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水稻浸种催芽系统模型辨识与PID控制研究

作　者: 吕鹏
导　师: 梁春英
学　校: 黑龙江八一农垦大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 浸种催芽 辨识系统 MATLAB仿真 水稻
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 3次
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内容摘要


浸种催芽技术是为了解决寒地地区农作物生育期短，年活动积温少的问题而发展起来的一种适用于北方地区的种植技术，它是将农作物的种子在一定时间内浸泡在一定温度的水中，使其完成生芽的过程。这样可以减少由于北方地区，冬季时间长，影响播种时间而采用的提前生芽的方法。制作以单片机为核心的水稻浸种催芽温控试验系统，根据系统模型辨识要求，确定系统辨识的输入信号M序列及其采样时间和采样周期。通过给定系统输入阶跃信号和脉冲信号，采集相应的输出信号，根据相关分析法，建立系统非参数辨识的数学模型，拟合度为86.13%；根据最小二乘法，建立ARX与ARMAX两种系统的参数辨识的数学模型，经过最终预报误差准则FPE，选择ARMAX3331模型作为系统数学模型，其拟合度达到95.24%。对所选定的数学模型连续化，利用临界比例度法，整定PID中的各项参数。从系统的动态性能与稳态性能两个方面对系统进行试验研究，结果表明：系统跟踪阶跃信号，调节时间Ts=20s，超调量Mp=107%；跟踪方波信号时，由于系统温度滞后，跟踪方波信号性能较差。系统控制温度在15°C~32°C之间时，稳态误差小于5%。本课题利用系统辨识方法建立的水稻浸种催芽试验箱，其系统运行稳定，温度控制精确，能够更好的控制水稻浸种催芽过程中的水温，达到农业生产需求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 水稻浸种催芽的目的和意义  9-10
  1.2 系统辨识的国内外研究动态和趋势  10-11
    1.2.1 系统辨识国外研究的动态  10
    1.2.2 系统辨识国内研究动态  10
    1.2.3 系统辨识研究趋势  10-11
  1.3 研究的主要内容  11-12
  1.4 研究的方法和拟解决的关键问题  12-15
    1.4.1 研究的方法  12
    1.4.2 拟解决的关键问题  12-15
第二章 水稻浸种催芽系统的电路设计  15-25
  2.1 总体设计方案  15
  2.2 系统电路组成  15-23
    2.2.1 单片机 STC90C52AD 简介  16-19
    2.2.2 温度传感器简介  19-20
    2.2.3 液位传感器简介  20-21
    2.2.4 加热器简介  21
    2.2.5 电磁阀简介  21-22
    2.2.6 水稻浸种催芽控制器电路图  22-23
  2.3 系统 PCB 整体设计  23
  2.4 本章小结  23-25
第三章 水稻浸种催芽非参数辨识  25-37
  3.1 系统辨识的内容和步骤  25-26
  3.2 系统辨识的实验设计  26-29
    3.2.1 输入信号的选择  26-28
    3.2.2 采样时间的确定  28-29
    3.2.3 辨识时间的选取  29
  3.3 相关辨识法  29-36
    3.3.1 利用相关分析法求系统传递函数的理论依据  29-32
    3.3.2 实验数据处理  32-34
    3.3.3 利用 MATLAB 软件通过相关辨识法求传递函数  34-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 水稻浸种催芽系统的参数辨识研究  37-57
  4.1 系统参数模型的选择  37-39
    4.1.1 离散时间系统的参数模型  37-38
    4.1.2 系统参数模型的选择  38
    4.1.3 参数模型阶的确定  38-39
  4.2 最小二乘法在水稻浸种催芽系统辨识中的应用  39-48
    4.2.1 最小二乘法  39-43
    4.2.2 实验分析研究  43-48
  4.3 预测误差算法在水稻浸种催芽系统辨识中的应用  48-55
    4.3.1 预报误差法  48-51
    4.3.2 实验分析研究  51-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章 水稻浸种催芽 PID 控制及仿真  57-69
  5.1 水稻浸种催芽系统 PID 控制  57
  5.2 PID 控制器的设计原理  57-59
  5.3 水稻浸种催芽系统 PID 控制器的仿真与结果分析  59-65
    5.3.1 系统 PID 控制器的理论设计  59-60
    5.3.2 水稻浸种催芽推理系统 PID 控制器的设计  60-65
  5.4 系统试验及分析真与结果分析  65-67
    5.4.1 试验准备  65
    5.4.2 系统跟随性能试验研究  65-67
  5.5 本章小结  67-69
第六章 结论  69-71
参考文献  71-73
致谢  73-75
附录  75-77
  附录一 水稻浸种催芽电路图  75-76
  附录二 PCB 布线图  76-77
作者简历  77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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