基于单片机的模糊PID喷灌系统.pdfVIP

2008年10月 农机化研究 第10期 D喷灌系统 基于单片机的模糊PI 朱本坤 (镇江市高等专科学校，江苏镇江212003) 摘要：以某农业示范园喷灌系统为背景，根据其原喷灌系统存在的耗能大、水压波动大和自动化程度低等缺 陷，研发了模糊PID恒压喷灌控制系统。根据喷灌系统管网的水压、流量等参数和气温、季节等情况，调整水泵 的投入台数及转速，实现全自动喷灌。针对控制系统的模型，对模糊自适应PID算法进行了研究和计算机仿真。 运行结果表明，系统采用模糊PID控制后，其稳定性得到了较大的改善，响应时间大大缩短，超调量得到了明显 改善，可根据不同气温和不同季节全面调控水量，消除管路压力的波动，保证了喷灌质量，达到了节能降耗目的。 关键词：喷灌；智能系统；单片机；模糊PID；通信 中图分类号：S275．5；TP3∞．2 文献标识码：A 的4台90kW的水泵进行控制，每个水泵状态与可变 0引言 供电网络有关。可变供电网络由工频电网和变频器 在农林生产作业中，经常会遇到需要定时和定量 提供的变频电网组成，通过控制器将各水泵按一定规 喷灌的问题，有时还需要根据气温与季节等控制用水 律投入工频电网或变频1电网，以达到最佳配置状 量。这种喷灌是一种间歇性的工作，如果采用传统的 态。每个水泵都有两种状态，即变频和工频。当加工 手工作业，不仅费时费力，而且经常受人为因素的干 频时，水泵为最大输出功率。根据用户的实际用水量 扰，用水量不容易得到精确控制…。在山丘区水低田 投入适当的水泵台数，自动调节水泵转速，以保证供 高的地方，通过机泵将灌溉水输送到田间实现喷灌， 水管网压力维持恒定。在正常运行时，总有一台泵工 采用直接水泵加压方式供水，水泵扬程高且电机一直 作且只有一台泵工作于变频状态，其余工作泵停机或 处于高速运转状态，造成巨大的电能消耗，而且管网 者工作于工频状态。若用水量大，管网压力达不到设 的水压波动较大，影响管路的使用寿命。优化供水控 定值，经延时后，使2号泵投入变频工作状态，进行软 制系统，在节能降耗上具有重要的现实意义。本文针 启动，其速度从零逐渐增加，水压随之逐渐增大。当2 对某喷灌系统的现状，采用多台水泵变频与工频相结 号泵工作于额定转速且压力仍达不到设定值时，使2 PID控制技术监控电机运行状 号泵投入工频电网，并停止变频器工作，经延时后，将 合，利用自适应Fuzzy 态，实现了恒压、定时、定量与无人值守的计算机智能 3号泵投入变频电网并进行软启动。若此时用水量减 控制喷灌。 少，则水压升高，当高于设定值时，控制器发出信号， 上位机使用了PC机，下位机使用了单片机 将1号泵从工频电网切除，只有2号泵调速运行，然后 AT89C51，因此使系统界面编程能力、数据处理、图表一直保持该状态，使水压缓慢增加，最终保持水压恒 显示、打印和过程控制手段等变得更人性化与形象 定，直到供水结束，余者类推。这样在变频方式与市 化12J。此外，使用了VB6．0面向对象的编程语言，实电方式间切换，循环调频，能够合理利用资源。3台泵 现了单片机与PC之间的数据通信、数据处理、图表显 全速工作时达到的水压值可满足用户的需要。 示和打印等功能。 BⅥP(’机l —阿2 一篓莩 1 喷灌系统的组成