基于模糊PID控制的水肥一體化設(shè)備的設(shè)計.pdf

4 農(nóng)機(jī)使用與維修 2023 年第4 期 基于模糊 PID 控制的水肥一體化設(shè)備的設(shè)計 王 璐 1 2 王應(yīng)彪 1 1 西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院 昆明650224 2 玉溪農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南玉溪653106 摘 要 針對智能水肥一體機(jī)的水肥混合過程 結(jié)合PID控制 模糊控制理論等完成水肥一體化設(shè)備 控制器主 要是基于模糊的PID控制的規(guī)則 以多元數(shù)據(jù)為依托的控制系統(tǒng) 水肥一體機(jī)設(shè)備的整體平臺主要包括分析 層 平臺管理層 控制層及資源層幾個方面 本次設(shè)計的PID控制的自動水肥一體機(jī)旨在解決控制對象復(fù)雜影 響控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的問題 應(yīng)用PID算法提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性及響應(yīng)速度 關(guān)鍵詞 模糊PID控制 水肥一體機(jī) 控制過程 中圖分類號 S224 4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A doi 10 14031 j cnki njwx 2023 04 002 esearch on Integrated Water and Fertilizer Equipment Based on Fuzzy PID Control WANG Lu 1 2 WANG Yingbiao 1 1 School of Machinery and Transportation Southwest Forestry University Kunming 650224 China 2 Yuxi Agricultural Vocational and Technical College Yuxi 653106 China Abstract Aiming at the water and fertilizer mixing process of the intelligent water and fertilizer integrated machine the integrated water and fertilizer equipment is completed by combining PID control and fuzzy control theory The overall platform of the water and fertilizer integrated machine equipment mainly includes the analysis layer the platform management layer the control layer and the resource layer The PID controlled automatic water and fertilizer integrated machine designed this time aims to solve the problem that the complexity of the control object affects the accuracy of the control system and the PID algorithm is used to improve the stability and response speed of the overall system Key words fuzzy PID control water and fertilizer integrated machine control process 作者簡介 王璐 1990 男 甘肅天水人 本科 講師 研究 方向為農(nóng)業(yè)信息化技術(shù) 汽車工程 通訊作者 王應(yīng)彪 1981 男 云南昆明人 博士 副教授 研究方向為機(jī)械工程 農(nóng)業(yè)工程 0 引言 目前 我國水肥一體化工藝系統(tǒng)與裝備的改 進(jìn) 消化和吸收國外同類型產(chǎn)品已基本滿足農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)需要 但由于我國農(nóng)業(yè)目前正處在由常規(guī)農(nóng)業(yè)向 現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段 而改進(jìn)的國外同類 型產(chǎn)品一般價格較低端 生產(chǎn)智能化水平相對低 下 雖硬件研發(fā)較多 但應(yīng)用軟件和新技術(shù)研發(fā)則 較少 更高端智能的系統(tǒng)和水肥裝備還需要向海外 引進(jìn) 這將對技術(shù)投入 售后服務(wù)方面都有很大的 要求 因此很難在國內(nèi)外普及 根據(jù)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展 的要求 旨在提高水肥生產(chǎn)的智能化程度和高控制 精度的技術(shù)要求 水肥一體化設(shè)備主要的研發(fā)任務(wù)需要通過全 面研究與環(huán)境參數(shù)融合問題 將智慧設(shè)備 智慧管 理 智能設(shè)施和種植系統(tǒng)相結(jié)合 以實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測 和智能平臺建設(shè) 同時 拋棄了在傳統(tǒng)管理決策中 僅僅通過時間管理的粗放管理方法 而充分考慮了 管理參數(shù)中空間變化的影響特征 并經(jīng)過在水肥調(diào) 控智能建模 控制策略 系統(tǒng)設(shè)計等領(lǐng)域的探索 1 模糊控制PID概述 自動水肥一體化技術(shù)在調(diào)控灌溉水肥利用中存 在著非線性 時間變性 時滯性等特征 以往的水肥 一體化控制策略 往往使用傳統(tǒng)的簡單PID作為控制 算法進(jìn)行水肥控制 但由于在水肥調(diào)控過程中各種復(fù) 雜因素的共同影響 控制效率往往并不理想 模糊PID控制是在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上運(yùn)用模 糊理論將專家或操作者的經(jīng)驗轉(zhuǎn)變?yōu)槟：刂埔?guī) 則存入模糊規(guī)則庫中 根據(jù)傳感器檢測的實時輸入 量 進(jìn)行模糊推理 自動調(diào)整 PID 參數(shù) 實時得到最 優(yōu)參數(shù) 構(gòu)成模糊PID控制算法 以對系統(tǒng)進(jìn)行實時 和精準(zhǔn)的控制 1 2 自動水肥一體化設(shè)備 2 1 自動水肥一體機(jī)特性及功能 自動水肥一體機(jī)需放在溫室大棚的露天條件 2023 年第4 期 農(nóng)機(jī)使用與維修 5 下 并且在最接近水源的位置放置 所以需要水 肥一體機(jī)具備良好的抗潮耐濕性能 在戶外使用 而高溫時節(jié)則需具備良好的防高溫日曬功能 在 嚴(yán)寒時節(jié)需具有優(yōu)異的防凍耐爆功能 其控制系 統(tǒng)應(yīng)具有以下幾個方面的功能 1 能夠按照規(guī)定 水肥混合物含量 通過調(diào)節(jié)電磁閥 可以快速控 制水肥混合物含量超過規(guī)定濃度 2 可以對水肥 混合物實現(xiàn)速度精確控制 從而使水肥混合物平 穩(wěn)運(yùn)輸 3 通過與智慧水肥一體化管理系統(tǒng)互 通 對整個澆灌施肥流程中的重要信息進(jìn)行上傳 并經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析使得整個澆灌施肥的過程控制 更加科學(xué)化 智能化 4 溫室大棚及自動水肥一 體機(jī)的人機(jī)界面設(shè)計應(yīng)簡便易操作 易于掌握上 手 使用簡單地設(shè)定按鈕可以對自動水肥一體機(jī) 進(jìn)行操控 2 2 自動水肥一體機(jī)整體結(jié)構(gòu) 2 2 1 混肥方式 自動水肥一體機(jī)中常見的混肥方法主要有二 種 一是用純水和化肥在管道內(nèi)混合 另一種方法 是用純水和化肥在攪拌罐中混合 攪拌完畢后用混 水肥液澆灌 2 在管道內(nèi)攪拌時盡管混合速率較 高 但由于用水和化肥混合較不完全 同時對水肥 混合物濃度的管理也不易掌握 因此造成了對水肥 混合物濃度的檢測和管理比較不準(zhǔn)確 在攪拌罐 中進(jìn)行的水肥攪拌 盡管混合速率有所滯后 但由 于水肥混合液攪拌較完全 對水肥混合物濃度的管 理也比較準(zhǔn)確 該系列自動水肥一體機(jī)主要采取 了用水和化肥在攪拌罐中混合的方法 如圖1 所 示 是自動水肥一體設(shè)備簡要結(jié)構(gòu)圖 圖1 水肥一體機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 2 2 2 混肥部件 混肥部件一般是由混肥桶 電磁控制閥 混肥 泵和吸肥裝置等構(gòu)成 當(dāng)傳感器檢測到的水肥混 雜溶液濃度與標(biāo)準(zhǔn)要求不相匹配后 含量低于設(shè)定 值 利用程序控制電磁閥和混肥泵的自動打開與 封閉 將化肥原液打入混肥桶中 當(dāng)混雜溶液濃度 相匹配后 停止注水 重新進(jìn)行混肥 2 2 3 注水澆灌部件 注水澆灌部件一般是由混肥桶 水泵及電磁閥 構(gòu)成 在澆水施肥未進(jìn)行前 一旦傳感器檢測到水 肥的溶液含量過多或是混肥桶中的水位降到極限 水位 即可啟動水泵往混合器中加注水 3 2 2 4 管理部分 管理部分一般是由控制器和水肥管理系統(tǒng)所 構(gòu)成 水泵 電磁閥的啟動 澆水時間的設(shè)定 水肥 數(shù)據(jù)顯示等均由控制器實現(xiàn) 2 3 水肥混合程序設(shè)計 水肥混合液混勻一般是利用混肥罐 電磁閥 感應(yīng)器和吸肥裝置進(jìn)行 根據(jù)農(nóng)藝要求選擇液體 化肥或者可溶性的固態(tài)化肥 若選擇固態(tài)化肥則要 將固態(tài)化肥完全溶于化肥罐中 首先利用控制器 啟動泵向混肥罐中加注純水 水位高程由上下限的 開關(guān)位置確定 隨后利用自動控制器傳送信息并啟 動混肥泵和電磁閥 再利用機(jī)械吸肥將肥料原液加 入混肥罐中實現(xiàn)肥水混勻 4 同步感應(yīng)器持續(xù)檢 測混肥罐中的化肥液含量 并將信息傳遞至自動控 制器 當(dāng)機(jī)械感應(yīng)器檢測到的肥水混合液超過規(guī)定 要求后 經(jīng)過智能控制器再次啟動水泵向混肥罐中 6 農(nóng)機(jī)使用與維修 2023 年第4 期 注入水 并重新加入化肥原液 同樣 經(jīng)過感應(yīng)器 監(jiān)測數(shù)據(jù)連續(xù)的調(diào)節(jié)將水泵和化肥原液電磁自動 控制器的開關(guān)關(guān)閉 直至到達(dá)混肥罐的最大攪拌容 量限制時 則完全封閉了水泵和化肥原液電磁自動 控制器 這種設(shè)置的優(yōu)點是 要求化肥原液在混肥 罐內(nèi)攪拌的時間比較充分 且溫度比較準(zhǔn)確 并且 保證在化肥混合物到達(dá)規(guī)定要求之前 混肥罐沒有 超過最高溫度 2 4 施肥灌溉程序設(shè)計 施肥灌溉流程一般是通過智能傳感器 灌溉自 動化水泵 電磁閥 感應(yīng)器和混肥泵實現(xiàn)的 在施 肥澆灌時 還需在感應(yīng)器上設(shè)定澆灌時間和澆灌用 水者 同時控制混肥泵的啟動 以避免在混肥工作 完成后長時間不進(jìn)行施肥操作 導(dǎo)致混肥罐中的水 肥和溶液上下分開 在施肥工作進(jìn)行后 灌溉抽水 泵啟動 進(jìn)行整個施肥流程直到完成計時程序 在 施肥流程中感應(yīng)器上還會進(jìn)行檢測混合肥料含量 若檢測到水肥混合溶液肥料含量過高或是過低 都 會隨時開啟混肥流程以調(diào)節(jié)施肥濃度 在澆水施 肥的過程中 若檢測到混肥罐中的肥水處于較低液 位 而澆水時間還未到 會開啟水肥溶液的混合流 程以進(jìn)行混肥 從而產(chǎn)生警報 在施肥流程中的 各種錯誤警告情況 包括相序錯誤警告 EC pH 值 過高和過低警告 壓力過小警告 缺水告警等 3 系統(tǒng)測試 在控制器中可以正常啟動 但進(jìn)入到控制器主 頁面以后 系統(tǒng)默認(rèn) 自動操作 而 手動操作 無 法運(yùn)行 隨后完成所有技術(shù)參數(shù)的設(shè)定 包括 EC 基本參數(shù)值上下界設(shè)定 pH 基本參數(shù)值上下界設(shè) 定 沖洗方式設(shè)定及肥料方式設(shè)定 EC pH 參數(shù)值 的上下界設(shè)定值和所有手工技術(shù)參數(shù)同享 在系統(tǒng) 發(fā)生意外停電后 重新開機(jī)時基本參數(shù)仍可保留 所有參數(shù)設(shè)置完成后 再回到主動設(shè)定頁面對施肥 方式 灌區(qū)類型和肥料的原液罐進(jìn)行設(shè)定 觸摸屏 測試如圖2 所示 圖2 觸摸屏測試圖 3 1 EC參數(shù)可調(diào)區(qū)域的設(shè)置試驗 對EC參數(shù)可調(diào)區(qū)域設(shè)置 可選擇EC基本參數(shù) 值之間的標(biāo)準(zhǔn)差為平均值 并且平均值不得為負(fù) 當(dāng)真實監(jiān)測到的EC值小于預(yù)設(shè)的EC參數(shù)值時 打 開施肥罐的控制電磁閥 以增加水肥混勻溶劑的EC 值 當(dāng)真實監(jiān)測到的 EC 值大于預(yù)設(shè)的 EC 參數(shù)值 時 可關(guān)掉施肥罐的控制電磁閥 以降低水肥混勻 溶劑的EC值 3 2 施肥罐選擇方法 自動控制方式是可以對施肥罐進(jìn)行自動選擇 選中的施肥罐即可打開 不選擇則關(guān)閉 5 同時為 了保持水肥混合物中灌溉濃度的準(zhǔn)確性 當(dāng)通過傳 感器所檢測的水肥混合物含量達(dá)到規(guī)定上下限時 就可以調(diào)節(jié)施肥罐電磁閥的開閉 從而達(dá)到水肥混 合溶液標(biāo)準(zhǔn)含量 3 3 灌溉區(qū)域選擇與測試 選定所要求進(jìn)行澆水施肥的澆灌范圍 點擊水 2023 年第4 期 農(nóng)機(jī)使用與維修 7 櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐櫐 泵能夠開始澆水 同時進(jìn)行計時 計數(shù)完畢 水泵關(guān) 閉 施肥澆水完成 3 4 灌溉施肥完成數(shù)據(jù)清零測試 灌溉施肥完成后 計數(shù)應(yīng)清零 泵置于關(guān)閉狀 態(tài) 灌區(qū)置于未選狀態(tài) 施肥罐置于未選狀態(tài) 則 手動設(shè)置基本調(diào)節(jié)功能為正常 4 結(jié)論 本次研究意在克服我國傳統(tǒng)灌溉技術(shù)水平落 后 對水肥精準(zhǔn)精量監(jiān)控程度不夠等現(xiàn)實問題 而 且我國傳統(tǒng)的作物大水漫灌方法也易導(dǎo)致自然資 源耗費(fèi) 常規(guī)的化肥系統(tǒng)粗施 易導(dǎo)致化肥使用率 不高 污染嚴(yán)重等環(huán)境問題 因此 查找了大量的 有關(guān)資源和文獻(xiàn) 對有關(guān)技術(shù)展開了深入研究 對 溫室大棚的環(huán)境數(shù)據(jù)開展了融合分析 并采用模糊 控制PID技術(shù)對智能水肥一體化生產(chǎn)管理開展了設(shè) 計 從而增強(qiáng)農(nóng)業(yè)的信息化管理 參考文獻(xiàn) 1 李曉曉 宋健 魏文慶 基于模糊 PID控制水肥一體化 實驗系統(tǒng)計設(shè) J 實驗室研究與探索 2013 38 9 108 111 2 王付才 基于多元數(shù)據(jù)融合的溫室大棚水肥一體機(jī)控 制策略及系統(tǒng)研究 D 濟(jì)南 齊魯工業(yè)大學(xué) 2020 3 亓俊濤 水肥一體機(jī)統(tǒng)一管理平臺設(shè)計與實現(xiàn) D 合 肥 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 4 方樅勝 設(shè)施水肥一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) D 泰安 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 5 郎朗 馮曉蓉 基于 STM32 的水肥一體機(jī)智能控制系 統(tǒng)優(yōu)化研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2022 44 3 116 119 05 農(nóng)用柴油機(jī)的潤滑油預(yù)供控制方法 李厚貴 張曉青 朱士強(qiáng) 黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院綏化分院 黑龍江綏化 152000 摘 要 預(yù)供控制方法是為克服現(xiàn)有農(nóng)用柴油機(jī)啟動時由于潤滑不良而產(chǎn)生劇烈磨損的缺陷 在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中并 接一潤滑油預(yù)供裝置并進(jìn)行控制 控制電路通過鑰匙門和常閉式潤滑油壓力開關(guān) 常開式潤滑油壓力開關(guān)等控 制預(yù)供電動潤滑油泵和啟動系統(tǒng)等部件工作 從而保證農(nóng)用柴油機(jī)冷啟動時的良好潤滑 控制簡單有效 有可 推廣應(yīng)用性 關(guān)鍵詞 農(nóng)用柴油機(jī) 冷啟動 干摩擦 潤滑油預(yù)供裝置 潤滑 中圖分類號 S219 02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A doi 10 14031 j cnki njwx 2023 04 003 Study on A Control Method of Oil Prelubrication for Agricultural Diesel Engine LI Hougui ZHANG Xiaoqing ZHU Shiqiang Suihua Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences Suihua 152000 China Abstract The control method studied in this paper is to solve the problem of severe wear of agricultural diesel engine caused by poor lubrication during cold start in the original technology It is to connect a set of oil pre lubrication device in parallel in the original agricultural diesel engine lubrication system and control it The control circuit controls the work of motor oil pre supply pump and starting system through ignition switch normally closed oil pressure switch normally open oil pressure switch etc So as to ensure good lubrication of agricultural diesel engine during cold start The content of this paper accords with the reality of agricultural machinery and the control is simple and effective which can be widely used in agricultural diesel engines Key words agricultural diesel engine cold start dry friction oil prelubrication device lubrication 作者簡介 李厚貴 1968 男 山東鄆城人 本科 工程師 研究方向為汽車 拖拉機(jī)等移動設(shè)備維修與運(yùn)用 0 引言 傳統(tǒng)農(nóng)用柴油機(jī)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計等原因 存在停 機(jī)后冷啟動時無潤滑或潤滑不良導(dǎo)致半干摩擦和