CN109581863A - 一种智能混肥控制系统水肥浓度控制器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种智能混肥控制系统水肥浓度控制器，本发明所采用的技术方案是将控制过程进行离散处理后写成增量形式，包括浓度控制过程中产生的偏差，浓度控制过程中偏差的变化率，输入输出变量的整定因子，它们的整定变量由EC目标值决定，通过计算实际混肥浓度与设定混肥浓度的误差与误差变化率，得到PID参数增量，再与当前PID初值相加，得到下一时刻的PID控制量。本发明的有益效果是具有模糊控制鲁棒性强的优点，又具有PID控制精度高，响应速度快的特点。

Description

一种智能混肥控制系统水肥浓度控制器

技术领域

本发明属于水肥灌溉技术领域，涉及一种智能混肥控制系统水肥浓度控制器。

背景技术

智能水肥一体机的混肥浓度作为被控对象是整个控制系统的重要组成部分，浓度控制的精度直接影响植物的生长发育，更是对未来农业向智能化、精准化、自动化方向发展具有深远的影响。

混肥系统是智能水肥一体机控制系统的核心之一，具有滞后大、时变强、非线性大的特点，理想的动态品质和准确的稳态精度是控制系统的关键指标。传统的控制方法难以解决这种矛盾，采用PID和自适应模糊的复合控制方法是一种理想的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能混肥控制系统水肥浓度控制器，本发明的有益效果是具有模糊控制鲁棒性强的优点，又具有PID控制精度高，响应速度快的特点。

本发明所采用的技术方案是将控制过程进行离散处理后写成增量形式如下：

Δu(k)＝(K_p0+ΔK_p)·(e(k+1)-e(k))+(K_i0+ΔK_i)·e(k)+(K_d0+ΔK_d)·(e(k)-e(k-1)) (1)

其中，e表示浓度控制过程中产生的偏差，ec表示浓度控制过程中偏差的变化率，ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d是PID控制参数的修正值，α_e、α_ec、β_Δkp、β_Δki、β_Δkd分别为输入输出变量的整定因子，它们的整定变量由EC目标值决定，通过计算实际混肥浓度与设定混肥浓度的误差e与误差变化率ec，e和ec通过模糊化、模糊推理以及解模糊得到PID参数增量ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d，再与当前PID初值相加，得到下一时刻的PID控制量：

K_p＝K_p0+ΔK_p

K_i＝K_i0+ΔK_i

K_d＝K_d0+ΔK_d

其中，K_p0、K_i0、K_d0为PID初值，K_p、K_i、K_d为PID下一时刻值。

具体实施方式

本发明控制器是将控制过程进行离散处理后写成增量形式如下：

Δu(k)＝(K_p0+ΔK_p)·(e(k+1)-e(k))+(K_i0+ΔK_i)·e(k)+(K_d0+ΔK_d)·(e(k)-e(k-1)) (1)

式中，比例系数、积分系数和微分系数的基础值可以由K_p0、K_i0和K_d0来表示，比例系数、积分系数和微分系数的修正值可以由ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d表示，e(k)用来表示目标值与测量值之间的偏差。

这里用比例函数求解过程如下：

上述公式中，e表示浓度控制过程中产生的偏差，它的基本论域为[-α_eE，α_eE]，ec表示浓度控制过程中误差的变化率，它基本论域为[-α_eEC，α_eEC]。E为属于论域[-α_eE，α_eE]中系统误差e的模糊化，EC为属于论域[-α_eEC，α_eEC]中系统误差变化率ec的模糊化。

ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d是PID控制参数的修正值。

根据实际经验和测试，这里a和b的取值均为0.8，各个输入输出变量的模糊论域可以调整为[-6，6]，量化因子和比例因子可以通过式(2)(3)得出：

α_e、α_ec、β_Δkp、β_Δki、β_Δkd分别为输入输出变量的整定因子，它们的整定变量由EC目标值决定。K_e、K_ec为量化因子，K_Δkp、K_Δki、K_Δkd为比例因子

通过计算实际混肥浓度与设定混肥浓度的误差e与误差变化率ec，e和ec通过模糊化、模糊推理以及解模糊得到PID参数增量ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d，再与当前PID初值相加，得到下一时刻的PID控制量。

K_p＝K_p0+ΔK_p

K_i＝K_i0+ΔK_i

K_d＝K_d0+ΔK_d

其中，K_p0、K_i0、K_d0为PID初值，K_p、K_i、K_d为PID下一时刻值。本控制器根据专家长期的实践积累，建立合适的模糊规则表ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d，PID控制器根据模糊控制器的输出和PID的初值，自适应得出控制量，可控制电磁阀打开和关闭的时间比例，来控制肥料原液的输入量，进而控制肥液混合浓度。

本发明模糊控制器会通过模糊控制规则在线自整定ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d的参数，控制器会同时改变ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d的参数大小，目的是使混肥浓度慢慢逼近目标值。实现定量与定性之间的转换，提高系统自适应。通过这样设计的控制器，混肥系统既具有快速性又具有稳定性。也就是说，混肥系统考虑了初期的快速性，考虑了混肥中段的稳定性和快速性，在混肥末段考虑的是稳定性。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种智能混肥控制系统水肥浓度控制器，其特征在于：

将控制过程进行离散处理后写成增量形式如下：

Δu(k)＝(K_p0+ΔK_p)·(e(k+1)-e(k))+(K_i0+ΔK_i)·e(k)+(K_d0+ΔK_d)·(e(k)-e(k-1)) (1)

其中，e表示浓度控制过程中产生的偏差，ec表示浓度控制过程中偏差的变化率，ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d是PID控制参数的修正值，α_e、α_ec、β_Δkp、β_Δki、β_Δkd分别为输入输出变量的整定因子，它们的整定变量由EC目标值决定，通过计算实际混肥浓度与设定混肥浓度的误差e与误差变化率ec，e和ec通过模糊化、模糊推理以及解模糊得到PID参数增量ΔK_p、ΔK_i和ΔK_d，再与当前PID初值相加，得到下一时刻的PID控制量：

K_p＝K_p0+ΔK_p

K_i＝K_i0+ΔK_i

K_d＝K_d0+ΔK_d

其中，K_p0、K_i0、K_d0为PID初值，K_p、K_i、K_d为PID下一时刻值。