부분유인 적응형 반딧불 알고리즘 기반 물 및 비료 제어 시스템을 위한 PID 제어기의 매개변수 최적화

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12182(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

PID(비례 적분 미분) 제어는 농업용수 및 비료 규제 과정에서 주요 제어 방법으로, 매개변수 설정은 물 및 비료 규제의 제어 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 그러나 기존의 PID 매개변수는 임계 비례 방법을 사용하는 등 수동으로 조정되므로 시간이 많이 걸리고 최적의 제어 효과를 얻기가 어렵습니다. PID 제어 매개변수의 최적 조합을 해결하고 물과 비료 조절의 제어 효과를 향상시키기 위해 본 논문에서는 부분 인력 적응형 반딧불 알고리즘(PAAFA)을 제안합니다. 구체적으로 부분 인력 전략은 PAAFA의 수렴 속도를 높이고 알고리즘 후반 단계에서 진동 문제를 줄이기 위해 설계되었습니다. 또한 PAAFA의 전체 검색 기능과 로컬 검색 기능의 균형을 맞추고 알고리즘이 로컬 최적 상태에 갇히는 것을 방지하기 위해 적응형 관성 가중치 연산자가 제안되었습니다. 이후 PAAFA의 성능을 테스트하기 위해 알고리즘은 최신 방법인 유전자 알고리즘(GA), 적응형 유전자 알고리즘(AGA), 반딧불 알고리즘(FA)을 적용한 일련의 시뮬레이션 실험과 벤치 테스트를 거칩니다. PID 매개변수 최적화 문제. 시뮬레이션 결과는 PAAFA 기반 PID 제어의 응답 곡선 조정 시간이 GA, AGA 및 FA에 비해 각각 22.75%, 10.10% 및 20.61% 감소함을 보여줍니다. 벤치 테스트 결과, PAAFA 기반 PID 제어는 GA, AGA, FA에 비해 상대 오차가 가장 작고 제어 정확도가 가장 우수하며 평균 상대 오차 감소율은 각각 3.99, 2.42, 3.50%포인트로 나타났습니다.

물과 비료 통합 기술은 관개 과정과 시비 과정을 통합하여 현대 농업의 발전 방향 중 하나인 농업 과정에서 물 절약과 비료 절약을 실현합니다. 비료배합탱크, 물펌프, 점적관수관망을 통해 관개 및 비료 살포 시스템은 관개수에 수용성 비료를 첨가하여 작물의 뿌리까지 전달하여 물 공급 및 비료 수요에 따른 물 공급 및 물 공급 목적을 달성합니다. - 관개1,2 절약. 관수 및 시비 과정에서 관수 및 시비 장치는 최적의 제어 범위 내에서 물 공급 및 시비량을 정밀하게 제어하여 작물의 뿌리 계통 발달 및 작물 성장을 촉진합니다3. 또한 관개 및 비료 시스템에서 물과 비료 흐름의 균일성과 안정성은 작물 비료 양의 제어 정밀도와 관련이 있습니다. 따라서 농작물 용수 및 비료 요구 사항에 따라 물 및 비료 규제를 정밀하게 제어하는 ​​것이 물 절약 관개를 실현하는 열쇠입니다.

관개 및 비료 시스템의 물 및 비료 조절 과정은 비선형성, 시간 변화 및 이력 현상의 문제를 갖고 있으며 이는 물 및 비료 제어 관개 및 비료 시스템의 정확성과 안정성에 영향을 미칠 수 있으므로 제어 정확도가 높고 우수한 제어 방법이 필요합니다. 안정성이 필요합니다. 전통적인 PID 컨트롤러는 간단한 알고리즘, 우수한 안정성, 높은 신뢰성, 저렴한 비용 및 광범위한 적용이라는 장점을 갖고 있기 때문에 관개 및 시비 공정 제어의 주요 방법 중 하나가 되었습니다4,5,6,7. 현재 사용자는 관개 및 시비 시스템의 PID 컨트롤러에 해당하는 매개변수를 조정하여 필요한 제어 정확성과 안정성을 달성하고, 작물의 통합 관개 및 시비를 실현하고 더 나은 제어 결과를 얻을 수 있습니다.