基于RBF-PID算法的变量施肥控制系统研究

发布时间：2017-05-24 13:24

  本文关键词：基于RBF-PID算法的变量施肥控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国传统的农业生产中肥料资源投入较多,利用率较低,造成水土流失、土壤肥力下降、地下水污染等生态环境问题。因此人们迫切的需要一种有效手段提高肥料的利用率,以减少对生态环境造成的破坏。本文以电液比例变量施肥控制系统为对象,研究了RBF-PID算法对变量施肥控制系统的控制效果。(1)确定电液比例变量施肥控制系统方案,利用机理分析法建立电液比例阀控液压马达系统数学模型。结合智能控制理论对变量施肥控制系统策略进行探索,其中RBF-PID算法的上升时间为0.05s、调整时间为0.064s、超调量为0.038%。(2)提出一种以PID参数控制软件和变量施肥闭环控制器为核心的变量施肥控制系统,对控制系统的两大核心部分深入细致研究。利用Java Builder组件开发RBF-PID算法模块接口,编制PID参数控制软件,提出并解决RBF神经网络在线整定PID参数的问题。研究开发以单片机为核心的变量施肥闭环控制器,设计精准恒流源、测速、D/A转换、串行通讯等电路,采用增量式PID算法对排肥轴转速进行闭环控制。(3)依据施肥试验数据对变量施肥控制系统的施肥精度及转速跟踪特性详细分析。排肥轴转速在30~120r/min之间时,施肥量与转速成比例变化,施肥量相对误差小于3.22%、上升时间小于1.13s、超调量小于2.8%,稳态时转速数据离散程度较小。本文运用理论分析、计算机仿真、室内试验等方法对RBF-PID算法的变量施肥控制特性详细分析,研究结果表明:RBF-PID算法具有优异的控制性能,能够迅速适应被控对象变化并给出最优组合的PID参数,有效改善变量施肥控制系统的施肥特性,可以满足精准农业变量施肥控制要求。
【关键词】：变量施肥控制系统 RBF-PID算法 控制特性分析
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S147;S126
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 符号说明11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究意义与目的12-13
• 1.1.1 变量施肥技术的研究意义12
• 1.1.2 变量施肥技术的研究目的12-13
• 1.2 变量施肥技术研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究动态和趋势13-14
• 1.2.2 国内研究动态和趋势14-16
• 1.3 研究的主要内容16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 第二章 电液比例变量施肥系统18-26
• 2.1 影响施肥量变化的主要因素18
• 2.2 变量施肥控制方法分析比较18-20
• 2.2.1 电控机械无级变速器变量施肥系统18-19
• 2.2.2 电机直接驱动变量施肥系统19-20
• 2.2.3 阀控液压马达变量施肥系统20
• 2.3 电液比例变量施肥控制系统20-24
• 2.3.1 变量施肥控制方案20-21
• 2.3.2 变量施肥系统控制单元21-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 电液比例阀控液压马达系统数学建模26-36
• 3.1 系统数学模型的建立26-32
• 3.1.1 比例放大器传递函数26
• 3.1.2 电液比例阀传递函数26-28
• 3.1.3 液压马达传递函数28-32
• 3.2 系统传递函数参数确定32-34
• 3.3 系统稳定性研究34-35
• 3.3.1 闭环传递函数34
• 3.3.2 系统稳定性34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 RBF神经网络优化PID参数36-50
• 4.1 PID控制策略36-38
• 4.1.1 PID控制系统原理36-37
• 4.1.2 数字PID控制37-38
• 4.2 PID参数整定38-39
• 4.2.1 Ziegler-Nichols法38
• 4.2.2 增量式PID仿真研究38-39
• 4.3 基于BP神经网络的PID参数优化39-43
• 4.3.1 BP-PID算法控制原理39-40
• 4.3.2 BP-PID算法网络结构40-42
• 4.3.3 BP-PID控制规律42
• 4.3.4 BP-PID仿真研究42-43
• 4.4 基于RBF神经网络的PID参数优化43-47
• 4.4.1 RBF网络结构43-44
• 4.4.2 RBF-PID算法控制原理44
• 4.4.3 Jacobian辨识算法44-45
• 4.4.4 PID参数调整45-46
• 4.4.5 RBF-PID控制规律46
• 4.4.6 RBF-PID仿真研究46-47
• 4.5 控制策略评价47-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 变量施肥控制系统50-68
• 5.1 变量施肥控制系统总体方案50-51
• 5.2 串口通讯协议51-52
• 5.3 变量施肥闭环控制器电路设计52-59
• 5.3.1 精准恒流源电路设计52-54
• 5.3.2 单片机控制电路54-55
• 5.3.3 测速电路设计55-56
• 5.3.4 转速设定与显示电路设计56-57
• 5.3.5 串口通讯电路设计57
• 5.3.6 D/A转换电路设计57-58
• 5.3.7 闭环控制器电路组成58-59
• 5.4 变量施肥闭环控制程序设计59-60
• 5.5 Java与matlab混合编程60-62
• 5.5.1 混合编程适用条件61
• 5.5.2 Java与Matlab混合编程的实现方法61-62
• 5.6 算法模块接口的设计与实现62-65
• 5.6.1 编译环境配置62-63
• 5.6.2 编译Jar文件63-64
• 5.6.3 算法模块的调用64-65
• 5.7 PID参数控制软件开发65-67
• 5.7.1 界面设计66-67
• 5.7.2 端口管理67
• 5.7.3 数据处理67
• 5.8 本章小结67-68
• 第六章 变量施肥控制系统特性分析68-76
• 6.1 变量施肥试验68-69
• 6.2 理论施肥量测定试验69-71
• 6.3 控制特性分析71-74
• 6.3.1 施肥精度71-73
• 6.3.2 转速跟踪特性73-74
• 6.4 本章小结74-76
• 第七章 结论与展望76-78
• 7.1 结论76
• 7.2 展望76-78
• 参考文 献78-83
• 致谢83-84
• 个人简历84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张涛;刘飞;刘月琴;赵满全;张思;李娜;李凤丽;吕冰;;离散元模拟外槽轮排肥器排量分析[J];农机化研究;2015年09期

2 侯蕊;朱瑞祥;;变量撒肥机设计参数研究及控制系统设计[J];农机化研究;2015年04期

3 王立涛;;黑龙江垦区农业机械化的现状与发展[J];现代化农业;2014年04期

4 吴金林;张立新;喻俊志;王卫兵;张家华;;双变量施肥液压调速系统的设计及仿真[J];机床与液压;2014年05期

5 孙国祥;陈满;汪小e，

本文编号：390944