[发明专利]一种基于模糊PID控制的精确施肥量控制方法

说明书

一种基于模糊PID控制的精确施肥方法，包括以下步骤：步骤一、构建土壤状况综合指标，根据层次分析法，得出不同元素含量的权重；步骤二、确定当前土壤综合指标与理想值之间的误差；步骤三、将输入量模糊化，并得出隶属度值；步骤四、计算每条模糊规则的激活强度并利用连续重心法解模糊；步骤五、得出适宜的肥液体积以及用于稀释肥液的水的体积；步骤六、建立传递函数；步骤七、隔设定时间后测量土壤氮磷钾元素含量以及土壤pH值，计算土壤综合指标并返回，进行下一轮控制，直至综合指标稳定于最适值。本发明能够对液体肥料的用量更精确地进行控制，并智能调节肥液浓度，能够将土壤中的植物生长必需元素含量与土壤pH均控制在适宜范围内。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及新型的基于模糊PID的土壤养分参数控制方法。

技术背景

液体肥料的使用越来越广泛，而如果不能够精确使用可能会导致资源浪费以及危害农作物，甚至造成严重的土地污染。而我国的氮磷钾液体肥料利用率低下，因此有必要对液体肥料的使用进行较为精确的控制。

目前对于施肥的量大多依据种植经验进行控制，关于精确的施肥控制方法出现较少。涉及到计算机算法的施肥控制方法，大多解决的是单输入控制单输出的问题，然而在施肥的过程中，肥液还可能改变土壤的酸碱性，但能够实现土壤养分的含量以及土壤酸碱度的多输出控制的方法较为少见。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种能够对液体肥料的用量更精确地进行控制，并智能调节肥液浓度，能够将土壤中的植物生长必需元素含量与土壤pH均控制在适宜范围内的控制方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于模糊PID控制的精确施肥方法，包括以下步骤：

步骤一、构建土壤状况综合指标，根据层次分析法，得出不同元素含量的权重；

步骤二、确定当前土壤综合指标与理想值之间的误差，并通过差分处理得到与上一次误差之间的变化量，即误差变化率；

步骤三、将输入量模糊化，并得出隶属度值；

步骤四、计算每条模糊规则的激活强度并利用连续重心法解模糊，模糊控制是利用误差与误差变化率来调整PID模型中的参数，PID控制模型分为两个，即肥液变频器PID控制模型和水变频器PID控制模型，这两个控制模型分别控制肥液量和出水量，并将肥液与水进行混合从而对肥液进行稀释；

步骤五、由PID控制模型的表达式，得出适宜的肥液体积以及用于稀释肥液的水的体积；

步骤六、建立传递函数，根据变频器的频率，调节肥液泵与水泵的动力，先将二者抽至混合槽内进行混合，继而通过管道用于滴灌；

步骤七、隔设定时间后测量土壤氮磷钾元素含量以及土壤pH值，计算土壤综合指标并返回，进行下一轮控制，直至综合指标稳定于最适值。

进一步，所述步骤一中，首先，需要对测量得到元素含量进行归一化处理，对于第n次测量得到的土壤pH值y_pH′(n)转化为第n次测量得到的土壤氢离子浓度y₄′(n)：