基于PSO优化Fuzzy-PID精量灌溉控制系统设计

李 嵩，周建平，许 燕

(新疆大学机械工程学院，乌鲁木齐 830047)

我国是一个农业大国，绝大部分水资源用于农业灌溉，传统的粗放管理方式导致水资源大量浪费；同时，我国也是世界上第一化肥消费大国，由于施肥方式不恰当，导致国内化肥的平均利用率为30%左右[1]。为了提高水肥的利用率，急需一种智能化精量水肥灌溉系统，通过智能算法来提高水肥控制精度。

精量水肥灌溉技术是将灌溉和施肥一起进行，彻底颠覆传统的灌溉和施肥方式，选择可溶性或液体肥料，通过水肥配比机配兑成作物生长所需的肥液，然后随水一起通过管道系统输送到作物根系，可以有效的节水、节肥，提高水肥利用率，实现作物增质增产[2]。由于大棚灌溉环境存在非线性、时变性和滞后性等问题，精确数学模型难以建立，并且传统PID控制精度达不到要求；而模糊控制是一种非线性控制，根据专家知识和操作人员经验可以制定有效的控制策略，但其抗干扰能力欠佳，并且控制误差较大[3]。基于传统控制方法和模糊控制方法的优点，进行PSO优化Fuzzy-PID控制，通过对Ke、Kec(量化因子)和Kp、Ki、Kd(比例因子)寻优，可以有效解决传统PID控制和模糊PID控制的不足，并在SIMULINK图形仿真环境下进行仿真试验，证明其具有更优越的动态响应性能和控制效果。

1 系统总体设计方案

精量水肥灌溉控制系统能够根据作物生长所需求的营养水分，实现按量灌溉、定时灌溉、手动和自动灌溉以及远程控制等功能，实现用最少的水肥量获得最大的纯收益，真正意义上实现传统农业向现代智慧农业的转变。……