本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化管理領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器。
背景技術(shù)：
隨著農(nóng)業(yè)園林栽培集約化程度，勞動(dòng)力成本越來越高，亟待提供一個(gè)符合當(dāng)前栽培現(xiàn)狀，提高人工效率，減少人工參與的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化管理系統(tǒng)。
并且現(xiàn)有技術(shù)的施肥和灌溉系統(tǒng)通過人工控制，操作復(fù)雜，灌水和施肥分開控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，沒有考慮到電機(jī)的保護(hù)和整個(gè)管道的保護(hù)。隨著農(nóng)業(yè)園林栽培集約化程度、勞動(dòng)力成本較高，亟待提供一個(gè)符合當(dāng)前栽培現(xiàn)狀、提高人工效率，減少人工參與的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化管理系統(tǒng)。
水利是國家的命脈，是人類生存和建設(shè)的寶貴資源。我國是世界上水資源缺乏的國家，人均占有量只相當(dāng)于世界人均占有量的四分之一，北方許多地區(qū)缺水更為嚴(yán)重。當(dāng)今設(shè)施農(nóng)業(yè)正在擴(kuò)大，但只注重改善小氣候環(huán)境，在精細(xì)灌水調(diào)控技術(shù)方面存在一些缺陷，制約了節(jié)能、節(jié)水效。為了促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)(溫室、大棚)再上新臺(tái)階，綜合中國國情，實(shí)施科學(xué)、低廉、節(jié)水節(jié)能的精細(xì)灌溉技術(shù)勢在必行。
閉環(huán)比例積分微分(proportional-integral-derivative)(pid)控制算法可以被調(diào)整以具有響應(yīng)時(shí)間(例如，加速的響應(yīng)時(shí)間)來滿足流體流量應(yīng)用的控制要求。但是，調(diào)整閉環(huán)pid控制算法的響應(yīng)時(shí)間來滿足具體應(yīng)用的要求可能具有不想要的副作用。例如，被調(diào)整為快速算法以迅速地響應(yīng)在流體流量中突發(fā)的顯著變化的閉環(huán)pid控制算法可在流體流量穩(wěn)定時(shí)造成帶噪聲的流量。快速算法放大了高頻率傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)量化以及電子噪聲，導(dǎo)致帶噪聲的控制信號。
另一方面，被調(diào)整為具有較慢的響應(yīng)時(shí)間的閉環(huán)pid控制算法雖然沒有向穩(wěn)定的流體流量引入噪聲，但是也不能準(zhǔn)確且迅速地校正流量條件中突發(fā)的顯著變化(例如，設(shè)定點(diǎn)中的突變或壓力變化)。與僅實(shí)現(xiàn)快速或緩慢響應(yīng)時(shí)間算法相關(guān)聯(lián)的問題由于非理想的情況，例如流量傳感器讀取的滯后或者流量控制器元件中的非線性而變得更加復(fù)雜。因此，需要解決目前方法的不足并且提供其它新穎且創(chuàng)新的特征。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器，以減少農(nóng)作物在生產(chǎn)的過程中的人工參與、勞動(dòng)力成本過高的技術(shù)問題。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器，一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法，包括：
接收設(shè)定點(diǎn)指示值，所述設(shè)定點(diǎn)指示值指示流體流量設(shè)定點(diǎn)；
接收由傳感器產(chǎn)生的傳感器指示值，所述傳感器指示值指示所述流體的流率；
偏置自適應(yīng)閉環(huán)控制算法和相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，使得所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法具有緩慢模式；
基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)，將反饋濾波器從緩慢模式修改到快速模式，所述反饋濾波器與所述閉環(huán)控制的水肥一體化算法相關(guān)聯(lián)，所述閉環(huán)控制的水肥一體化算法與流量控制器相關(guān)聯(lián)；
將所述反饋濾波器從所述快速模式修改回到所述緩慢模式；以及基于對所述反饋濾波器的所述修改來改變與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的調(diào)整參數(shù)，當(dāng)所述反饋濾波器被修改時(shí)，改變所述調(diào)整參數(shù)以穩(wěn)定所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法。
還包括基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)來修改自適應(yīng)增益，所述自適應(yīng)增益在所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中用于補(bǔ)償與所述流量控制器相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非線性特性。
還包括基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)來修改自適應(yīng)增益，所述自適應(yīng)增益在所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中用于補(bǔ)償與所述流量控制器相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非線性特性，修改所述自適應(yīng)增益的步驟包括：響應(yīng)于通過所述流量控制器的流體流率的變化并且根據(jù)數(shù)學(xué)方程來進(jìn)行修改。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：通過調(diào)節(jié)與所述反饋濾波器相關(guān)聯(lián)的時(shí)間常數(shù)來修改與所述反饋濾波器相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)時(shí)間。
其中所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法基于比例控制、積分控制或微分控制中的至少一個(gè)。
其中所述傳感器是流量傳感器、定時(shí)器、壓力傳感器或溫度傳感器中的至少一個(gè)。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：響應(yīng)于通過所述流量控制器的流體流率的變化并且根據(jù)數(shù)學(xué)方程來進(jìn)行修改。
其中所述反饋濾波器處于所述緩慢模式時(shí)所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法的響應(yīng)時(shí)間不同于所述反饋濾波器處于所述快速模式時(shí)所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法的響應(yīng)時(shí)間。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：參考與所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)閾值來進(jìn)行修改。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：響應(yīng)于通過所述流量控制器的流體流率的變化并且根據(jù)數(shù)學(xué)方程來逐漸地修改所述反饋濾波器。
一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器，控制器包括：
處理器，被配置為偏置自適應(yīng)閉環(huán)控制算法和相關(guān)聯(lián)的參數(shù)以使得所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法具有緩慢模式并在基于由傳感器產(chǎn)生的傳感器指示值或設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)滿足至少一個(gè)閾值時(shí)將所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法從所述緩慢模式修改到快速模式，所述處理器通過修改與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的反饋濾波器和與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的調(diào)整參數(shù)來修改所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法，并且所述處理器將所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法修改回到所述緩慢模式；以及存儲(chǔ)器，被配置為存儲(chǔ)與所述反饋濾波器和所述調(diào)整參數(shù)中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，所述處理器從所述存儲(chǔ)器訪問所述參數(shù)。
還包括閥，所述閥被配置為響應(yīng)于控制指示值而打開和關(guān)閉，所述控制指示值由所述處理器基于所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法來產(chǎn)生。
其中所述傳感器是所述環(huán)境監(jiān)測傳感器包括液體ec傳感器、液體ph傳感器、土壤ec傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、雨量傳感器、流量計(jì)、前壓力表和后壓力表。
其中所述處理器被配置為基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)來修改與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的自適應(yīng)增益，所述自適應(yīng)增益在所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中用于補(bǔ)償與所述閥相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非線性特性。
還包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器被配置為存儲(chǔ)所述至少一個(gè)閾值，所述處理器被配置為從所述存儲(chǔ)器訪問所述至少一個(gè)閾值。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種水肥一體化精細(xì)管理系統(tǒng)，包括有灌溉決策，施肥決策，電機(jī)保護(hù)，環(huán)境監(jiān)測信息互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，系統(tǒng)安全操作記錄，多種控制執(zhí)行方式。智能化程度高，較好的適用于本地控制和遠(yuǎn)程異地控制的智能灌溉系統(tǒng)，安裝方便，成本低，維護(hù)操作簡單，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)林作物生產(chǎn)過程中自動(dòng)化的田間管理，減少了人力成本的支出，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)林現(xiàn)代化。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：環(huán)境監(jiān)測傳感器1、中央控制處理器2、模糊控制算法器3、首部控制器4、編碼器主機(jī)5、可編程控制器6、無線主機(jī)7、高精度控制器8、施肥泵繼電器9、首部電機(jī)繼電器10、遠(yuǎn)程控制解碼器11、電子閥門12和遠(yuǎn)程無線解碼器13。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器包括環(huán)境監(jiān)測傳感器1、中央控制處理器2、模糊控制算法器3、首部控制器4、編碼器主機(jī)5、可編程控制器6、無線主機(jī)7、高精度控制器8、施肥泵繼電器9、首部電機(jī)繼電器10、遠(yuǎn)程控制解碼器11、電子閥門12和遠(yuǎn)程無線解碼器13構(gòu)成。中央控制處理器2分別與環(huán)境監(jiān)測傳感器1和模糊控制算法器3連接，而無線主機(jī)7與中央控制處理器2無線連接，中央控制處理器2與首部控制器4、解碼器主機(jī)5、可編程控制器6有線連接，無線主機(jī)7與中央控制處理器2無線連接。其中環(huán)境監(jiān)測傳感器1包括液體ec傳感器、液體ph傳感器、土壤ec傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣濕度傳感器、空氣溫度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、雨量傳感器、流量計(jì)、前壓力表和后壓力表。首部控制器4連接高精度控制器8、施肥泵繼電器9和首部電機(jī)繼電器10。解碼器主機(jī)5、遠(yuǎn)程控制解碼器11和電子閥門12依次連接，無線主機(jī)7與遠(yuǎn)程無線解碼器13、電子閥門12依次連接，可編程控制器6與電子閥門12直接連接。
首部控制器4在水肥一體化精細(xì)管理系統(tǒng)中具有施肥、水泵控制、水源過濾、恒壓、排壓等功能。
解碼器主機(jī)5是將中央控制處理器2對電子閥門12的控制指令轉(zhuǎn)換成解碼器的信號。
可編程控制器6是將中央控制處理器2對電子閥門12的控制指令轉(zhuǎn)成對每個(gè)電子閥門12的控制信號，其中每一控制信號是通過獨(dú)立的載體電纜，載體電纜傳輸至對應(yīng)的電子閥門12。
當(dāng)田間ec值小于設(shè)定值時(shí)，說明田間的土壤養(yǎng)分缺少，中央控制處理器2則會(huì)控制電子閥門12開啟，進(jìn)行水合肥自動(dòng)灌溉，當(dāng)ec值達(dá)到預(yù)定值后，電子閥門12自動(dòng)關(guān)閉。
無線主機(jī)7把中央控制處理器對2電子閥門12的控制指令轉(zhuǎn)成每個(gè)無線控制終端都能接受的無線控制信號，從而能夠控制電子閥門12。
中央控制處理器2能夠設(shè)置灌水日期，運(yùn)行時(shí)間，鏈接程序進(jìn)度表，傳感器啟動(dòng)，循環(huán)入滲程序，et灌水程序等。
可以通過gps地圖，顯示所有站點(diǎn)甚至是單個(gè)噴頭的運(yùn)行情況并會(huì)顯示狀態(tài)報(bào)告，易于操作人員編程，監(jiān)控和發(fā)現(xiàn)并解決故障。
可以利用地圖軟件模塊測量和計(jì)算地圖上所選的區(qū)域面積，程序通過彩色圖表實(shí)時(shí)顯示每個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行情況，允許實(shí)時(shí)根據(jù)在彩圖上顯示個(gè)人工作站的信息繪圖。
本發(fā)明水肥一體化精細(xì)管理系統(tǒng)通過灌溉決策，施肥決策，電機(jī)保護(hù)，環(huán)境監(jiān)測信息互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，系統(tǒng)安全操作記錄，多種控制執(zhí)行方式，兩線解碼器，多線控制，無線控制方式實(shí)現(xiàn)了水肥一體化精細(xì)管理系統(tǒng)，操作簡單，維護(hù)方便，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)作物生產(chǎn)過程中自動(dòng)化的田間管理，減少了人力成本的支出，提高了生產(chǎn)效率和管理效率，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化。
一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器，一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法，包括：
接收設(shè)定點(diǎn)指示值，所述設(shè)定點(diǎn)指示值指示流體流量設(shè)定點(diǎn)；
接收由傳感器產(chǎn)生的傳感器指示值，所述傳感器指示值指示所述流體的流率；
偏置自適應(yīng)閉環(huán)控制算法和相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，使得所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法具有緩慢模式；
基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)，將反饋濾波器從緩慢模式修改到快速模式，所述反饋濾波器與所述閉環(huán)控制的水肥一體化算法相關(guān)聯(lián)，所述閉環(huán)控制的水肥一體化算法與流量控制器相關(guān)聯(lián)；
將所述反饋濾波器從所述快速模式修改回到所述緩慢模式；以及基于對所述反饋濾波器的所述修改來改變與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的調(diào)整參數(shù)，當(dāng)所述反饋濾波器被修改時(shí)，改變所述調(diào)整參數(shù)以穩(wěn)定所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法。
還包括基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)來修改自適應(yīng)增益，所述自適應(yīng)增益在所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中用于補(bǔ)償與所述流量控制器相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非線性特性。
還包括基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)來修改自適應(yīng)增益，所述自適應(yīng)增益在所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中用于補(bǔ)償與所述流量控制器相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非線性特性，修改所述自適應(yīng)增益的步驟包括：響應(yīng)于通過所述流量控制器的流體流率的變化并且根據(jù)數(shù)學(xué)方程來進(jìn)行修改。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：通過調(diào)節(jié)與所述反饋濾波器相關(guān)聯(lián)的時(shí)間常數(shù)來修改與所述反饋濾波器相關(guān)聯(lián)的響應(yīng)時(shí)間。
其中所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法基于比例控制、積分控制或微分控制中的至少一個(gè)。
其中所述傳感器是流量傳感器、定時(shí)器、壓力傳感器或溫度傳感器中的至少一個(gè)。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：響應(yīng)于通過所述流量控制器的流體流率的變化并且根據(jù)數(shù)學(xué)方程來進(jìn)行修改。
其中所述反饋濾波器處于所述緩慢模式時(shí)所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法的響應(yīng)時(shí)間不同于所述反饋濾波器處于所述快速模式時(shí)所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法的響應(yīng)時(shí)間。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：參考與所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)閾值來進(jìn)行修改。
其中修改所述反饋濾波器的步驟包括：響應(yīng)于通過所述流量控制器的流體流率的變化并且根據(jù)數(shù)學(xué)方程來逐漸地修改所述反饋濾波器。
一種能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制的水肥一體化算法及控制器，控制器包括：
處理器，被配置為偏置自適應(yīng)閉環(huán)控制算法和相關(guān)聯(lián)的參數(shù)以使得所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法具有緩慢模式并在基于由傳感器產(chǎn)生的傳感器指示值或設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)滿足至少一個(gè)閾值時(shí)將所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法從所述緩慢模式修改到快速模式，所述處理器通過修改與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的反饋濾波器和與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的調(diào)整參數(shù)來修改所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法，并且所述處理器將所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法修改回到所述緩慢模式；以及存儲(chǔ)器，被配置為存儲(chǔ)與所述反饋濾波器和所述調(diào)整參數(shù)中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，所述處理器從所述存儲(chǔ)器訪問所述參數(shù)。
還包括閥，所述閥被配置為響應(yīng)于控制指示值而打開和關(guān)閉，所述控制指示值由所述處理器基于所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法來產(chǎn)生。
其中所述傳感器是所述環(huán)境監(jiān)測傳感器包括液體ec傳感器、液體ph傳感器、土壤ec傳感器、土壤濕度傳感器、土壤溫度傳感器、空氣濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、雨量傳感器、流量計(jì)、前壓力表和后壓力表。
其中所述處理器被配置為基于所述傳感器指示值或所述設(shè)定點(diǎn)指示值中的至少一個(gè)來修改與所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法相關(guān)聯(lián)的自適應(yīng)增益，所述自適應(yīng)增益在所述自適應(yīng)閉環(huán)控制算法中用于補(bǔ)償與所述閥相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)非線性特性。
還包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器被配置為存儲(chǔ)所述至少一個(gè)閾值，所述處理器被配置為從所述存儲(chǔ)器訪問所述至少一個(gè)閾值。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。