采用广义预测控制与物联网的智能温室灌溉

发布时间：2019-11-08 10:55

【摘要】：针对当前商业温室自动灌溉系统控制成本、用水量较高的问题,提出一种基于广义预测控制与物联网的智能温室灌溉系统。首先,采用农作物的蒸腾作用模型触发事件的产生;其次,将基质湿度值与事件产生模块的输出作为广义预测模型的输入;最终,将零阶保持器模块的输出作为驱动系统的输入,控制温室灌溉系统的开启与关闭。基于事件的控制器包含2个部分:事件检测器与控制器,事件检测器决定是否将新发生的事件通知控制器,控制器由1组广义预测控制器组成,当检测到1个新的事件时,根据时间点选择其中1个广义预测控制器。在南通地区的连栋温室试验结果表明,本控制系统在实现有效温室灌溉效果的前提下,降低了20%的用水量,并减少了灌溉系统的开启时间,降低了控制的成本。
【图文】：

试盼环请及结构

蒸腾作用剧烈，根据图3－b可以看出，在12:00—21:00作物需水量提高，导致图3－d中供水阀的控制信号变化剧烈，且事件－产生器频繁地触发事件。由图3可以看出，土壤的湿度始终保持设定值，当蒸腾作用发生变化时控制器才激活。图4显示了本控制器(β=1．5)对于多云天气的控制性能。因为蒸腾作用降低，所以这1d的需水量降低，导致供水阀的控制信号变化频率较低，事件产生器产生事件的频率明显降低。比较第2、9天的控制信号，可看出本控制器可根据实际的需求调节所需的控制成本，该特点在温室灌溉系统中特别重要，该特点可减少用水量，降低温室的维护成本。3．2试验评估统计5月4—10日的试验结果，因为天气较暖，所以作物的产量与蒸腾量较高，导致供水量较高。以分布式的方式实现控制系统的配置，温室中设置传感器与执行器，使用国家仪器(nationalinstruments，NI)的兼容－FieldPoint硬件来进行感知与激活任务。每个兼容－FieldPoint单元装备模数转换(analogdigital，，AD)与数模转换(digitalanalog，DA)模块。在一个标准的PC中建立控制器节点，控制器节点使用基于LabVIEW的软件执行本控制器，编程环境为Matlab2011b。为便于实现，控制系统的所有节点通过1个专用的以太网连接。开发控制系统的第1步是抓取控制过程的动态，为获得动态的过程响应，对期望操作点周围的自变量进行几组试验。将灌溉过程建模为线性规划形式:G(s)=0．0005/s。因为过程是动态的变化，将灌溉过程控制的GPC参数设置为控制水平Nu=5、预测水平N2=10(抓取主要的过程动态)、控制信号的权重因子λ为2、拉格朗日公式的度为2。GPC控制器设置7min的采样时间，所有分析中土壤湿度的设定值设为江苏农业科学2017年第45卷第12期—155—

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本文编号：2557816