RU2601056C2 - Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops - Google Patents

Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops Download PDF

Info

Publication number
RU2601056C2
RU2601056C2 RU2014152561/13A RU2014152561A RU2601056C2 RU 2601056 C2 RU2601056 C2 RU 2601056C2 RU 2014152561/13 A RU2014152561/13 A RU 2014152561/13A RU 2014152561 A RU2014152561 A RU 2014152561A RU 2601056 C2 RU2601056 C2 RU 2601056C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
control
variable
exergy
temperature sensor
Prior art date
Application number
RU2014152561/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014152561A (en
Inventor
Владимир Александрович Королев
Original Assignee
Федеральное агентство научных организаций Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное агентство научных организаций Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ) filed Critical Федеральное агентство научных организаций Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ФГБНУ ВИЭСХ)
Priority to RU2014152561/13A priority Critical patent/RU2601056C2/en
Publication of RU2014152561A publication Critical patent/RU2014152561A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2601056C2 publication Critical patent/RU2601056C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G22/00Cultivation of specific crops or plants not otherwise provided for

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to agriculture, in particular to farming controlled technologies, and can be used in crop sector field. Device includes variable order sensor, unit for calculating variable of exergy order, timer, memory unit, external control sensors, namely ambient temperature sensor, air temperature sensor, soil moisture sensor, control logic switch, four control keys. At that, device includes prediction unit. Output of memory unit is connected to first input of prediction unit, second output of variable of exergy order calculating unit, second output of timer, ambient temperature sensor output, soil temperature sensor output, soil moisture sensor output are connected to second, third, fourth, fifth and sixth inputs of prediction unit, which output is connected to input of control logical commutator.
EFFECT: device makes it possible to increase efficiency of control processes for cultivation of crops and to increase their efficiency.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к управляемым технологиям земледелия, и может быть использовано в отрасли полевого растениеводства.The invention relates to the field of agriculture, in particular to controlled farming technologies, and can be used in the field of crop production.

Наиболее близкими к предлагаемому являются способ и устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, предусматривающие в сложной многофакторной системе «сельскохозяйственная культура - факторы окружающей среды - факторы управлений» выбор из числа параметров контролируемых процессов переменной порядка, наиболее быстро изменяющейся и наиболее сильно влияющей на процессы в системе (показатель функционального состояния возделываемой сельскохозяйственной культуры), и параметров управления, с помощью которых можно воздействовать на продукционные процессы растений (Патент RU 2350068, БИ №9, опубл. 27.03.2009 г.). Устройство реализации известного способа содержит таймер, блок памяти, датчики переменной порядка, контроля значений параметров управления, управляющий логический коммутатор, управляющие ключи, блок расчета эксэргии переменной порядка.Closest to the proposed are the method and device for automatic control of the processes of cultivation of crops, providing for the complex variable multi-factor system "crop - environmental factors - control factors" to choose from among the parameters of the controlled processes a variable order that changes most rapidly and most strongly affects the processes in system (an indicator of the functional state of the cultivated agricultural crop), and management parameters with which you can influence the production processes of plants (Patent RU 2350068, BI No. 9, publ. 03/27/2009). A device for implementing the known method comprises a timer, a memory unit, sensors of variable order, control values of control parameters, a control logical switch, control keys, a unit for calculating the exergy of a variable order.

Недостатком известного технического решения является то, что при управлении технологическими процессами возделывания сельскохозяйственных культур необходимы сканирование значений переменной порядка, перебор и выявление влияния значений параметров управления на переменную порядка. Другим его недостатком является отсутствие прогноза изменений параметров и характеристик выполняемых процессов возделывания сельскохозяйственных культур. В результате этого сложно реализовать оперативное управление процессами в режиме реального времени, стоимость выполнения процессов увеличивается, не всегда удается обеспечить высокую урожайность сельскохозяйственных культур в реальных условиях производства.A disadvantage of the known technical solution is that when managing agricultural crops cultivation processes, scanning of variable order values, enumeration and identification of the influence of control parameter values on the variable order are necessary. Another drawback is the lack of a forecast of changes in the parameters and characteristics of the processes of cultivation of crops. As a result of this, it is difficult to implement real-time process control in real time, the cost of process implementation increases, it is not always possible to ensure high crop yields in real production conditions.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение эффективности управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, повышение их оперативности и сокращение стоимости за счет прогнозирования хода выполняемых процессов.The objective of the invention is to increase the efficiency of the management of the processes of cultivation of crops, increase their efficiency and reduce cost by predicting the progress of the processes.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность спрогнозировать изменение параметров и характеристик выполняемых технологических процессов возделывания сельскохозяйственных культур, а при осуществлении управления процессами реализовать наиболее эффективные режимы.As a result of the use of the invention, it becomes possible to predict changes in the parameters and characteristics of the performed technological processes of cultivation of agricultural crops, and when implementing process control to implement the most effective modes.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ включает контроль параметров сложной многофакторной системы «сельскохозяйственная культура - факторы окружающей среды - факторы управлений», выбор из числа контролируемых параметров переменной порядка и параметров управления, при этом в ходе выполнения процессов возделывания сельскохозяйственных культур с помощью датчиков производят мониторинг параметров внешнего управления и переменной порядка, анализируют изменения переменной порядка за весь период их контроля и по результатам анализа осуществляют воздействия на процессы возделывания сельскохозяйственной культуры, а по результатам анализа переменной порядка и параметров внешнего управления формализуют законы изменения переменной порядка и параметров внешнего управления и составляют прогнозные сценарии изменений переменной порядка и параметров внешнего управления на заданный интервал времени, при этом для обеспечения заданных продуктивности возделываемой сельскохозяйственной культуры и технико-экономических показателей технологических процессов при существующих внешнем и типовом управлениях выбирают переменные корректирующего управления и формализуют законы изменения этих переменных, при этом осуществляют управляемые воздействия на технологические процессы возделывания сельскохозяйственной культуры, причем применяют соответствующие корректирующему управлению рабочие машины, а изменение режимов работы этих машин выполняют согласно законам изменения выбранного корректирующего управления.The above technical result is achieved by the fact that the proposed method includes monitoring the parameters of a complex multifactor system "crop - environmental factors - control factors", the choice of variable order variables and control parameters from among the controlled parameters, while during the process of cultivating crops using sensors they monitor the parameters of external control and the variable order, analyze the changes in the variable order for the entire period and x control and according to the results of the analysis, they influence the processes of cultivation of agricultural crops, and according to the results of the analysis of variable order and external control parameters, formalize the laws of change of the variable order and external control parameters and make forecast scenarios of changes in the variable order and external control parameters for a given time interval, at to ensure the specified productivity of the cultivated agricultural crop and technical and economic indicators, of technological processes with the existing external and standard controls select the corrective control variables and formalize the laws of change of these variables, while they carry out controlled effects on the technological processes of cultivation of agricultural crops, moreover, work machines corresponding to the corrective control are used, and change of the operating modes of these machines is performed according to the laws of change of the selected corrective control.

Технический результат также достигается тем, что в устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, содержащее датчик переменной порядка, блок вычисления эксэргии переменной порядка, таймер, блок памяти, датчики внешнего управления, а именно датчик температуры окружающей среды, датчик температуры воздуха, датчик влажности почвы, управляющий логический коммутатор, четыре управляющих ключа, согласно изобретению введен блок прогноза, при этом выход блока памяти соединен с первым входом блока прогноза, второй выход блока вычисления эксэргии переменной порядка, второй выход таймера, выход датчика температуры окружающей среды, выход датчика температуры почвы, выход датчика влажности почвы подключены соответственно ко второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока прогноза, выход которого подсоединен к входу управляющего логического коммутатора.The technical result is also achieved by the fact that in the device for automatic control of the processes of cultivation of crops containing a variable order sensor, a variable order exergy calculation unit, a timer, a memory unit, external control sensors, namely, an ambient temperature sensor, an air temperature sensor, a soil moisture sensor , the control logical switch, four control keys, according to the invention, a prediction block is introduced, while the output of the memory block is connected to the first input of the block hornozna, the second output of the variable order exergy calculation unit, the second timer output, the ambient temperature sensor output, the soil temperature sensor output, the soil moisture sensor output are connected to the second, third, fourth, fifth and sixth inputs of the forecast unit, the output of which is connected to the input managing logical switch.

Способ осуществляют следующим образом:The method is as follows:

1) в сложной многофакторной системе «сельскохозяйственная культура - факторы окружающей среды - факторы среды управлений» нетехногенные воздействия окружающей среды на сельскохозяйственную культуру и на процессы ее возделывания, такие как интенсивность солнечного излучения, температура, влажность воздуха, состав, температура и влажность почвы и т.п., а также техногенные воздействия на сельскохозяйственную культуру, изменяя которые можно воздействовать на сельскохозяйственную культуру и на процессы ее возделывания изменением режимов работы соответствующих рабочих машин, таких как устройства полива, освещения, изменения органического и минерального состава почвы и т.д., разбивают на три группы, а именно:1) in the complex multifactor system “agricultural crop - environmental factors - environmental management factors” there are non-technological environmental effects on the crop and its cultivation processes, such as solar radiation intensity, temperature, air humidity, soil composition, temperature and humidity, etc. .p., as well as technogenic impacts on crops, changing which you can affect the crops and on the processes of cultivation by changing regimes the work of the corresponding working machines, such as irrigation, lighting devices, changes in the organic and mineral composition of the soil, etc., are divided into three groups, namely:

- внешнее управление - неуправляемые нетехногенные, как правило, самоорганизующиеся воздействия окружающей среды;- external management - uncontrolled non-technogenic, as a rule, self-organizing environmental effects;

- типовое управление - техногенные воздействия, реализуемые согласно технологическому регламенту выполняемого технологического процесса, практически не изменяющееся или изменяющееся незначительно длительный период эксплуатации по составу, параметрам и последовательности.- typical management - technogenic impacts implemented according to the technological regulations of the performed technological process, practically unchanged or slightly changed for a slightly longer period of operation in terms of composition, parameters and sequence.

При конкретном внешнем управлении и идеальном по требованиям обеспечения задач высокоэффективного производства типовом управлении достаточно реализовать типовое управление для получения наилучшего результата;With a specific external management and ideal management requirements for high-performance production, typical management is enough to implement standard management to get the best result;

- корректирующее управление - оперативные техногенные воздействия для реализации поставленных задач обеспечения высокоэффективного производства.- corrective control - operational technogenic impacts for the implementation of the tasks to ensure highly efficient production.

На практике внешнее управление может ухудшать или улучшать условия вегетации сельскохозяйственных культур, а типовое управление - быть недостаточным по требованиям высокоэффективного производства, и тогда для улучшения этих условий применяют корректирующее управление с привлечением дополнительных ресурсов. Парадигма корректирующего управления предполагает реализацию интеллектуального воздействия на процессы возделывания сельскохозяйственных культур, как реакцию на отклонения параметров и характеристик процесса от требуемых значений, поиск наилучшей стратегии по отношению к цели управления. Это - управление в режиме реального времени для положительного изменения характеристик сельскохозяйственной культуры и параметров процессов, инициированное объективной необходимостью выявленного несоответствия этих характеристик и параметров области допустимых значений, устойчивой динамики их изменения, могущей привести к такому несоответствию;In practice, external management can worsen or improve the growing conditions of crops, and typical management may be insufficient according to the requirements of highly efficient production, and then corrective management with the use of additional resources is used to improve these conditions. The corrective control paradigm involves the implementation of the intellectual impact on the processes of crop cultivation, as a reaction to deviations of process parameters and characteristics from the required values, and the search for the best strategy in relation to the management goal. This is real-time control for a positive change in the characteristics of the crop and process parameters, initiated by the objective need for the revealed discrepancy of these characteristics and parameters of the region of permissible values, stable dynamics of their change, which could lead to such a discrepancy;

2) выбирают переменную порядка и параметры внешнего управления, измеряют их значения;2) choose an order variable and external control parameters, measure their values;

3) с заданным интервалом времени анализируют изменения переменной порядка и параметров внешнего управления за весь период осуществления их контроля, сравнивают результаты анализа с тестовой базой ретроспективных данных о реализациях аналогичных процессов и выбирают, какая из зависимостей, а именно:3) with a given time interval, analyze changes in the order variable and external control parameters for the entire period of their control, compare the results of the analysis with the test database of retrospective data on the implementation of similar processes and choose which of the dependencies, namely:

- закон технического оптимума

Figure 00000001
,- the law of technical optimum
Figure 00000001
,

- экспоненциальный закон

Figure 00000002
;- exponential law
Figure 00000002
;

- линейный закон

Figure 00000003
, (где
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- соответственно начальное и конечное значения контролируемой переменной, t - время, α, tл - коэффициенты, характеризующие законы управления), описывает изменения контролируемых переменных (переменной порядка и внешнего управления), и принимают эту зависимость в качестве прогнозирующей для этой контролируемой переменной.- linear law
Figure 00000003
, (where
Figure 00000004
,
Figure 00000005
- respectively, the initial and final values of the controlled variable, t - time, α, t l - coefficients characterizing the laws of control), describes the changes in the controlled variables (order variable and external control), and take this dependence as predictive for this controlled variable.

Если адекватно описать изменения переменной порядка и внешнего управления одной из приведенных зависимостей не удается, законы изменения этих переменных формируют из временных участков, на которых данные зависимости пригодны для описания процессов;If it is not possible to adequately describe the changes in the order variable and the external control of one of the given dependencies, the laws of change of these variables are formed from time sections in which these dependencies are suitable for describing processes;

4) составляют прогнозные сценарии изменений контролируемых переменных (переменной порядка и внешнего управления), для этого экстраполируют выбранные в п. 3) зависимости, описывающие изменения переменной порядка и параметров внешнего управления, на заданный интервал времени;4) make forecast scenarios of changes in controlled variables (order variable and external control); for this, the dependencies selected in Section 3) are extrapolated, describing changes in the order variable and external control parameters for a given time interval;

5) определяют, обеспечивают ли прогнозные значения внешнего управления при существующем типовом заданную продуктивность возделываемой сельскохозяйственной культуры, устойчивость и высокие технико-экономические показатели технологических процессов, и если не обеспечивают, выбирают переменные корректирующего управления, причем переменные корректирующего управления изменяют по закону технического оптимума, экспоненциальному закону или линейному закону либо закон изменения управляемых переменных составляют из временных участков;5) determine whether the predicted values of external control at the existing type provide the specified productivity of the cultivated agricultural crop, stability and high technical and economic indicators of technological processes, and if they do not provide, select corrective control variables, and the corrective control variables change according to the law of technical optimum, exponential law or linear law or the law of change of controlled variables is made up of temporary sections;

6) соответствующими рабочими машинами осуществляют управляемые воздействия на продукционные процессы сельскохозяйственной культуры, причем изменение режимов работы этих машин выполняют согласно законам изменения выбранного корректирующего управления;6) the appropriate working machines carry out controlled effects on the production processes of agricultural crops, moreover, changing the operating modes of these machines is carried out in accordance with the laws of changing the selected corrective control;

7) с заданным интервалом времени оценивают состояние сельскохозяйственной культуры по переменной порядка или иному показателю, выбранному в качестве показателя функционального состояния, проверяют сходимость прогнозов изменения значений переменной порядка и внешнего управления, при этом, если реальные значения контролируемых переменных и значения этих переменных, посчитанные по прогнозирующим зависимостям, отличаются, производят корректировку законов изменения переменной порядка и внешнего управления, причем корректировку прогнозирующих зависимостей переменной порядка и внешнего управления осуществляют итерационными изменениями конечных значений соответствующих контролируемых переменных;7) with a given time interval, assess the state of the crop by a variable order or another indicator selected as an indicator of the functional state, check the convergence of the forecasts of changes in the values of the variable order and external control, while if the real values of the controlled variables and the values of these variables calculated according to predictive dependencies, differ, make the correction of the laws of change of the variable order and external control, and adjusting the forecast ziruyuschikh dependencies of the variable order and external control carry out iterative changes in the final values of the corresponding controlled variables;

8) исходя из скорректированных прогнозных зависимостей изменений переменной порядка и параметров управления уточняют корректирующее управление;8) based on the adjusted forecast dependencies of changes in a variable order and control parameters, corrective control is specified;

9) соответствующими рабочими машинами осуществляют управляемые воздействия на продукционные процессы сельскохозяйственной культуры, причем изменение режимов работы этих машин выполняют согласно скорректированным законам изменения корректирующего управления.9) the appropriate working machines carry out controlled effects on the production processes of agricultural crops, moreover, the change in the operating modes of these machines is carried out in accordance with the adjusted laws of change in corrective control.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a General diagram of the device.

Устройство содержит датчик переменной порядка 1, таймер 2, блок вычисления эксэргии переменной порядка 3, блок памяти 4, блок прогноза 5, управляющий логический коммутатор 6, датчики внешнего управления, а именно, датчик температуры окружающей среды 7, датчик температуры воздуха 8, датчик влажности почвы 9, управляющие ключи 10, 11, 12, 13.The device comprises a variable order sensor 1, a timer 2, a variable order exergy calculation unit 3, a memory unit 4, a forecast block 5, a control logical switch 6, external control sensors, namely, an ambient temperature sensor 7, an air temperature sensor 8, a humidity sensor soil 9, control keys 10, 11, 12, 13.

Выход датчика переменной порядка 1 и первый выход таймера 2 подключены соответственно к первому и второму входам блока вычисления эксэргии переменной порядка 3. Первый выход блока вычисления эксэргии переменной порядка 3 подключен к входу блока памяти 4, выход которого соединен с первым входом блока прогноза 5. Второй выход блока вычисления эксэргии переменной порядка 3, второй выход таймера 2, выход датчика температуры окружающей среды 7, выход датчика температуры почвы 8, выход датчика влажности почвы 9 подключены соответственно ко второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока прогноза 5, выход которого подсоединен к входу управляющего логического коммутатора 6. Входы управляющих ключей 10, 11, 12, 13 подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому и пятому выходам управляющего логического коммутатора 6. Управляющие ключи 10, 11, 12, 13 связаны с рабочими машинами, осуществляющими воздействия на продукционные процессы сельскохозяйственной культуры.The output of the variable order sensor 1 and the first output of timer 2 are connected respectively to the first and second inputs of the variable order exergy calculation block 3. The first output of the variable order 3 exergy calculation block is connected to the input of the memory block 4, the output of which is connected to the first input of the forecast block 5. The second the output of the exergy calculation unit of variable order 3, the second output of the timer 2, the output of the ambient temperature sensor 7, the output of the soil temperature sensor 8, the output of the soil moisture sensor 9 are connected respectively to the second, the third, fourth, fifth and sixth inputs of the forecast block 5, the output of which is connected to the input of the control logical switch 6. The inputs of the control keys 10, 11, 12, 13 are connected respectively to the first, second, third, fourth and fifth outputs of the control logical switch 6. The control keys 10, 11, 12, 13 are associated with working machines that affect the production processes of the crop.

Ретроспективные значения переменной порядка и параметров управления, определяющие оптимальные значения параметров управления, помещают в блок памяти 4. Кроме этого в блоке памяти 4 находятся тесты физиологического состояния сельскохозяйственной культуры. Информация блока памяти 4 используется блоком прогноза 5 при выборе параметров корректирующего управления для сравнения изменений мощности эксэргии переменной порядка в ходе реализации управления и обеспечения высокой эффективности выполняемых процессов.Retrospective values of the variable order and control parameters that determine the optimal values of the control parameters are placed in the memory unit 4. In addition, the memory unit 4 contains tests of the physiological state of the crop. The information of the memory block 4 is used by the forecast block 5 when choosing the parameters of the corrective control to compare changes in the power of the exergy of a variable order during the implementation of the control and to ensure high efficiency of the processes.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При выполнении технологических процессов возделывания сельскохозяйственной культуры через промежутки времени, определяемые таймером 2, с помощью датчиков температуры окружающей среды 7, температуры воздуха 8, влажности почвы 9 производят мониторинг параметров внешнего управления (температура, влажность воздуха, почвы, мелиоративный потенциал), а с помощью датчика переменной порядка 1 производят контроль состояния сельскохозяйственной культуры. Значение переменной порядка, измеренное датчиком переменной порядка 1, преобразуют блоком расчетной величины эксэргии переменной порядка 3, передают в блок памяти 4 и блок прогноза 5. Значения параметров внешнего управления, измеренные датчиками температуры окружающей среды 7, температуры почвы 8, влажности почвы 9, фиксируют блоком прогноза 5.When performing technological processes of cultivating crops at intervals determined by timer 2, using sensors of ambient temperature 7, air temperature 8, soil moisture 9 monitor the parameters of external control (temperature, humidity, soil, reclamation potential), and using a variable order sensor 1 monitor the state of the crop. The value of the variable order measured by the sensor of variable order 1 is converted by the unit of calculated exergy of variable order 3, transferred to the memory unit 4 and the forecast block 5. The values of the external control parameters measured by the sensors of the ambient temperature 7, soil temperature 8, soil moisture 9, are fixed forecast block 5.

Через промежутки времени, определяемые таймером 2, формируют закон изменения переменной порядка и параметров внешнего управления. Для этого блок прогноза 5 использует информацию об изменениях переменной порядка и внешнего управления за весь период контроля, а именно информацию от датчика переменной порядка 1, обработанную блоком вычисления эксэргии переменной порядка 2, датчиков температуры окружающей среды 7, температуры воздуха 8, влажности почвы 9. При этом определяют, какая из зависимостей, а именно закон технического оптимума, экспоненциальной или линейный закон, адекватно описывает изменение контролируемых переменных, и выбирают эту зависимость в качестве закона изменения параметров переменной порядка и внешнего управления, либо закон изменения контролируемых переменных описывают временными участками, на которых перечисленные зависимости справедливы.At intervals determined by timer 2, the law of change of the variable order and parameters of the external control is formed. For this, forecast block 5 uses information about changes in variable order and external control for the entire monitoring period, namely information from a variable order sensor 1 processed by a variable order exergy calculation unit 2, ambient temperature sensors 7, air temperature 8, soil moisture 9. At the same time, it is determined which of the dependencies, namely, the law of technical optimum, the exponential or linear law, adequately describes the change in the controlled variables, and choose this dependence as an order to change the parameters of the variable order and external control, or the law of variation of controlled variables describe the temporal areas, which are listed according to the fair.

Кроме того, через промежутки времени, определяемые таймером 2, блок прогноза 5 составляет прогнозные сценарии изменений контролируемых переменных, для этого экстраполируют выбранные для описания контролируемых переменных зависимости, описывающие изменения переменной порядка и параметров внешнего управления. При этом блок прогноза 5 оценивает, обеспечивают ли прогнозные значения внешнего управления при существующем типовом заданную продуктивность возделываемой сельскохозяйственной культуры, устойчивость и высокие технико-экономические показатели технологических процессов, и если не обеспечивают, выбирает переменные корректирующего управления, причем переменные корректирующего управления изменяют по закону технического оптимума, экспоненциальному закону или линейному закону либо закон изменения управляемых переменных составляют из временных участков.In addition, at time intervals determined by timer 2, forecast block 5 makes forecast scenarios of changes in controlled variables; for this, the dependencies selected to describe the controlled variables are extrapolated, which describe changes in the order variable and external control parameters. At the same time, forecast block 5 evaluates whether the predicted values of external control at the existing type provide the specified productivity of the cultivated agricultural crop, stability and high technical and economic indicators of technological processes, and if they do not, select corrective control variables, and the corrective control variables are changed according to the law of technical optimum, exponential law or linear law, or the law of change of controlled variables are from temporary sites.

Осуществляют управляемые воздействия на продукционные процессы сельскохозяйственной культуры, причем изменение режимов работы этих машин выполняют согласно законам изменения выбранного корректирующего управления. Для этого через промежутки времени, определяемые таймером 2, информацию от блока прогноза 5 передают в управляемый логический коммутатор 6, который включает управляющие ключи 10, 11, 12, 13, и соответствующими рабочими машинами осуществляют управляемые воздействия на продукционные процессы сельскохозяйственной культуры, причем изменение режимов работы этих машин выполняют согласно законам изменения выбранного корректирующего управления.Carry out controlled impacts on the production processes of the crop, and the change in the operating modes of these machines is carried out in accordance with the laws of change of the selected corrective control. For this, at time intervals determined by timer 2, information from the forecast block 5 is transmitted to a managed logical switch 6, which includes control keys 10, 11, 12, 13, and the corresponding working machines carry out controlled effects on crop production processes, and changing modes the work of these machines is performed according to the laws of change of the selected corrective control.

Через промежутки времени, определяемые таймером 2, блок прогноза 5 оценивает состояние сельскохозяйственной культуры по переменной порядка или иному показателю, выбранному в качестве показателя функционального состояния, и значения внешнего управления, оценивают сходимость прогнозов изменения значений контролируемых переменных, при этом, если реальные значения контролируемых переменных и значения этих переменных, посчитанные по прогнозирующим зависимостям, отличаются, производят корректировку законов изменения переменной порядка и внешнего управления до тех пор, пока сходимость прогнозов изменения контролируемых переменных не будет удовлетворительной.At time intervals determined by timer 2, the forecast block 5 evaluates the state of the crop using a variable order or another indicator selected as an indicator of the functional state and the values of external control, evaluate the convergence of the forecasts of changes in the values of the controlled variables, while if the real values of the controlled variables and the values of these variables, calculated according to the predictive dependencies, are different, they adjust the laws of change of the order variable and external management until the convergence of forecasts of changes in controlled variables is satisfactory.

Осуществляют управляемые воздействия на продукционные процессы сельскохозяйственной культуры, причем изменение режимов работы этих машин выполняют согласно уточненным законам изменения. Для этого, исходя из скорректированных прогнозных зависимостей изменений переменной порядка и параметров управления, уточняют изменения корректирующего управления и соответствующими рабочими машинами корректирующего управления.Carry out controlled impacts on the production processes of the crop, and the change in the operating modes of these machines is carried out in accordance with the amended laws of change. To do this, based on the adjusted forecast dependencies of changes in the variable order and control parameters, the changes in the corrective control and the corresponding working machines of the corrective control are specified.

Рассмотрим пример практического применения предлагаемого способа.Consider an example of the practical application of the proposed method.

Важнейший параметр, характеризующий потенциальную эффективность фотосинтеза сельскохозяйственных культур, - эксэргия оптического излучения (полезная энергия, которую усваивает сельскохозяйственная культура для ее выживания, развития и формирования урожая). Этот параметр целесообразно использовать в качестве переменной порядка. Для использования сельскохозяйственной культурой потенциально возможной эксэргии оптического излучения в отношении фотосинтеза необходимо обеспечить максимально-возможные значения эксэргии плодородия почвы, техногенной энергии, которые выбираются в качестве параметров управления. Физиологически и экономически рациональные значения эксэргии для каждого вида выращиваемых сельскохозяйственных культур и рекомендации по эксэргии плодородиям почвы и техногенной энергии устанавливаются опытным путем (табл. 1).The most important parameter characterizing the potential efficiency of crop photosynthesis is the exergy of optical radiation (the useful energy that a crop absorbs for its survival, development and crop formation). This parameter should be used as an order variable. For the crop to use the potential possible exergy of optical radiation in relation to photosynthesis, it is necessary to ensure the maximum possible values of the exergy of soil fertility, technogenic energy, which are selected as control parameters. Physiologically and economically rational values of exergy for each type of cultivated crops and recommendations for exergy to soil fertility and technogenic energy are established empirically (Table 1).

Процессы поглощения и использования энергии солнечного излучения протекают практически весь период роста и развития сельскохозяйственных культур. На разных фазах развития интенсивность этих процессов различна и зависит от многих факторов, в частности от почвенного и водного потенциала почвы, климатических условий стадии развития и т.п. Так, в начале развития сельскохозяйственных культур возможности использования энергии оптического излучения ограничены, т.к. культура не достигла нормального развития и размеры фотосинтезирующих поверхностей фрагментов растений не сформированы полностью. Накопление эксэргии оптического излучения можно описать экспоненциальным законом, состоящим из двух участков:The processes of absorption and use of energy of solar radiation occur almost the entire period of growth and development of crops. At different phases of development, the intensity of these processes is different and depends on many factors, in particular, on the soil and water potential of the soil, climatic conditions of the development stage, etc. So, at the beginning of the development of crops, the possibilities of using the energy of optical radiation are limited, because the culture did not reach normal development and the sizes of photosynthetic surfaces of plant fragments are not fully formed. The accumulation of exergy of optical radiation can be described by an exponential law consisting of two sections:

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где ε, ε∞2 - конечные значения эксэргии оптического излучения в отношении фотосинтеза растений соответственно в конце стадии роста, в конце процесса развития; α1, α2 - коэффициенты, характеризующие динамику соответственно стадий роста и развития; t - время.where ε , ε ∞2 are the final values of the exergy of optical radiation with respect to photosynthesis of plants, respectively, at the end of the growth stage, at the end of the development process; α 1 , α 2 - coefficients characterizing the dynamics, respectively, of the stages of growth and development; t is time.

Расчетные показатели энергетической эффективности производства зерна яровой пшеницы (сорт Московская-35) для почвенных и метеорологических условий Московской области (данные Метеорологической обсерватории МГУ, средние значения за период 1971-1978) при урожае 40 ц/га, полученном Полевой опытной станцией Института почвоведения и фотосинтеза АН РФ, накопленная в зерне эксэргия равна 5,02 МДж/м2, затраты эксэргии техногенной энергии - 1,56 МДж/м2. Природная эксэргия - эксэргия плодородия земли составила 162,4 МДж/м2. При этом показатель полезного действия эксэргетический по затратам техногенной энергии составил 3,22, а коэффициент полезного действия по использованию эксэргии плодородия земли равен 3,09%, что свидетельствует о больших возможностях повышения урожая. На практике в Московской области урожай этой культуры ниже. Соответственно меньше и показатели энергетической эффективности. Например, в почвенно-климатических условиях с-за Заокский Московской области, земли которого расположены рядом с Полевой станцией Института почвоведения и фотосинтеза, в этот же период при одинаковом значении эксэргии плодородия земли получен урожай зерна яровой пшеницы сорта Московская-35 18,5 ц/га. Затраты эксэргии техногенной энергии на агротехнологии (которая была принята без прогнозных расчетов на соответствие экологическим условиям земли) составили 1,98 МДж/м2. В этом случае коэффициент полезного действия эксэргетический по использованию эксэргии плодородия земли составил примерно 1,4, а показатель полезного действия по использованию техногенной энергии - только 1,1.Estimated energy efficiency indicators for the production of spring wheat grain (Moskovskaya-35 grade) for soil and meteorological conditions in the Moscow Region (data from the Meteorological Observatory of Moscow State University, average values for the period 1971-1978) with a yield of 40 centner / ha obtained by the Field Experimental Station of the Institute of Soil Science and Photosynthesis Academy of Sciences of the Russian Federation, the exergy accumulated in the grain is 5.02 MJ / m 2 , the cost of the exergy of technogenic energy is 1.56 MJ / m 2 . Natural exergy - exergy of land fertility amounted to 162.4 MJ / m 2 . At the same time, the exergic efficiency indicator for technogenic energy expenditures was 3.22, and the efficiency coefficient for using the exergy of land fertility is 3.09%, which indicates great potential for increasing the yield. In practice, in the Moscow region, the yield of this crop is lower. Accordingly, less and indicators of energy efficiency. For example, in the soil and climatic conditions due to Zaoksky, Moscow Region, whose lands are located next to the Field Station of the Institute of Soil Science and Photosynthesis, during the same period, with the same value of the exergy of soil fertility, a grain yield of spring wheat of the Moskovskaya-35 variety of 18.5 c / ha. The costs of the exergy of technogenic energy on agrotechnology (which was adopted without forecast calculations for compliance with the environmental conditions of the earth) amounted to 1.98 MJ / m 2 . In this case, the exergy coefficient for the use of exergy of the fertility of the earth was about 1.4, and the indicator for the use of technogenic energy was only 1.1.

В соответствии с этими данными при формализации закона изменения переменной порядка и ее прогнозе по реальным характеристикам процессов: ε∞2=3,1, ε определяется контролем в ходе процессов и обычно не превышает 1/3 ε∞2, например, ε=0,9. Поскольку требуемое значение переменной порядка не достигается, выбирают корректирующее управление, например изменение эксэргии плодородия земли, а в прогнозные значения переменной порядка вводят ε∞2=3,1, ε=0,9.In accordance with these data, when formalizing the law of changing the variable order and its prediction according to the actual characteristics of the processes: ε ∞2 = 3.1, ε is determined by control during the processes and usually does not exceed 1/3 ε ∞2 , for example, ε = 0.9. Since the required value of the order variable is not achieved, corrective control is chosen, for example, a change in the exergy of fertility of the earth, and ε ∞2 = 3.1, ε = 0.9 are introduced into the predicted values of the variable order.

Figure 00000007
Figure 00000007

Claims (1)

Устройство автоматического управления процессами возделывания сельскохозяйственных культур, содержащее датчик переменной порядка, блок вычисления эксэргии переменной порядка, таймер, блок памяти, датчики внешнего управления, а именно датчик температуры окружающей среды, датчик температуры воздуха, датчик влажности почвы, управляющий логический коммутатор, четыре управляющих ключа, отличающееся тем, что в устройство введен блок прогноза, при этом выход блока памяти соединен с первым входом блока прогноза, второй выход блока вычисления эксэргии переменной порядка, второй выход таймера, выход датчика температуры окружающей среды, выход датчика температуры почвы, выход датчика влажности почвы подключены соответственно ко второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока прогноза, выход которого подсоединен к входу управляющего логического коммутатора. A device for automatic control of crop cultivation processes, comprising a variable order sensor, a variable order exergy calculation unit, a timer, a memory unit, external control sensors, namely, an ambient temperature sensor, an air temperature sensor, a soil moisture sensor, a control logical switch, four control keys characterized in that a prediction block is introduced into the device, wherein the output of the memory block is connected to the first input of the prediction block, the second output of the calculation block I have exergy of variable order, the second timer output, the output of the ambient temperature sensor, the output of the soil temperature sensor, the output of the soil moisture sensor are connected respectively to the second, third, fourth, fifth, and sixth inputs of the forecast block, the output of which is connected to the input of the control logical switch.
RU2014152561/13A 2014-12-25 2014-12-25 Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops RU2601056C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152561/13A RU2601056C2 (en) 2014-12-25 2014-12-25 Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152561/13A RU2601056C2 (en) 2014-12-25 2014-12-25 Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014152561A RU2014152561A (en) 2016-07-20
RU2601056C2 true RU2601056C2 (en) 2016-10-27

Family

ID=56413173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014152561/13A RU2601056C2 (en) 2014-12-25 2014-12-25 Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2601056C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1266491A1 (en) * 1985-01-07 1986-10-30 Научно-Исследовательский Институт Автоматизации Производственных Процессов В Промышленности Apparatus for controlling chemical protection of plants
RU2350068C2 (en) * 2007-02-02 2009-03-27 Российская академия Сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Technique and device for automated control over crops productional process with regard for self-organisation
US20120126026A1 (en) * 2010-11-24 2012-05-24 Steven Ernest Sparks Moisture Probe and System
RU2488264C2 (en) * 2011-06-02 2013-07-27 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Technique and device for automated control over crops productional process with regard for self-organisation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1266491A1 (en) * 1985-01-07 1986-10-30 Научно-Исследовательский Институт Автоматизации Производственных Процессов В Промышленности Apparatus for controlling chemical protection of plants
RU2350068C2 (en) * 2007-02-02 2009-03-27 Российская академия Сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) Technique and device for automated control over crops productional process with regard for self-organisation
US20120126026A1 (en) * 2010-11-24 2012-05-24 Steven Ernest Sparks Moisture Probe and System
RU2488264C2 (en) * 2011-06-02 2013-07-27 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Technique and device for automated control over crops productional process with regard for self-organisation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014152561A (en) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pathak et al. IoT based smart system to support agricultural parameters: A case study
CN108781926B (en) Greenhouse irrigation system and method based on neural network prediction
CN104134003B (en) The crop yield amount Forecasting Methodology that knowledge based drives jointly with data
Manoharan Supervised Learning for Microclimatic parameter Estimation in a Greenhouse environment for productive Agronomics
Pacco Simulation of temperature control and irrigation time in the production of tulips using Fuzzy logic
Ting et al. Management of CO2 in a tomato greenhouse using WSN and BPNN techniques
Wen et al. Application of ARIMA and SVM mixed model in agricultural management under the background of intellectual agriculture
Zhang et al. Robust model-based reinforcement learning for autonomous greenhouse control
Costa et al. Greenhouses within the Agricultura 4.0 interface
Praveena et al. IoT Based Water Showering Mechanism in Agriculture
Saha et al. Precision Agriculture Using Internet of Things and Wireless Sensor Networks
RU2601056C2 (en) Device for automatic control of processes for cultivation of agricultural crops
RU2723189C1 (en) Method for automatic selection of optimum parameters of plants growing based on methods of machine learning
RU2350068C2 (en) Technique and device for automated control over crops productional process with regard for self-organisation
SUN et al. Agricultural simulator: Using intelligent technology to get data flow for black land protection
Bepery et al. Framework for internet of things in remote soil monitoring
Kempelis et al. Implementation of machine learning based approach in IoT network prototype
Singh Sustainable and Smart Agriculture: A Holistic Approach
Cheng-Zhi et al. Yield potential of world wheat based on ARIMA model under global warming
CN107423853A (en) A kind of determination method and system of per unit area yield meteorology variation coefficient
Gissi et al. Trade-off between carbon storage and biomass-based energy sources ecosystem services, the case study from the province of Rovigo (Italy)
Wang et al. Evaluating the potential benefits of field-specific nitrogen management of spring maize in northeast China
CN113115679B (en) Intelligent regulation and control method and device based on apple disease prediction
Da Mota et al. Sustainable gardens for smart cities using low-power communications
EP4077693B1 (en) Method and system for prediction of a performance of a strain in a plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161226