模糊控制在水稻节水自动灌溉中的应用.pdf

《模糊控制在水稻节水自动灌溉中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第27卷第4期182011年4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27NO．4Apr．2011模糊控制在水稻节水自动灌溉中的应用匡迎春1，沈岳2，段建南3姚帮松1(1．湖南农业大学工学院，长沙410128：2．湖南农业大学信息学院，长沙410128：3．湖南农业大学资源环境学院，长沙410128)摘要：根据水稻需水规律实施适时适量的自动灌溉是节水节能、提高水稻产量和质量的重要方式，但水稻生长过程需要水层，使得水稻的自动灌溉实旖非常困难。针对这一问题，该文通过水分传感器、测针分别

2、获取田间含水率和水层深度作为水稻自动灌溉指标：并以田间含水率(或水层深度)及其变化率作为输入，灌溉时间为输出，建立模糊控制系统；驱动农用抽水泵，实现自动灌溉。仿真结果和初步试验表明系统自动控制过程稳定，与人工控制相比，在水稻分蘖期可节约水资源约lO％，为水稻的适时适量自动灌溉提供了思路。关键词：水稻，自动灌溉，模糊控制，土壤含水率，水位doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．04．004中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一04—0018—

3、04匡迎春，沈岳，段建南，等．模糊控制在水稻节水自动灌溉中的应用[J]．农业工程学报，2011，27(4)：18—21．KuangYingchun，ShenYue，DuanJiannan，eta1．Applicationoffuzzycontroltoautomaticwater-savingirrigationofrice[J]．TransactionsofmeCSAE，2011，27(4)：18—21．(inChinesewithEnglishabstract)0引言节水灌溉是一项保障中国经济、生态、社

4、会持续发展的重大战略措施。水稻是世界主要粮食之一，种植面积非常广泛，在中国栽培面积和总产量居粮食作物的首位。水稻生长发育过程需水量非常很大，据相关统计，水稻耗水占农业用水量的65％以上，水稻生产灌溉用水量高达12000m3／hm2，生产1kg稻谷需灌溉1～2tm。传统的过量灌溉方式，虽满足了水稻的需水要求，但造成了宝贵水资源的巨大浪费，同时还导致大量有效养分的流失，土壤理化性状的恶化，进而可能带来许多生态环境问题。因此，根据水稻的需水规律，实施适时适量的水稻节水灌溉是实现节水节能、粮食增产的重要途径。近年来

5、，适时适量的自动节水灌溉技术在国内受到了高度重视，并取得了可喜的效果，如棉花、小麦、绿地的自动灌溉技术【2】[1l】，然而水稻的tl动灌溉仍有待进一步的研究。灌溉的自动控制是一个时滞、非线性过程，难以用精确的数学表达式来描述[2-3,7]，因此，目前常用的控制策略是基于土水势的模糊控$IJE91。但水稻生长过程需要水层，给土水势的实时测量带来了困难降51。水稻常通过控制田间水层和含水率进行灌溉，灌溉方式多采用机泵提灌；为此，本文尝试以田间含水率和水层深度作为自动灌溉指标，通过水分传感器、测针分别获取田间土壤

6、含水率和水位，将其与设定的最佳值比较，得到的差值及其变化率作为模糊控制器的输入变量，灌溉时间作收稿日期：2010-07-04修订日期：2011-03．28基金项目：湖南省自然基金(08JJ3114)作者简介：匡迎春(1971一)。女，湖南醴陵人，副教授，硕士导师，主要从事农业电气化与自动化技术研究。长沙湖南农业大学工学院，410128。Emaihkyc7716@yahoo．corn．cn为模糊控制的输出量，建立模糊控制系统，驱动、控制农用抽水泵的开启时间，实现自动灌溉，达到适时适量的节水灌溉目的。1系统的构

7、成1．1控制的要求多年来，农业专家一直致力于水稻节水灌溉技术的研究，也推广了各种节水灌溉方式，本系统采取的是单季水稻的“控制灌溉”节水灌溉方式。“控制灌溉”1101【14】是指稻苗本田移栽后，田面保持5～25mm薄水层返青活苗，在返青以后的各个生育阶段，田面不建立灌溉水层，以根层土壤含水率作为控制指标，遇雨可保持一定水层，如表l所示。表l水稻生育阶段土壤水分控制标准Table1Watercontrolstandardinrice’Sbirthstage水分控制下限水分控制上限遇雨可蓄水层磊磊赢i丽医百丽磊赢

8、忑■源军F深度，一说明：水分控制上限、下限的含水率是指占饱和含水率的百分比。1．2系统结构从表1中可知，水稻的灌溉可以控制土壤水层深度和含水率，且不同的生育期的控制要求不同。通常，水稻灌溉采用机电提灌，通过调节灌溉时间来控制灌溉量，使用的农用水泵大多数不需要调速，因此，农田自动灌第4期匡迎春等：模糊控制在水稻节水自动灌溉中的应用19溉只需控制水泵电机的开启／停止，农田灌溉量的多少由针获取田间的水位值，并将他们与设