基于双闭环的水肥一体化精准控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于双闭环的水肥一体化精准控制方法及系统，该系统包括注肥环、灌水环及混合执行器，注肥环包括注肥量控制器及与注肥量控制器相连的水肥溶液检测计，水肥溶液检测计用于从水肥溶液中获取对注肥量的反馈，注肥量控制器用于控制多通道施肥机输出稳定的注肥量；灌水环包括灌水量控制器及水流量传感器，灌水量控制器与水流量传感器相连，水流量传感器用于从水肥溶液中获取对注水量的反馈，灌水量控制器用于控制增压泵以输出稳定的灌水量，消除灌水量偏差；混合执行器与注肥环及灌水环相连，注肥环的水肥原液与灌水环的过滤水在混合执行器混合后，形成具有固定浓度的水肥溶液。本发明专利技术能够精确快速的控制水肥比，节约水肥比例调节时间。约水肥比例调节时间。约水肥比例调节时间。

【技术实现步骤摘要】
基于双闭环的水肥一体化精准控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及农业灌溉
，更具体的说，是一种基于双闭环的水肥一体化精准控制方法及系统。

技术介绍

[0002]农业生产者对水与肥的施用仍以施用经验为指导，使用漫灌、沟灌等粗放式灌溉施肥方式，缺乏精确可靠的数据支撑，容易导致资源浪费、土壤板结、环境污染、烧坏作物等问题出现，且难以保持长久的高质量生产。为了提高水肥的利用效率，减少环境污染，保证作物高质量出产，水肥一体化技术应运而生。
[0003]国外对水肥一体化技术的设计与研究比国内早很多。以色列公司 NETAFIM开发了福莱斯水肥一体化灌溉产品，该系统可以实时采集作物的生长环境信息和施肥灌溉过程信息，通过无线网络进行数据远程传输，系统控制器对信息进行处理生成灌溉施肥决策，具有远程控制功能。荷兰Priva公司研发的水肥一体化智能监控系统NutriFit，能够按照预设值，调节肥液EC值和pH值，使用微灌进行灌溉施肥。国外系统大多价格高昂，且难于维护，对我国农业灌溉施肥针对性不强，难于在国内进行大面积推广使用。
[0004]中国专利CN107544263A“基于参数自整定PID调节水肥配比控制系统”利用RBF神经网络得到增量式PID控制算法的最佳参数组合，提高了PID参数整定的响应速度。但是该方法用一个控制器同时控制灌水量与注肥量，不能更为精确地控制实际注肥比。而且RBF神经网络需要较大的存储空间，PLC控制器内存容量小，难以将RBF神经网络布局到PLC中，不能对参数进行实时整定。公开号为CN112690078A 的中国专利“一种智能水肥药一体化灌溉系统及方法”集合了供水设备、分区灌溉设备、配比设备、比例控制单元、恒压控制单元、分区控制器，能够保持灌溉系统供水压力恒定、实现均匀灌溉出水。该系统提高了灌溉效率，降低了成本，但配比设备采用的是比例控制单元，需较长时间才能到达稳定状态。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于双闭环的水肥一体化精准控制方法及系统，本专利技术能够精确、快速的控制水肥比，实现精准施肥，节约水肥比例调节时间。
[0006]其技术方案如下：
[0007]本专利技术在一实施例中公开一种基于双闭环的水肥一体化精准控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1：获取当前周期的理论灌水量上一周期的理论灌水量及上上周期的理论灌水量获取当前周期的理论注肥量上一周期的理论注肥量及上上周期的理论注肥量
[0009]S2：获取当前周期的反馈灌水量B
w
、上一周期的反馈灌水量B
w
‑1及上上周期的反馈灌水量B
w
‑2，获取当前周期的反馈注肥量B
q
、上一周期的反馈注肥量B
q
‑1及上上周期的反馈注肥量B
q
‑2；
[0010]S3：根据步骤S1及S2获取的数据计算得到当前周期的理论灌水量与反馈灌水量B
w
的偏差值e
k
、上一周期的理论灌水量与反馈灌水量B
w
‑1的偏差值e
k
‑1、上上周期的理论灌水量与与反馈灌水量 B
w
‑2的偏差值e
k
‑2；
[0011]S4：根据步骤S1及S2获取的数据计算得到当前周期的理论注肥量与反馈注肥量B
q
的偏差值d
k
、上一周期的理论注肥量与反馈注肥量B
q
‑1的偏差值d
k
‑1、上上周期的理论注肥量与反馈注肥量B
q
‑2的偏差值d
k
‑2；
[0012]S5：根据步骤S3及S4得到的数据计算当前周期的实际灌水量W
c
及实际注肥量Q
c
。
[0013]进一步地，在步骤S5之前，还包括：
[0014]设置灌水量控制器的参数K
p
、K
i
、K
d
，设置注肥量控制器的参数J
p
、 J
i
、J
d
，水肥溶液检测计的反馈系数α，水流量传感器的反馈系数β，水肥溶液混合执行器的混合系数γ；
[0015]其中，K
p
、J
p
为比例系数，K
i
、J
i
为积分系数，K
d
、J
d
为微分系数。
[0016]进一步地，实际灌水量W
c
满足以下公式：
[0017]W
c
＝K
p
(e
k
‑
e
k
‑1)+K
i
e
k
‑1+K
d
(e
k
‑
2e
k
‑1+e
k
‑2)；
[0018]实际注肥量Q
c
满足以下公式：
[0019]Q
c
＝J
p
(d
k
‑
d
k
‑1)+J
i
d
k
‑1+J
d
(d
k
‑
2d
k
‑1+d
k
‑2)。
[0020]进一步地，在步骤S2中，反馈灌水量为水流量传感器从水肥溶液中对灌水量的反馈，且反馈灌水量为水肥溶液与反馈系数β的乘积；
[0021]在步骤S2中，反馈注肥量为水肥溶液检测计从水肥溶液F中对注肥量的反馈，且反馈注肥量为水肥溶液与反馈系数α的乘积。
[0022]进一步地，在步骤S1之前还包括：
[0023]设置当前周期的理论灌水量及理论注肥量并令当前周期的理论灌水量上一周期的理论灌水量及上上周期的理论灌水量相等；当前周期的理论注肥量上一周期的理论注肥量及上上周期的理论注肥量相等。
[0024]本专利技术在另一实施例中公开一种基于双闭环的水肥一体化精准控制系统，该系统执行如上述任一项所述的控制方法，该系统包括注肥环、灌水环及混合执行器，其中：
[0025]注肥环包括注肥量控制器及水肥溶液检测计，注肥量控制器与水肥溶液检测计相连，所述水肥溶液检测计用于从水肥溶液中获取对注肥量的反馈，所述注肥量控制器用于控制多通道施肥机输出稳定的注肥量；
[0026]灌水环包括灌水量控制器及水流量传感器，灌水量控制器与水流量传感器相连，所述水流量传感器用于从水肥溶液中获取对注水量的反馈，灌水量控制器用于控制增压泵以输出稳定的灌水量，消除灌水量偏差；
[0027]混合执行器，与注肥环及灌水环相连，注肥环的水肥原液与灌水环的过滤水在混合执行器混合后，形成具有固定浓度的水肥溶液。
[0028]进一步地，该系统还包括过滤管路模块、田间管路模块及肥液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双闭环的水肥一体化精准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取当前周期的理论灌水量上一周期的理论灌水量及上上周期的理论灌水量获取当前周期的理论注肥量上一周期的理论注肥量及上上周期的理论注肥量S2：获取当前周期的反馈灌水量B
w
、上一周期的反馈灌水量B
w
‑1及上上周期的反馈灌水量B
w
‑2，获取当前周期的反馈注肥量B
q
、上一周期的反馈注肥量B
q
‑1及上上周期的反馈注肥量B
q
‑2；S3：根据步骤S1及S2获取的数据计算得到当前周期的理论灌水量与反馈灌水量B
w
的偏差值e
k
、上一周期的理论灌水量与反馈灌水量B
w
‑1的偏差值e
k
‑1、上上周期的理论灌水量与与反馈灌水量B
w
‑2的偏差值e
k
‑2；S4：根据步骤S1及S2获取的数据计算得到当前周期的理论注肥量与反馈注肥量B
q
的偏差值d
k
、上一周期的理论注肥量与反馈注肥量B
q
‑1的偏差值d
k
‑1、上上周期的理论注肥量与反馈注肥量B
q
‑2的偏差值d
k
‑2；S5：根据步骤S3及S4得到的数据计算当前周期的实际灌水量W
c
及实际注肥量Q
c
。2.如权利要求1所述的基于双闭环的水肥一体化精准控制方法，其特征在于，在步骤S5之前，还包括：设置灌水量控制器的参数K
p
、K
i
、K
d
，设置注肥量控制器的参数J
p
、J
i
、J
d
，水肥溶液检测计的反馈系数α，水流量传感器的反馈系数β，水肥溶液混合执行器的混合系数γ；其中，K
p
、J
p
为比例系数，K
i
、J
i
为积分系数，K
d
、J
d
为微分系数。3.如权利要求2所述的基于双闭环的水肥一体化精准控制方法，其特征在于，实际灌水量W
c
满足以下公式：W
c
＝K
p
(e
k
‑
e
k
‑1)+K
i
e
k
‑1+K
d
(e
k
‑
2e
k
‑1+e
k
‑2)；实际注肥量Q
c
满足以下公式：Q
c
＝J
p...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红刚，陈艺，罗海据，刘婷婷，钟林忆，刘海峰，谢秋波，孟祥宝，
申请(专利权)人：广东省现代农业装备研究所，
类型：发明
国别省市：