基于差分进化算法的水肥配比控制系统设计

彭炫 周建平 许燕

摘要：水肥混合配比的灌溉施肥方式能提高水和肥料的利用率。水肥配比后的浓度是影响施肥效果好坏的关键。因此，针对水肥混合配比控制系统中的滞后性、大惯性、非线性等问题，提出一种基于差分进化（differential evolution，简称DE）整定的比例-积分-微分（proportion integral derivative，简称PID）水肥混合配比控制方法，以提高水肥混合配比后浓度的精准性和稳定性。并通过软件仿真对比传统PID控制和差分进化整定的PID水肥混合配比控制的效果。结果表明，利用差分进化算法对PID参数调节后的控制系统在提升肥液浓度响应速度、超调量、抗干扰能力等方面都具有较强的优势。最后，通过水肥混合配比浓度控制试验，验证差分进化算法整定的PID控制系统良好的控制效果，证实其可以满足实际灌溉施肥中的控制要求。

关键词：水肥配比;肥液浓度控制;差分进化算法;PID控制;Matlab仿真试验

中图分类号： S224.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）01-0207-04

水肥混合的灌溉施肥方式在农田种植中得到了广泛推广和应用[1]。水肥混合的灌溉施肥方式指将作物所需的肥料在水中进行溶解混合配比成浓度较高的肥料原液，当农作物需要灌溉施肥时，将肥料原液与灌溉用水混合成一定浓度的液体肥料，并通过微滴灌等灌溉系统提供给植物[2-3]。在以色列、美国、日本等发达国家，已经开发出了较为先进的智能水肥混合配比控制系统，该系统已具有一定的配比精度和稳定性，并在农田灌溉施肥中得到了实际应用[4-5]。……