基于BP神经网络预测与模糊控制的精量水肥灌溉系统研究

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精量水肥灌溉就是充分利用水资源和化肥,适时适量的进行灌溉,提高水肥灌溉的利用率,避免农田的富营养化。  针对我国西部干旱和半干旱地区农业灌溉水资源不足,水肥利用率不高,自动化程度偏低的问题,本文开发了基于知识工程(KBE)的智能灌溉系统与水肥精量灌溉控制机。本文主要研究内容如下:  第一,根据我国农业信息化、灌溉自动化、决策智能化的功能需求,提出了基于KBE的智能灌溉控制系统的总体方案。  第二,以彭曼公式计算值为标准值,分析现有参考作物蒸发蒸腾量(ET0)的简化计算公式(Hargreaves公式、Mc Cloud公式、Makkind公式)的计算精度,发现简化公式精度低,难以达到实际应用的要求。在深入研究BP神经网络理论的基础上,根据获取的气象数据,建立合适的三层网络结构的ET0预测模型,成功解决了气象资料欠缺背景下的ET0计算精度难以保障的问题,并在此基础上形成基于KBE的智能灌溉决策技术方法。  第三,设计精量水肥灌溉控制机的机械结构,确定控制系统方案,选取主要元器件。对控制系统的软硬件进行设计,开发了以STM32为核心的控制系统硬件和软件。接着,在Simulink中建立仿真控制模型,并进行MATLAB仿真和实验分析,选取BP神经网络预测模糊PID控制作为主控制策略,通过反复试验,确定出系统的控制参数。  第四,开发基于KBE的智能灌溉系统平台,系统功能模块主要包括系统管理、手动控制、远程控制、模型库、知识库、知识推理、以及数据管理等。  最后,在经过大量实验后,基于KBE的智能灌溉系统已在新乡投入实际应用,运行结果表明,该系统操作简便、功能齐全。
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