【摘要】：針對當(dāng)前商業(yè)溫室自動灌溉系統(tǒng)控制成本、用水量較高的問題,提出一種基于廣義預(yù)測控制與物聯(lián)網(wǎng)的智能溫室灌溉系統(tǒng)。首先,采用農(nóng)作物的蒸騰作用模型觸發(fā)事件的產(chǎn)生;其次,將基質(zhì)濕度值與事件產(chǎn)生模塊的輸出作為廣義預(yù)測模型的輸入;最終,將零階保持器模塊的輸出作為驅(qū)動系統(tǒng)的輸入,控制溫室灌溉系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉�；谑录目刂破靼�2個部分:事件檢測器與控制器,事件檢測器決定是否將新發(fā)生的事件通知控制器,控制器由1組廣義預(yù)測控制器組成,當(dāng)檢測到1個新的事件時,根據(jù)時間點(diǎn)選擇其中1個廣義預(yù)測控制器。在南通地區(qū)的連棟溫室試驗(yàn)結(jié)果表明,本控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)有效溫室灌溉效果的前提下,降低了20%的用水量,并減少了灌溉系統(tǒng)的開啟時間,降低了控制的成本。
【圖文】：

試盼環(huán)請及結(jié)構(gòu)

蒸騰作用劇烈，根據(jù)圖3－b可以看出，在12:00—21:00作物需水量提高，導(dǎo)致圖3－d中供水閥的控制信號變化劇烈，且事件－產(chǎn)生器頻繁地觸發(fā)事件。由圖3可以看出，土壤的濕度始終保持設(shè)定值，當(dāng)蒸騰作用發(fā)生變化時控制器才激活。圖4顯示了本控制器(β=1．5)對于多云天氣的控制性能。因?yàn)檎趄v作用降低，所以這1d的需水量降低，導(dǎo)致供水閥的控制信號變化頻率較低，事件產(chǎn)生器產(chǎn)生事件的頻率明顯降低。比較第2、9天的控制信號，可看出本控制器可根據(jù)實(shí)際的需求調(diào)節(jié)所需的控制成本，該特點(diǎn)在溫室灌溉系統(tǒng)中特別重要，該特點(diǎn)可減少用水量，降低溫室的維護(hù)成本。3．2試驗(yàn)評估統(tǒng)計(jì)5月4—10日的試驗(yàn)結(jié)果，因?yàn)樘鞖廨^暖，所以作物的產(chǎn)量與蒸騰量較高，導(dǎo)致供水量較高。以分布式的方式實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的配置，溫室中設(shè)置傳感器與執(zhí)行器，使用國家儀器(nationalinstruments，NI)的兼容－FieldPoint硬件來進(jìn)行感知與激活任務(wù)。每個兼容－FieldPoint單元裝備模數(shù)轉(zhuǎn)換(analogdigital，，AD)與數(shù)模轉(zhuǎn)換(digitalanalog，DA)模塊。在一個標(biāo)準(zhǔn)的PC中建立控制器節(jié)點(diǎn)，控制器節(jié)點(diǎn)使用基于LabVIEW的軟件執(zhí)行本控制器，編程環(huán)境為Matlab2011b。為便于實(shí)現(xiàn)，控制系統(tǒng)的所有節(jié)點(diǎn)通過1個專用的以太網(wǎng)連接。開發(fā)控制系統(tǒng)的第1步是抓取控制過程的動態(tài)，為獲得動態(tài)的過程響應(yīng)，對期望操作點(diǎn)周圍的自變量進(jìn)行幾組試驗(yàn)。將灌溉過程建模為線性規(guī)劃形式:G(s)=0．0005/s。因?yàn)檫^程是動態(tài)的變化，將灌溉過程控制的GPC參數(shù)設(shè)置為控制水平Nu=5、預(yù)測水平N2=10(抓取主要的過程動態(tài))、控制信號的權(quán)重因子λ為2、拉格朗日公式的度為2。GPC控制器設(shè)置7min的采樣時間，所有分析中土壤濕度的設(shè)定值設(shè)為江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年第45卷第12期—155—

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本文編號：2557816