基于模糊PID控制的恒压浇灌系统研究金光哲段科俊王璐摘要恒压浇灌系统的管网压力具有非线性、大惯性、时变性，难以建立精确的数学模型。首先确定2种常见的模糊控制与PID控制的结合方式，分别为Fuzzy-PID复合控制与模糊自适应PID控制;然后，针对Fuzzy-PID复合控制设计一种模糊控制切换隶属函数，对模糊自适应PID建立模糊子集和模糊规则库;最后，在MATLAB软件中搭建恒压浇灌系统仿真框架，通过仿真试验结果对比不同控制方式的控制效果。仿真试验结果表明，Fuzzy-PID复合控制没有产生明显的超调现象，适用于无超调系统;模糊自适应PID调节时间短，但有明显的超调现象，适用于快速响应系统。关键词模糊PID;恒压浇灌;参数整定;MATLABS.274.2A0517-6611（2021）02-0206-05doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.056开放科学（资源服务）标识码（OSID）：ResearchonConstantPressureIrrigationSystemBasedonFuzzyPIDControlJINGuangzhe，DUANKejun，WANGLu（YuxiAgricultureVocationTechnicalCollege，Yuxi，Yunnan653106）AbstractThepressureofthepipenetworkoftheconstantpressureirrigationsystemisnonlinear，largeinertia，andtimevarying，soitisdifficulttoestablishanaccuratemathematicalmodel.Firstly，twocommonmethodsoffuzzycontrolcombinedwithPIDcontrol，whichareFuzzyPIDcompositecontrolandfuzzyadaptivePIDcontrol.Then，afuzzycontrolswitchingmembershipfunctionwasdesignedforFuzzyPIDcompositecontrol.Thefuzzysubsetsandfuzzyrulebasewereestablished.Finally，asimulationframeworkofconstantpressureirrigationsystemwasbuiltbyusingMATLABsoftware，thecontroleffectswithdifferentcontrolmethodswerecomparedbasedonthesimulationresults.ThesimulationtestresultsshowedthatFuzzyPIDcompositecontrolhadnoobviousovershootphenomenon，anditwassuitableforsystemswithoutovershoot.FuzzyadaptivePIDhadashortadjustmenttime，butithadobviousovershootphenomenonanditwassuitableforfastresponsesystems.KeywordsFuzzyPID;Constantpressureirrigation;Parametertuning;MATLAB恒壓灌溉对于保护农田和节约水资源具有重大意义，也是浇灌系统的重要组成部分。在传统的农业浇灌中，有沟灌、漫灌、畦灌[1]等方式。传统浇灌方式过于依赖人工，且灌溉的土壤墒情难以把握，容易造成资源浪费;随着控制技术的发展，农业温室的灌溉方式也有了新的变化，现阶段有采用简单的微机控制进行农业灌溉，相比于传统的灌溉方式，微机灌溉能够节约人力成本，灌溉效率显著提升，但多数微机控制灌溉系统结构简单，难以保证管内压力恒定，造成设备和管网的反复破损[2]。因此，通过采用控制算法改进简单的微机控制灌溉方式，可以促进农业灌溉技术向自动化、智能化、精细化方向发展。在农业灌溉领域已经有很多学者通过改进控制算法来实现节水灌溉，有常规的PID控制灌溉、灰色预测控制灌溉、Fuzzy控制灌溉、PSO优化智能灌溉等。例如，刘洪静等[3]采用模糊PID算法，通过土壤湿度的偏差和偏差变化率作为系统输入量，在线调整PID参数，实现对灌溉系统的智能控制。许景辉等[4]为了解决水泵运行不稳定，通过SOA（seekeroptimizationalgorithm）算法优化PID控制参数，提高控制系统的响应速度，减小超调量，实现对灌溉系统中水泵的动态控制。李嵩等[5]采用PSO算法对模糊PID控制进行优化，有效解决了温室灌溉控制中的非线性、时变性和滞后性问题，使系统响应速度快、配比精度高、运行稳定。王琨琦等[6]以PLC为控制核心，通过水分传感器对土壤湿度的实时采集，采用常规PID控制对灌溉液的EC值进行动态调控，有效减小水分渗漏，提高水分利用率。赵亮等[7]采用Fuzzy-PID算法设计一种温室节水滴灌控制系统，通过对温室内部土壤湿度的实时采集，结合植物的生长特性对土壤湿度进行自适应性的调节，结果表明该系统节水率达到23%，有效避免了水资源的浪费。农业灌溉系统是一个非线性、大惯性、纯时延的系统，难以建立精确的数学模型[8]，所以目前已有很多学者将不依赖于数学模型的控制算法引入到农田浇灌...