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

摘要

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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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 本文研究内容

2 基于KBE的智能灌溉控制系统总体方案设计

2.1 基于KBE的智能灌溉控制系统功能需求分析

2.2 基于KBE的智能灌溉控制系统设计要求分析

2.3 KBE技术

2.4 系统总体方案设计

3 基于STM32的精量水肥灌溉控制机开发

3.1 精量水肥灌溉控制机的结构设计

3.2 精量水肥灌溉控制机的部件选型

3.3 精量水肥灌溉控制机的控制策略研究

3.4 精量水肥灌溉控制机的控制系统设计与实现

3.5 精量水肥灌溉控制机实验分析

3.6 本章小结

4 基于KBE的智能灌溉系统设计及决策方法研究

4.1 作物需水性分析

4.2 基于KBE的智能灌溉决策策略设计

4.3 基于KBE的智能灌溉系统设计开发

4.4 本章小结

5 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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