[发明专利]一种基于广义预测控制的灌溉系统

说明书

本发明公开了一种基于广义预测控制的灌溉系统，包括事件产生模块，所述的事件产生模块包含两个部分：事件检测器与事件控制器，事件检测器决定是否将新发生的事件通知控制器，事件控制器由一组广义预测控制器组成，当检测到一个新的事件时，根据时间点选择其中一个广义预测控制器，本发明使用事件产生器管理GPC控制器，根据控制过程的动态调节控制系统的激活频率。不同天气条件下的实验结果表明，本控制系统减少了控制成本、提高了控制精度。与普通的ON/OFF控制器相比，本控制系统可在保持与之接近的灌溉性能的情况下，减少20%的用水量。

技术领域

本发明涉及一种基于广义预测控制的灌溉系统。

背景技术

精细农业是一种新型的田间管理方式，农田中田间土壤、作物的特性都不是均一的，一般随着时间、空间而变化，而传统的农田管理则认为这些因素都是均一的，所以采用统一的施肥时间、施肥量以及灌溉处理。精细农业与传统农业相比，主要有以下3个特点：1.合理施用化肥，降低生产成本；2.减少并节约水资源；3.节本增效，省工省时，优质高产。自动化灌溉系统是精细农业中一个重要的组成部分。

目前，许多研究人员设计了有效的自动灌溉系统：石建飞,曹洪军,衣淑娟等在“基于PLC的寒地水稻水肥一体化灌溉系统设计”中设计了以PLC为控制核心、通过无线通信方式实现对水稻农田的土壤水分、水位、设备工作状态等数据进行采集分析的系统，提高了灌溉和施肥的均匀性、及时性和简便性。魏义长,王振营,王同朝等在“土壤墒情实时监测与精准灌溉系统的设计”中利用拥有自主知识产权的土壤水分传感器、数据采集控制模块、数据传输模块、管道流量计等硬件以及自己编制的土壤墒情监测与精准灌溉控制软件,实现了节约用水、提高产量、改善作物品质的效果。魏凯,安进强,贾晔等在“基于ZigBee技术的恒压灌溉系统研究”中基于ZigBee技术,采用HMI与PLC交互平台的模糊PID闭环控制系统,研制了一种可以自动实现精确控制灌溉水量和恒定管网压力的滴灌自动控制系统。Shin JH,Park J S,Son J E在Estimating the actual transpiration rate with compensatedlevels of accumulated radiation for the efficient irrigation of soillesscultures of paprika plants中记载了为无土栽培系统设计了基于PLC的滴灌灌溉系统，该系统考虑了光照、蒸腾作用以及排水系统等因素对无土栽培用水量的影响。上述的方案大多主要是通过物联网技术对土壤的湿度进行实时的监控，根据检测的土壤湿度值实时地控制灌溉水量与时间，有的考虑了光照、蒸腾作用的影响，设计了更为精细的自动灌溉系统，其节水效果较好。

现有的设计方案主要根据土壤湿度对水分进行适量的补偿，但鲜有研究考虑基于广义预测控制的灌溉系统，导致自动灌溉系统的用水量与控制成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于广义预测控制的灌溉系统，能够在实现普通商业灌溉系统灌溉性能的同时，明显地降低灌溉成本与控制成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明公开了一种基于广义预测控制的灌溉系统，包括事件产生模块，所述的事件产生模块包含两个部分：事件检测器与事件控制器，事件检测器决定是否将新发生的事件通知控制器，事件控制器由一组广义预测控制器组成，当检测到一个新的事件时，根据时间点选择其中一个广义预测控制器。

进一步地，事件产生模块采样温室过程的输出，采样时间为Tbase，如果采样到控制行为，则根据事件发生的频率调节变化的采样时间Tf；Tf是Tbase的倍数(Tf＝fTbase,f∈[1,nmax])，且Tf≤Tmax，Tmax＝nmaxTbase是最大的采样时间值；事件产生模块根据每个基本采样周期监控控制过程的输出。