模糊与PI分段调控肥液EC的优化设计与试验.pdf

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1、第32卷第15期1102016年8月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgricuhuralEngineeringV01．32No．15Aug．2016模糊与P1分段调控肥液EC的优化设计与试验王海华1”，付强1，孟繁佳1，梅树立2，王俊衡1，李莉懈(1．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；2．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083)摘要：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

2、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

3、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O．9995，保证了测试精度。当目标EC值设定为2mS／cm时，分段控制情况下实测EC达到稳态的用时为122S，最大EC值为2．34mS／cm，优于采用单PI控制的180S和2．62mS／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。关键词：温室；灌溉；传感器；模糊控制；PI控制；分段调控；水肥一体化doi：10．t1975／j．issn．1002—6819．20

4、16．15．016中图分类号：$275文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一15—0110—07王海华，付强，孟繁佳，梅树立，王俊衡，李莉．模糊与P1分段调控肥液EC的优化设计与试验【J】．农业工程学报，2016，32(15)：110-116．doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．15．016http：／／www．tcsae．orgWangHaihua，FuQiang，MengFanjia，MeiShuli，WangJunheng，LiLi．Optimaldesignandexperimen

5、toffertilizerECregulationbasedonsubsectioncontrolalgorithmoffuzzyandPI[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(15)：110—116．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975巧．issn．1002—6819．2016．15．016http：／／www．tcsae．org0引言水肥一体化是

6、当前设施农业蔬菜生产中的重要智能化技术之一。水肥调控系统将灌溉与施肥结合起来，利用滴灌方式精量供给作物所需的水分和肥料，达到节水节肥和保障农产品品质的目的”。1。其中，水肥一体化调控设备的施肥器设计和控制策略是实现精量施肥的关键。基于真空负压原理的文丘里施肥器91相对于自压式”1、压差式”，、水力驱动注入式陋，等装置，具有结构简单，安装使用方便，无需额外动力，成本低廉等特点盯，。然而，传统的文丘里一般只有一个用来吸肥的进口，不能满足同时供应多品种和生长期不同作物的自动配肥需求。本文试验所采用的是改进后的复合式文丘里，具备多通道吸肥能力，且结

7、构紧凑。通过与控制系统配合，可以设定并得到比较稳定的肥液比例，在设施农业等领域应用前景广泛。施肥控制策略是实现水肥一体化设备精量灌溉的难收稿日期：2015-03—14修订日期：2016-05—10基金项目：国家自然科学基金项目(31301240)；土壤植物及其系统技术国家重点实验室开放课题(2014一SKL一03)作者简介：王海华，男，江西南昌人，副教授，博士，主要从事农业信息化方面的研究。北京中国农业大学现代精细农业系统集成教育部重点实验室，100083。Email：whaihua@cau．edu．cn※通信作者：李莉，女，河北唐山人，副

8、教授，博士，主要从事精细农业系统集成方面的研究。北京中国农业大学现代精细农业系统集成教育部重点实验室，100083。Email：lily@cau．edu．ca点，本文将重点研究施