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基于蒸腾速率的温室滴灌控制系统研究

作　者: 陈晓军
导　师: 张立彬
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 温室滴灌蒸腾速率 P-M模型土壤湿度模糊控制
分类号: S625.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在水资源日益缺乏的今天,大力发展节水灌溉,提高灌溉水资源利用效率,同时进一步采用有利于环境的经营和管理方式成为解决我国水资源供需矛盾的有效方法。选择滴灌方式结合先进的灌溉控制技术,综合考虑作物的生理特性、气候条件和土壤特征,以此制定适合作物的灌溉制度,实现适时、适量灌溉。本文从气象因子(温度、湿度、辐射)和土壤湿度两个方面,分析了作物蒸腾速率的变化规律及其相互影响关系。提出了以蒸腾速率及其变化率的大小来判断作物需水性的方法。并验证了当土壤湿度在50%～70%范围内时,P-M方程用于模拟蒸腾速率的可靠性。设计了以模糊控制算法为主的三级控制器,其中第一级用于计算蒸腾速率和蒸腾速率变化率,并将其作为第二级模糊控制器的输入,得到实施灌溉的土壤湿度下限值。第三级将当前土壤湿度和下限值进行决策,得到灌溉持续时间t。通过仿真结果证明,实施灌溉的土壤湿度下限值随着蒸腾速率的变化而动态改变,并且可以预测作物的需水性,做到提前实施灌溉。完成整个控制系统的软件设计,实现了气象环境因子、土壤湿度采集、显示、决策与控制、数据存储等功能。整个系统基于CAN总线通讯技术,以工控机为中心,通过总线进行数据的采集与控制命令的输出,有效的降低干扰,提高系统的稳定性。控制系统投入实际使用,运行已近半年时间,系统稳定,操作简单,相比于一般的条件灌溉,灌溉小区花卉枯萎率明显降低并节水约30%左右。验证了整个系统设计上的合理性与可靠性,达到了设计要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 课题研究现状  11-19
    1.2.1 滴灌技术发展现状  11-13
    1.2.2 植物需水性研究现状  13-16
    1.2.3 植物需水模型研究现状  16-19
  1.3 研究内容与方法  19-21
    1.3.1 研究内容  19-20
    1.3.2 研究方法  20-21
第2章滴灌控制系统设计  21-27
  2.1 引言  21
  2.2 温室平台简介  21-22
  2.3 滴灌系统构成  22-26
    2.3.1 滴灌系统首部及工作原理  23-24
    2.3.2 灌溉小区管路布置  24-25
    2.3.3 滴灌智能监控系统的硬件设计  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章蒸腾速率变化规律及模拟  27-38
  3.1 引言  27
  3.2 温室内环境因子变化规律  27-29
    3.2.1 温室内主要环境因子  27-28
    3.2.2 温室内环境因子的日变化规律  28-29
  3.3 蒸腾速率及影响因子研究  29-34
    3.3.1 蒸腾速率的日变化规律  30
    3.3.2 温度对蒸腾速率影响  30-31
    3.3.3 湿度对蒸腾速率影响  31-33
    3.3.4 辐射对蒸腾速率影响  33
    3.3.5 不同土壤湿度处理对蒸腾速率影响  33-34
  3.4 模型研究及验证  34-37
    3.4.1 模型描述  35-36
    3.4.2 模型的验证  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章滴灌控制算法研究  38-55
  4.1 引言  38
  4.2 控制算法概述  38-39
  4.3 P-M 蒸腾模型控制器设计  39-40
  4.4 模糊控制器设计  40-52
    4.4.1 模糊控制基本理论  40-42
    4.4.2 模糊控制的基本原理  42-43
    4.4.3 隶属度函数  43
    4.4.4 土壤下限值模糊控制器实现  43-52
      4.4.4.1 输入量、输出量的模糊化  45-49
      4.4.4.2 蒸腾速率控制规则库与控制策略设计  49-50
      4.4.4.3 模糊变量的清晰化  50-52
  4.5 决策控制器设计  52
  4.6 控制算法仿真  52-54
  4.7 本章小结  54-55
第5章温室滴灌监控系统软件实现  55-63
  5.1 引言  55
  5.2 上位机软件设计总体方案  55-56
    5.2.1 监控系统运行要求  55
    5.2.2 监控系统结构与功能  55-56
  5.3 软件结构与流程图设计  56-59
  5.4 软件的模块化设计  59-61
  5.5 软件运行结果及分析  61-62
  5.6 本章小结  62-63
第6章总结与展望  63-65
  6.1 全文总结  63-64
  6.2 后续研究与展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表的论文  69-70
附录  70-81

基于蒸腾速率的温室滴灌控制系统研究

内容摘要

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