基于神经网络算法的液肥喷施变量控制系统研发与应用
发布时间：2021-06-27 15:32
“一控两减三基本”提出我国现代农业国情下减肥增效的目标,要求在农用化肥减量增效上做到精准施肥、提高机械使用。我国的化肥用量明显高于世界水平（单位面积使用化肥225kg）,化肥的大量施用起到了增产的目的,为进一步提高化肥的利用率并起到增产增效的作用,变量施肥技术的发展为肥料的精准施用提供了高效的平台。对于变量施肥技术的研究将有利于我国未来农业绿色、高效、可持续发展,是我国精准农业甚至是智慧农业领域研究的重点问题。本文以液肥喷施变量控制系统为研究对象,在基于神经网络PID变量控制算法研究、变量控制系统滞后修正方法建立研究的基础上,研发了液肥喷施变量控制系统。通过对系统进行性能参数以及大田效果进行验证和调试,进一步优化和提升了系统性能,形成了一套适用于大田液肥喷施的变量控制系统。主要研究结果如下:（1）以电动比例阀开度传递函数为控制对象进行控制算法仿真,结果显示BP神经网络的上升时间、调节时间、超调量、峰值分别是0.0298、0.0059、2.8%、0.0576,较模糊及常规控制算法这些指标均为最优,结合控制算法对干扰信号的响应上,BP神经网络PID控制算法表现出最快的响应速度、良好的稳定性...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Exynos4412芯片及开发板Exynos4412chipanddevelopmentboard2.2.3GPS模块
8表2-2开发板参数列表Table2-2Developmentboardparameterlist参数名称参数CPUExynos4412，四核Cortex-A9，主频1.4-1.6Ghz内存1GB双通道储存4GBEMMC工作电压2.65-5.5V系统支持Linux-QT/Android4.2/Ubuntu引脚扩展多达320个支持各类扩展需求运行温度-25度到80度图2-1Exynos4412芯片及开发板Exynos4412chipanddevelopmentboard2.2.3GPS模块2.2.2GPS模块GPS模块中的芯片是GNS7560，频率：1.575GHzC/A；CODE：1.023MHz；chiprate通道数：66通道（定位搜索）/22通道（跟踪）；跟踪灵敏度：-165dBm；定位精度：10m，2DRMS；5m，2DRMS，WAASenable速率：0.1m/s数据更新率：1Hz；重新捕获时间：平均4s；热启动时间：平均8s；温启动时间：平均20s；冷启动时间：平均40s；大定位高度：18m；大速率：515m/s加速度：<4G。GPS原理图如下图所示。图2-2GPS模块原理图FIG.2-2schematicdiagramofGPSmodule
92.3检测及控制装置2.3.1实时流量检测装置实时流量的测量可以用流量传感器实现。本文采用的流量检测装置采用全封闭和电子传感器，满量程误差为1%，流量量程为1-100L/min,工作压力达到20bar，0-12V直流脉冲输出频率与流速成正比。下图为流量计实物图。图2-3流量计实物及压力传感器实物图Figure2-3Physicalviewofflowmeterandpressuresensor2.3.2压力/液位检测装置本文采用的压力传感器由传感器以及通信口组成，测量精度:≤±0.5%;非线性:≤0.3%;输出信号:0.5-4.5V;压力计量程:0-20bar;液位计量程:0-10m没有安装液位计时,可通过设置初始肥液体积,计算并显示剩余肥液2.3.3GPS监测装置采用GNSS兼容接收机可支持中国的北斗、美国的GPS、欧洲的Galileo三种定位系统，集成卫星接收天线和接收机为一体，下图为GNSS接收机：图2-4GNSS接收机Figure2-4GNSSreceiver2.3.4流量调节装置本文控制系统采用电动比例阀进行流量的调节，电动比列阀通过内置电机的转动从而控制阀体的阀芯来调节开度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国化肥高用量与小农户的施肥行为研究——基于1995～2016年全国农村固定观察点数据的发现[J]. 高晶晶,彭超,史清华. 管理世界. 2019(10)
[2]精准变量施肥机械研究现状与发展建议[J]. 韩英,贾如,唐汉. 农业工程. 2019(05)
[3]基于移动GIS的家庭农场精准施肥系统设计[J]. 王娇娇,杨忠,杨小冬,梅新. 中国农业信息. 2019(02)
[4]中国棉花生产格局与施肥研究现状——基于CNKI数据计量分析[J]. 李继福,何俊峰,陈佛文,谭京红,吴启侠,万鹏. 中国棉花. 2019(04)
[5]中国棉花产业全要素生产率的差异及时空演化——基于Hicks-Moorsteen指数框架[J]. 王力,李婕. 价格理论与实践. 2019(01)
[6]全产业链布局推进中国棉花提质增效及提升国际竞争力[J]. 李付广. 农学学报. 2019(03)
[7]基于Android平台的变量施肥无线控制系统设计与试验[J]. 李欣倪,张文爱,宋健,王秀. 中国农机化学报. 2019(03)
[8]基于电子控制单元的大豆液肥施肥机变量施控系统[J]. 张继成,孟繁峰,郑萍,侯守印,纪文义. 大豆科学. 2019(01)
[9]精准农业技术体系的研究进展与展望[J]. 姚敏娜. 农业开发与装备. 2018(12)
[10]水肥一体化施肥机变量吸肥系统的设计与试验[J]. 田莉,李家春,赵先锋,张雷,王永涛,陈跃威. 农机化研究. 2019(10)
博士论文
[1]农业绿色发展背景下我国化肥减量增效研究[D]. 肖阳.中国农业科学院 2018
[2]基于物联网技术的作物养分信息快速获取与精准施肥智能控制系统研究[D]. 田敏.石河子大学 2018
[3]精准农业变量施肥控制技术研究[D]. 宿宁.中国科学技术大学 2016
[4]滴灌棉田精量控制施肥系统研发与施肥效果研究[D]. 陈剑.石河子大学 2015
[5]基于处方图的变量施肥系统关键技术研究[D]. 张继成.东北农业大学 2013
[6]变量配肥施肥精准作业装备关键技术研究[D]. 刘阳春.中国农业机械化科学研究院 2012
[7]智能型变量施肥关键技术研究[D]. 张睿.中国农业科学院 2012
[8]变量施肥的环境效率测算技术研究[D]. 陈相芬.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于Android平台的变量施肥无线控制系统设计[D]. 李欣倪.太原理工大学 2019
[2]液态肥变量注肥控制系统设计与试验[D]. 左光焜.西北农林科技大学 2018
[3]基于Fuzzy-PID的自动泊车车速控制系统的研究[D]. 陈政和.华南理工大学 2018
[4]基于BP神经网络的PID研究和改进[D]. 汪圣祥.广东工业大学 2017
[5]中外化肥的使用结构与效率的比较分析[D]. 薛嘉驹.河南大学 2017
[6]化肥使用量零增长方案对中国粮食安全的影响研究[D]. 刘德伟.北京林业大学 2017
[7]基于RBF-PID算法的变量施肥控制系统研究[D]. 呼云龙.黑龙江八一农垦大学 2016
[8]基于处方图的变量施液态肥控制系统关键技术研究[D]. 张英姿.东北农业大学 2015
[9]黑龙江垦区精准农业技术应用现状与趋势分析[D]. 鞠德明.黑龙江八一农垦大学 2014
[10]基于GIS的高精度氮素分区施肥处方图建立研究[D]. 左佳.石河子大学 2014
本文编号：3253115
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Exynos4412芯片及开发板Exynos4412chipanddevelopmentboard2.2.3GPS模块
8表2-2开发板参数列表Table2-2Developmentboardparameterlist参数名称参数CPUExynos4412，四核Cortex-A9，主频1.4-1.6Ghz内存1GB双通道储存4GBEMMC工作电压2.65-5.5V系统支持Linux-QT/Android4.2/Ubuntu引脚扩展多达320个支持各类扩展需求运行温度-25度到80度图2-1Exynos4412芯片及开发板Exynos4412chipanddevelopmentboard2.2.3GPS模块2.2.2GPS模块GPS模块中的芯片是GNS7560，频率：1.575GHzC/A；CODE：1.023MHz；chiprate通道数：66通道（定位搜索）/22通道（跟踪）；跟踪灵敏度：-165dBm；定位精度：10m，2DRMS；5m，2DRMS，WAASenable速率：0.1m/s数据更新率：1Hz；重新捕获时间：平均4s；热启动时间：平均8s；温启动时间：平均20s；冷启动时间：平均40s；大定位高度：18m；大速率：515m/s加速度：<4G。GPS原理图如下图所示。图2-2GPS模块原理图FIG.2-2schematicdiagramofGPSmodule
92.3检测及控制装置2.3.1实时流量检测装置实时流量的测量可以用流量传感器实现。本文采用的流量检测装置采用全封闭和电子传感器，满量程误差为1%，流量量程为1-100L/min,工作压力达到20bar，0-12V直流脉冲输出频率与流速成正比。下图为流量计实物图。图2-3流量计实物及压力传感器实物图Figure2-3Physicalviewofflowmeterandpressuresensor2.3.2压力/液位检测装置本文采用的压力传感器由传感器以及通信口组成，测量精度:≤±0.5%;非线性:≤0.3%;输出信号:0.5-4.5V;压力计量程:0-20bar;液位计量程:0-10m没有安装液位计时,可通过设置初始肥液体积,计算并显示剩余肥液2.3.3GPS监测装置采用GNSS兼容接收机可支持中国的北斗、美国的GPS、欧洲的Galileo三种定位系统，集成卫星接收天线和接收机为一体，下图为GNSS接收机：图2-4GNSS接收机Figure2-4GNSSreceiver2.3.4流量调节装置本文控制系统采用电动比例阀进行流量的调节，电动比列阀通过内置电机的转动从而控制阀体的阀芯来调节开度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国化肥高用量与小农户的施肥行为研究——基于1995～2016年全国农村固定观察点数据的发现[J]. 高晶晶,彭超,史清华. 管理世界. 2019(10)
[2]精准变量施肥机械研究现状与发展建议[J]. 韩英,贾如,唐汉. 农业工程. 2019(05)
[3]基于移动GIS的家庭农场精准施肥系统设计[J]. 王娇娇,杨忠,杨小冬,梅新. 中国农业信息. 2019(02)
[4]中国棉花生产格局与施肥研究现状——基于CNKI数据计量分析[J]. 李继福,何俊峰,陈佛文,谭京红,吴启侠,万鹏. 中国棉花. 2019(04)
[5]中国棉花产业全要素生产率的差异及时空演化——基于Hicks-Moorsteen指数框架[J]. 王力,李婕. 价格理论与实践. 2019(01)
[6]全产业链布局推进中国棉花提质增效及提升国际竞争力[J]. 李付广. 农学学报. 2019(03)
[7]基于Android平台的变量施肥无线控制系统设计与试验[J]. 李欣倪,张文爱,宋健,王秀. 中国农机化学报. 2019(03)
[8]基于电子控制单元的大豆液肥施肥机变量施控系统[J]. 张继成,孟繁峰,郑萍,侯守印,纪文义. 大豆科学. 2019(01)
[9]精准农业技术体系的研究进展与展望[J]. 姚敏娜. 农业开发与装备. 2018(12)
[10]水肥一体化施肥机变量吸肥系统的设计与试验[J]. 田莉,李家春,赵先锋,张雷,王永涛,陈跃威. 农机化研究. 2019(10)
博士论文
[1]农业绿色发展背景下我国化肥减量增效研究[D]. 肖阳.中国农业科学院 2018
[2]基于物联网技术的作物养分信息快速获取与精准施肥智能控制系统研究[D]. 田敏.石河子大学 2018
[3]精准农业变量施肥控制技术研究[D]. 宿宁.中国科学技术大学 2016
[4]滴灌棉田精量控制施肥系统研发与施肥效果研究[D]. 陈剑.石河子大学 2015
[5]基于处方图的变量施肥系统关键技术研究[D]. 张继成.东北农业大学 2013
[6]变量配肥施肥精准作业装备关键技术研究[D]. 刘阳春.中国农业机械化科学研究院 2012
[7]智能型变量施肥关键技术研究[D]. 张睿.中国农业科学院 2012
[8]变量施肥的环境效率测算技术研究[D]. 陈相芬.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于Android平台的变量施肥无线控制系统设计[D]. 李欣倪.太原理工大学 2019
[2]液态肥变量注肥控制系统设计与试验[D]. 左光焜.西北农林科技大学 2018
[3]基于Fuzzy-PID的自动泊车车速控制系统的研究[D]. 陈政和.华南理工大学 2018
[4]基于BP神经网络的PID研究和改进[D]. 汪圣祥.广东工业大学 2017
[5]中外化肥的使用结构与效率的比较分析[D]. 薛嘉驹.河南大学 2017
[6]化肥使用量零增长方案对中国粮食安全的影响研究[D]. 刘德伟.北京林业大学 2017
[7]基于RBF-PID算法的变量施肥控制系统研究[D]. 呼云龙.黑龙江八一农垦大学 2016
[8]基于处方图的变量施液态肥控制系统关键技术研究[D]. 张英姿.东北农业大学 2015
[9]黑龙江垦区精准农业技术应用现状与趋势分析[D]. 鞠德明.黑龙江八一农垦大学 2014
[10]基于GIS的高精度氮素分区施肥处方图建立研究[D]. 左佳.石河子大学 2014
本文编号：3253115
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