基于嵌入式系统的全渠道灌溉智能水文采集控制装置设计

针对即有全渠道灌溉系统(Total Channel Control)成本过高,规约标准不统一等问题,设计了一种用于全渠道灌溉系统的采集水情信息、水位控制闸门的一体化装置。该装置借助模块化思想搭建硬件部分,包括太阳能供电模块,远程通讯模块,PLC继电器控制模块等,采用模糊控制方法结合脚本程序互补来提高控制精度,充分利用MCGS操作系统的可扩展性实现数据交互管理和功能控制。实验测试表明装置能稳定传输数据,远程监控中心能实时获取监测数据和闸门启闭机状态参数以及远程控制闸门动作,该装置的测量精度和控制自修正补偿精度契合我国规约标准,具有实际应用和可推广价值。     

带观测器的渠道控制系统设计与运行模拟仿真

在渠道运行控制系统中 ,只能用有限的水位测量来确定节制闸门的开度调节 ,而渠道水体经常受到外来干扰 ,水位传感器存在量测误差 ,将这些干扰和误差按白噪声处理 ,应用最优估计理论设计渠道运行系统观测器 ,求解观测器增益矩阵 Ke。通过对实验渠道的模拟仿真说明所设计的观测器能跟踪水流状态的变化 ;用观测器估计的水流状态反馈能将渠道水面线从初始位置控制转移到目标位置 ;闸门运行是稳定的。提出的渠道测量—控制系统设计方法可以作为渠道自动控制设计的理论参考     

闸门调控对污染物迁移规律的影响实验研究

采用明渠水槽模拟河段,设置上游水闸,模拟分析不同的水流、不同的闸门开启条件下,闸门运行对水流情势和污染物迁移转化的影响.通过实验观测和模拟,研究闸门调节流量与上、下游水位的关系,分别比较了河道是否设置闸门、瞬间开闸与稳定闸门开度状态下,下泄流量污染物浓度变化.实验结果分析表明,通过合理的调度,闸门在一定开度下可以起到既保证上游污染物通过闸门,减少闸前污染物质的聚集,又可降低闸下河道沿程的污染物分布的作用,为进一步在实践中确定合理的考虑污染控制的闸坝调控方案提供了实验依据.     

上下游有压过闸水流数值模拟

采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法,选用Dynamic Smagorinsky亚格子应力模型,对上下游有压过闸水流进行了数值模拟。系统地模拟出了不同的闸门底缘结构对过闸水流的压力分布、流线图、压力时程变化以及压力功率谱的影响。结果表明:三组有倾角的闸门底缘的低压区向下游移动到底缘下游倾角附近,只有第一组平底闸门底部正下方存在明显的负压区,而其他三组由于存在一定的倾角,对过闸水流有一定的引流作用;四组闸门一开始都会存在三个漩涡,随着时间推移,漩涡向上游运动,第一组闸门由于闸门底缘没有角度,最后稳定的时候在回流区存在两个漩涡,而其他三组闸门带有前后倾角,最后三个漩涡合成一个大漩涡,因此回流区中只存在一个漩涡。此结论为研究不同闸门底缘对水流漩涡的影响提供依据。     

基于光伏阵列最大功率跟踪仿真研究

基于Matlab仿真环境,通过光伏电池的物理模型搭建光伏阵列,仿真模拟不同太阳辐射强度时光伏阵列的I-U和P-U特性曲线,验证模型的可行性和合理性。针对太阳能光伏发电系统中MPPT算法的不足,提出一种步长变化的滞环比较干扰观察法,克服经典扰动观测法存在的振荡和误判问题,仿真结果证明了该方法的有效性。     

轴伸贯流泵站全过流系统启动三维过渡过程研究

为了分析轴伸贯流泵站全过流系统在含有附加拍门的出水流道闸门开启下机组外特性参数的变化规律和过流系统内部流场的演变过程,利用力矩平衡方程推导叶轮实时转速,基于铺层网格及动网格技术研究了含有附加拍门出水流道闸门的运动规律,对轴伸贯流泵全过流系统启动三维过渡过程进行了数值模拟。结果表明：计算结果与试验结果一致;在机组启动过程中,泵段扬程先增大,然后减小至额定扬程,2.25s时出现最大启动扬程6.38m;拍门前后压差最大值为2.61m,设有附加拍门的出水流道闸门可以有效降低启动过程中的最大启动扬程,提高水泵机组的安全系数。水泵的启动转速和流量变化对叶轮段压力分布梯度影响明显,当转速上升到最大值时,叶片承受最大水压力。在启动过程中闸门上的附加拍门起到了分流作用,避免因叶轮转速上升较快、闸门未充分开启而使出水流道水压力过大带来的系统不稳定性问题。     

田间闸管灌溉技术

田间闸管灌溉系统由移动软管道和管道上配置的多个供水闸门组成,闸门间距及规格可根据田间沟(畦)间距(宽度)及所需流量确定。该系统用于替代毛渠完成田间输配水过程,并通过调节闸门开度控制进入沟(畦)的流量。     

平面闸门门槽对闸孔脉动压力影响的试验研究

平面闸门具有结构简单、运行可靠等优点,但是相对于弧形闸门平面闸门具有闸门槽。当平面闸门在启闭时或正常工作时水流脉动压力会对门体的安全运行造成极不利的影响。而闸门槽破坏了闸下水流流道的连续性,使得闸下水流脉动压力更为复杂。利用压力脉动传感器通过试验方法对闸下水流脉动压力进行研究。分别在闸门有槽和无槽条件下对闸门中断面底部测点以及闸门侧断面底部测点进行试验分析。对试验数据进行系统性分析可得到闸下水流脉动压力概率密度属于正态分布,闸门有槽条件下闸门底部测点水流脉动压力大于闸门无槽条件下闸门底部测点水流脉动压力等结论。试验结论为研究平面闸门门槽对闸下水流脉动压力的影响提供依据。     

渠道非恒定流过渡时间影响研究

采用特征线法,模拟了不同渠道长度、闸门调控时间、流量变化率及运行方式下渠道水流过渡过程,并分析了其对水流过渡时间的影响。结果表明,渠道运行方式对水流过渡时间影响较小。渠长、调控时间、流量变化率为影响过渡时间的敏感因素。渠道越长,闸门调控时间越长,流量变化率越小,水流过渡时间就越短,水位流量波动越小,水流过渡越平缓。     

新政航电泄洪弧形闸门水动力特性

水流诱发闸门振动是水利工程中一项重要研究课题，根据闸门流激振动水弹性试验模拟原理，结合嘉陵江新政航电泄洪弧形闸门设计了水弹性模型。并在此基础之上进行了不同开启程度的闸门水动力荷载测量试验以及流激振动应力、位移响应试验，并对该闸门进行了动力安全分析，提出了避免闸门产生有害振动措施和建议。     

基于水动力学模型的渠道流量控制系统研究

针对渠道流量较大、水流条件复杂的流量测量问题，提出一种水动力学模型的渠道流量计算方法，并以此搭建基于水动力学模型的渠道流量控制系统。首先建立水动力学数学模型，采用两点水位量水法计算渠道流量，即在闸门上、下游选择两个断面，利用水位传感器实时测量断面水位数据，通过上位机求解水流控制方程得到两处断面的流量，取均值作为渠道的流量值，其次结合PLC搭建渠道流量控制系统，根据调度要求控制闸门的启闭，实现渠道流量的精准控制。在加大供水流量、水流条件复杂条件下，流量计算结果与多声道超声波流量计所测数据相比，平均偏差率小于5%。通过试验研究表明：控制系统流量控制误差为0.514%，系统响应时间小于200 ms，平均无故障运行时间大于10 000 h。控制系统的研究为后续渠道流量调度工程建设提供理论依据和案例支撑，具有较强的应用价值。     

一种小型麦冬太阳能灌溉系统设计

本文设计了一种小型麦冬太阳能灌溉系统,包括水源系统、电源系统、加压系统、控制系统、管路系统和灌水系统等。通过巧妙地结合便利的自来水供水管网设施,合理设计水源收集装置,利用当地太阳能光照资源,有效满足了小面积麦冬的灌溉用水问题。     

灌溉系统优化调度的仿真实现

根据灌溉系统优化调度的数学模型，构造仿真模型。由于优化调度仿真过程中的输入，输出及中间过程模块化，可以快速构造灌溉系统优化调度的仿真模型，更容易建立不同的仿真系统。所建立的仿真模型可视化程度高。     

太阳能智能节水灌溉系统抗水锤研究

根据太阳能智能节水灌溉系统工作原理,说明系统水锤现象形成的原因和作用机理,并利用修正后的水锤波速度公式计算了灌溉器阀芯O点的最大压力。此外,利用Bentley Hammer软件模拟优化前后系统水锤作用下阀芯O点的压力波动,并对其进行分析,得出采用安装水锤缓冲罐的方法可有效缓解系统水锤现象的结论。     

浮筒式升降闸门水力性能数值模拟

为了探讨浮筒式升降闸门量水机理,理论分析了浮筒式升降闸门水力特性及流量计算表达式。实测流量与计算流量对比表明,浮筒式升降闸门流量公式测流精度较高且形式简单,适合末级渠道的量水。同时,采用数值分析对不同流量、不同闸门开度条件下的过闸水流流场进行模拟,讨论浮筒式升降闸门测流过程中渠道内的水面线情况、各控制断面的流速分布、闸前弗劳德数Fr以及闸门测流精度。结果表明:模拟流量、水深与实测流量、水深吻合较好;试验及数值模拟得到的闸门前弗劳德数Fr均小于0.5,满足测流要求。     

基于智能灌溉系统WSN节点自供电系统设计

为提高智能灌溉系统大面积推广和系统节点能量利用效率,采用MPPT算法结合太阳能、超级电容、聚合物锂电池设计出基于STM32智能灌溉WSN节点自供电系统。利用Matlab软件,搭建光伏电池模型分析光伏特性,完成系统供电设计与模块选型,并设计能量管理电路,结合Qt平台开发监控软件。结合软件对系统进行测试分析,软件平台读取光伏电池及锂电池电压、电流实时数据,同时计算MPPT效率。经实验验证,系统整体运行良好, WSN节点采用太阳能光伏电池供能结合聚合物合锂电池、超级电容储能工作寿命较长,MPPT效率在86%附近小幅度波动,WSN节点自供电系统设计有效解决了传统节点单个电源引起能量不足缺陷,为智能灌溉系统普及与推广提供试验支撑。为WSN节点自供电提供新思路与设计方案,有效提升智能灌溉系统可靠性与实用性,在一定程度上提高农业灌溉效率和智能化水平。     

基于太阳能的自动灌溉系统设计

随着现代农业的进步,智能农业得到快速发展。传统农业灌溉大多采用大水漫灌的方式,水资源浪费严重,为了节约水资源和减少人力投入,智能灌溉系统成为研究热点。由于各地的农业生产条件不同,对灌溉系统的需求也不同。本文针对广东省人多地少和丘陵山区用电困难的现状,以单片机为核心,设计了基于太阳能的自动灌溉系统。该系统由单片机系统板、人机界面、土壤湿度传感器、太阳能板、铅酸蓄电池、充电控制器和直流水泵组成。湿度传感器将收集到的信息传给单片机,再由单片机控制水泵开关进行灌溉,实现智能化灌溉的需求,为山区农业发展提供参考。     

基于物联网技术的农业灌溉系统精准控制研究

为进一步提高我国农业灌溉系统的精准化水平,结合具有强大传感识别与智能嵌入特点的物联网技术,针对灌溉系统的精准控制展开研究.规划基于物联网技术的农业灌溉系统架构,搭建精准控制模型,以多传感器融合理念为主线,进行系统硬件选型与软件设计,并展开精准控制性能试验.试验结果表明:灌溉系统的多功能传感器数据采集与传输模块精准化程度...     

小型太阳能灌溉系统设计

针对节水灌溉工程中能源消耗高、水资源浪费、劳动力短缺等一系列问题,本文开发出通用性较强的小型太阳能灌溉系统。采用太阳能电池板作为灌溉控制系统的主要能源供给,结合水肥耦合技术,开发一套基于ZigBee无线传感器网络的灌溉控制系统。该系统利用传感器监测空气温湿度、光照强度、土壤湿度的变化,通过无线网络将数据信号反馈给控制终端,做出灌溉响应,满足用户对灌溉系统快速、环保、节能、经济的要求。     

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。