误差小于0.12,R2＞0.80,说明BP神经网络是一种准确度较高的拟合方法。通过分析各县拟合结果,表明化肥用量有阈值,化肥用量低于该阈值,粮食产量将会较快速增长,高于该阈值,粮食产量将不再增长,过多的施用化肥并不能取得高产。     

基于神经网络的模糊土壤平衡施肥模型系统的研究

通过对大豆在同一农田进行重复种植试验,以土壤养分和产量为输入,以施肥量为输出,采用混合学习算法训练网络,建立了土壤平衡施肥Fuzzy-Neuro网络模型系统.通过实际验证,将所建模型系统应用在农业生产中,可以提供最佳土壤施肥方案.     

基于蝙蝠优化BP-PID算法的精准施肥控制系统研究

水肥一体化技术在棉花、小麦、番茄等大田农作物种植场景中的应用逐渐增多。当前能够快速有效调整大田农作物水肥一体化系统中肥料流量的控制算法研究较为有限。由于水肥一体化系统存在时变性、滞后性与非线性的特点,常见的PID与BP-PID控制算法无法获得预期的控制效果。为此设计一种基于蝙蝠算法（BA）优化的BP神经网络PID控制器。通过采用BA对BP神经网络的初始权值进行优化,加快了BP神经网络的自学习速度,实现对水肥一体化系统中肥料流量的快速精准控制,从而降低了超调量、提高了响应速度。同时,基于STM32单片机搭建了水肥一体化流量调节测试平台,并对该控制器的性能进行了试验验证。结果表明,与常规PID控制器和基于BP神经网络的PID控制器相比,所设计的控制器具有较高的控制精度和鲁棒性,降低了由时滞性、非线性等因素引起的影响。平均最大超调量为4.78%,平均调节时间为41.24s。特别是在施肥流量为0.6m3/h时,控制器表现出最佳的综合控制性能,达到了精准施肥的效果。     

水稻水肥耦合效应研究

研究寒地黑土区水稻水肥耦合效应对产量的影响规律,运用二次饱和D-416最优设计方案,以施氮量、施钾量、施磷量、分蘖末期土壤含水率占土壤饱和含水率的百分比为设计因子,以产量为目标因子,编制四因素二次饱和D-416设计表,结合基于实数编码的遗传算法与BP神经网络强大的函数拟合、寻优功能,以设计表中四因素为输入层,产量为输出层,建立基于RAGA-BP神经网络模型,并对该模型进行预测和优选。结果表明,当产量最高时水肥耦合的最优方案施氮量为1.01g/盆、施钾量为0.63g/盆、施磷量为0.46g/盆、分蘖末期土壤含水率占饱和含水率的75.2%,此时得到的产量为74.78g/盆,与模型预测的最优个体适应度值73.55g/盆误差仅为1.68%,说明该模型能较好的反映出水肥投入量与产量之间的复杂关系,对指导农业生产实践具有一定的意义。     

基于图像处理新技术的甜菜氮营养无损检测系统的研究

当前农业甜菜生产中存在普遍的氮肥过量使用的问题,建立实时准确农田氮肥推荐体系至关重要。为此,通过利用BP神经网络算法利用图像数据对甜菜氮素含量进行预测,通过合理剔除原始数据中不符合拍摄条件的异常图像数据,选取147组数据作为训练集,90组数据组为预测集,将R、G、B作为输入量,通过BP神经网络算法训练得到预测值与实际值最优相关系数为r=0.70,均方根误差RMSE=4.60。将R/(R+G+B)、G/(R+G+B)、B/(R+G+B)作为输入量,利用BP神经网络算法训练后预测值与实际值最优相关系数r=0.6 4,均方根误差RMSE=3.66。由此可以看出:使用BP神经网络算法建立甜菜颜色特征信息氮素模型是可行的,可为农业甜菜生产中实时无损诊断植株氮素含量提供方法支持。     

2CMX-4B型马铃薯种植机施肥箱改进设计

针对现有马铃薯播种机施肥箱存在的流肥盒进料口处堵肥、出料口处的卡肥、肥箱底部的积肥及施肥不精确问题,对2CMX-4B型播种机施肥箱进行优化改进。采用绞龙螺旋推肥作业方式,代替六方传动轴拨肥作业方式,彻底解决了流肥盒出料口处的卡肥问题,保证了肥料顺利排出;在肥箱体增设了搅拌装置,不仅能够将粘成团的大块肥料搅拌碎,又能将肥箱底部的肥料顺利推进流肥盒,避免了流肥盒进料口处的堵肥问题与肥箱底部的积肥问题;采用更换链轮调节传动比的方式代替原来靠调节流肥盒开口量的大小来控制施肥量的粗制方式,实现了肥量的精确控制。试验结果表明:改进后的马铃薯播种机各项指标均符合国家标准要求,施肥效果有着明显的改善,不仅提高了作业质量,而且有效节约了化肥用量,降低了用户种植成本。     

1GH-6型水田化肥深施机应用效果分析

阐述了研制的1GH－6型水田化肥深施机的工作原理，主要结构和工作性能，对该机对水稻生长的影响进行了实验分析。结果表明，与常规人工撒施肥相比，应用1GH－6型水田化肥深施机不但节省肥料，而且可以增产。在相同施肥量的情况下，用机械深施基肥可增产5％－10％，而在保持产量不减的情况下，可节约肥料20％。另外，机械化肥深施还可以增加水稻有效分蘖和有效穗，使作的生长平稳，株高适当。     

螺旋锥体离心式排肥器扰动防堵机理分析与试验

针对传统排肥器因肥料架空结拱堵塞而影响排肥性能的问题,通过构建螺旋锥体离心式排肥器排肥过程颗粒化肥的运动模型及扰动破拱防堵机理分析,阐明了螺旋扰动叶片破拱防堵作用机理。采用EDEM离散元软件,进行了有、无螺旋扰动杯的排肥器排肥过程仿真对比分析,螺旋叶片能够为肥箱出肥口与排肥器连接处及扰动杯内的颗粒化肥提供卷携扰动作用,同时可增大颗粒化肥下移速度,防止肥料架空结拱堵塞。高速摄像试验表明：肥箱出肥口与有螺旋扰动杯排肥器连接处的颗粒化肥做与弧形锥体圆盘转速相同方向的向下运动,颗粒化肥运动流畅,无断层下落问题;无螺旋扰动杯排肥器与肥箱出肥口连接处的颗粒化肥做缓慢的向下运动,且运动过程中出现了颗粒化肥断续下落问题。台架试验表明：有螺旋扰动杯的排肥器排肥频率稳定性系数在96%以上,排肥量稳定性变异系数不超过5.57%,满足施肥质量要求,明显优于无螺旋扰动杯的排肥器。     

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。