模糊与PI分段调控肥液EC的优化设计与试验

设施蔬菜生产中对肥液电导率（EC）的精量调控是实现智能灌溉的关键技术之一。肥液混合过程中,由于母液浓度、吸肥方式和灌溉流量等存在差异,试验检测到的EC值会产生滞后和不稳定现象。针对上述问题,本研究设计了一种通过测量频率间接得到肥液电导率的传感器,并以MSP430单片机为主控制器构建了一套水肥调控试验系统。同时,在肥液调控方法方面设计了粗细分段控制策略,控制方法均为以输出相应的占空比来控制吸肥电磁阀的开闭。当实测EC值与目标EC值相差较大时,采用PI控制方法,能够快速缩小差距;而当两者偏差较小时,采用模糊控制可以使混肥EC值逼近设定值。此外,试验利用多管路复合式文丘里,设计了4组不同的EC目标值...

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Published in农业工程学报 Vol. 32; no. 15; pp. 110 - 116
Main Author 王海华 付强 孟繁佳 梅树立 王俊衡 李莉
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室,北京100083 2016
中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083%中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室,北京,100083%中国农业大学信息与电气工程学院,北京,100083
Subjects
PI控制
传感器
分段调控
模糊控制
水肥一体化
温室
灌溉
水肥一体化
PI control
subsection control
模糊控制
fuzzy control
integration of water and fertilizers
greenhouses
灌溉
irrigation
sensors
温室
PI控制
传感器
分段调控
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.2016.15.016

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Summary:设施蔬菜生产中对肥液电导率（EC）的精量调控是实现智能灌溉的关键技术之一。肥液混合过程中,由于母液浓度、吸肥方式和灌溉流量等存在差异,试验检测到的EC值会产生滞后和不稳定现象。针对上述问题,本研究设计了一种通过测量频率间接得到肥液电导率的传感器,并以MSP430单片机为主控制器构建了一套水肥调控试验系统。同时,在肥液调控方法方面设计了粗细分段控制策略,控制方法均为以输出相应的占空比来控制吸肥电磁阀的开闭。当实测EC值与目标EC值相差较大时,采用PI控制方法,能够快速缩小差距;而当两者偏差较小时,采用模糊控制可以使混肥EC值逼近设定值。此外,试验利用多管路复合式文丘里,设计了4组不同的EC目标值和4种不同的吸肥管路组合进行吸肥测试。结果表明,EC传感器间接测量到的频率与实际肥液EC值有显著的线性关系,决定系数为0.999 5,保证了测试精度。当目标EC值设定为2 m S/cm时,分段控制情况下实测EC达到稳态的用时为122 s,最大EC值为2.34 m S/cm,优于采用单PI控制的180 s和2.62 m S/cm。且目标EC值越大,稳态EC值越精确,但是稳态时延和过量超调现象更明显。本研究表明分段调控能够较好地克服EC值的过量超调,同时混肥时间和实测EC值能够满足实际需求。
Bibliography:11-2047/S
Wang Haihua,Fu Qiang,Meng Fanjia,Mei Shuli,Wang Junheng,Li Li（1.Key Laboratory on Modern Precision Agriculture System Integration Research of Ministry of Education, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2.College of Electrical and Information, China Agricultural University, Beijing 100083, China）
Precise control of EC for fertilizer solution is one of the key technologies to realize smart irrigation in the production of protected vegetable. Serious lag and instability in EC detection will happen during the mixing of fertilizer and water due to differences in mother liquor concentration, fertilizer suction method and irrigation flow etc. To solve this problem, a new EC sensor was designed to measure the EC value of fertilizer solution indirectly by measuring the frequency based on different EC values leading to different equivalent resistances, and the smart irrigation system was developed as microcontroller（MSP430） was the master controller. Meanwhile, a subsection control strategy was
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.15.016