Оптимизация параметров ПИД-регулятора системы управления водой и удобрениями на основе адаптивного алгоритма светлячка с частичным притяжением

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12182 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1941 года

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Пропорционально-интегрально-производное (ПИД) управление является основным методом управления в процессе регулирования воды и удобрений в сельском хозяйстве, и настройка его параметров напрямую влияет на эффект управления регулированием воды и удобрений. Однако традиционные параметры ПИД регулируются вручную, например, с использованием метода критической пропорциональности, который отнимает много времени и трудно достичь оптимальных эффектов управления. Для решения оптимальной комбинации параметров ПИД-регулирования и улучшения эффекта регулирования воды и удобрений в этой статье предлагается адаптивный алгоритм светлячка с частичным притяжением (PAAFA). В частности, стратегия частичного притяжения предназначена для ускорения сходимости PAAFA и уменьшения проблемы колебаний на поздней стадии алгоритма. Кроме того, предлагается адаптивный оператор инерционного веса, чтобы сбалансировать возможности глобального поиска и возможности локального поиска PAAFA и избежать попадания алгоритма в локальный оптимум. Впоследствии, чтобы проверить производительность PAAFA, алгоритм подвергается серии симуляционных экспериментов и стендовых испытаний с использованием новейших методов, а именно генетического алгоритма (GA), адаптивного генетического алгоритма (AGA) и алгоритма светлячка (FA), применяемых для Проблемы оптимизации параметров ПИД. Результаты моделирования показывают, что время регулирования кривой отклика ПИД-регулирования на основе PAAFA сокращается на 22,75%, 10,10% и 20,61% соответственно по сравнению с GA, AGA и FA. Результаты стендовых испытаний показывают, что ПИД-регулятор на основе PAAFA имеет наименьшую относительную погрешность и лучшую точность управления по сравнению с GA, AGA и FA, при этом среднее снижение относительной ошибки составляет 3,99, 2,42 и 3,50 процентных пункта соответственно.

Технология интеграции воды и удобрений объединяет процесс орошения и процесс внесения удобрений для реализации экономии воды и удобрений в сельскохозяйственном процессе, что является одним из направлений развития современного сельского хозяйства. Благодаря резервуару для смешивания удобрений, водяному насосу и сети трубопроводов капельного орошения система орошения и внесения удобрений добавляет водорастворимые удобрения в поливную воду и доставляет их к корням сельскохозяйственных культур для достижения цели водоснабжения и внесения удобрений по требованию, а также воды. -сберегающее орошение1,2. В процессе орошения и внесения удобрений устройство для орошения и внесения удобрений точно контролирует подачу воды и количество удобрений в пределах оптимального диапазона управления, чтобы способствовать развитию корневой системы и росту урожая3. Кроме того, равномерность и стабильность потока воды и удобрений в системе орошения и удобрения связаны с точностью контроля количества удобрений. Таким образом, точный контроль регулирования воды и удобрений в соответствии с потребностями сельскохозяйственных культур в воде и удобрениях является ключом к реализации водосберегающего орошения.

Поскольку процесс регулирования воды и удобрений в системе орошения и удобрений имеет проблемы нелинейности, изменения во времени и гистерезиса, которые могут повлиять на точность и стабильность системы орошения и удобрений для контроля воды и удобрений, метод управления с высокой точностью управления и хорошим нужна стабильность. Поскольку традиционный ПИД-регулятор обладает преимуществами простого алгоритма, хорошей устойчивости, высокой надежности, низкой стоимости и широкого спектра применений, он стал одним из основных методов управления процессами орошения и внесения удобрений4,5,6,7. В настоящее время пользователи могут достичь необходимой точности и стабильности управления, регулируя соответствующие параметры ПИД-регулятора системы орошения и внесения удобрений, чтобы реализовать комплексное орошение и удобрение сельскохозяйственных культур и добиться лучших результатов управления.