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May 16, 2024

部分引力適応ホタルアルゴリズムに基づく水および肥料制御システムのPIDコントローラのパラメータ最適化

Scientific Reports volume 12、記事番号: 12182 (2022) この記事を引用 2329 アクセス数 3 引用数 1 Altmetric Metrics の詳細 比例積分微分 (PID) 制御が主な制御です

Scientific Reports volume 12、記事番号: 12182 (2022) この記事を引用

2329 アクセス

3 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

比例積分微分（PID）制御は、農業用水と肥料の調整プロセスにおける主要な制御方法であり、そのパラメータ設定は水と肥料の調整の制御効果に直接影響します。 しかし、従来の PID パラメータは臨界比例法などを使用して手動で調整されるため、時間がかかり、最適な制御効果を達成することが困難です。 PID制御パラメータの最適な組み合わせを解決し,水と肥料の調節の制御効果を改善するために,本論文では部分誘引適応ホタルアルゴリズム(PAAFA)を提案した。 具体的には、部分誘引戦略は、PAAFA の収束を高速化し、アルゴリズムの後期段階での発振問題を軽減するように設計されています。 さらに、PAAFA のグローバル検索機能とローカル検索機能のバランスをとり、アルゴリズムが局所的な最適値に陥ることを回避するために、適応慣性重み演算子が提案されています。 続いて、PAAFA の性能をテストするために、遺伝的アルゴリズム (GA)、適応遺伝的アルゴリズム (AGA)、およびファイアフライ アルゴリズム (FA) を適用した最新の手法を使用して、アルゴリズムの一連のシミュレーション実験とベンチ テストが行​​われます。 PID パラメータの最適化の問題。 シミュレーション結果は、PAAFAベースのPID制御の応答曲線の調整時間が、GA、AGA、およびFAと比較して、それぞれ22.75%、10.10%、および20.61%減少することを示しています。 ベンチ テストの結果は、GA、AGA、および FA と比較して、PAAFA ベースの PID 制御が相対誤差が最も小さく、制御精度が最も高く、平均相対誤差がそれぞれ 3.99、2.42、および 3.50 パーセント ポイント減少したことを示しています。

水と肥料の統合技術は、灌漑プロセスと施肥プロセスを統合し、現代農業の発展方向の1つである農業プロセスにおける節水と省肥料を実現します。 灌漑・施肥システムは、肥料混合タンク、給水ポンプ、点滴灌漑パイプネットワークを通じて、水溶性肥料を灌漑用水に添加し、作物の根元まで届け、オンデマンドでの給水と肥料の目的を達成します。 - 灌漑を節約1、2。 灌漑・施肥の過程において、灌漑・施肥装置は、給水と施肥量を最適な制御範囲内で正確に制御し、作物の根系の発達と作物の成長を促進します3。 さらに、灌漑および施肥システムにおける水と肥料の流れの均一性と安定性は、作物の肥料量の制御精度に関係します。 したがって、作物の水と肥料の要件に応じて水と肥料の調整を正確に制御することが、節水灌漑を実現する鍵となります。

灌漑および肥料システムの水と肥料の制御プロセスには、非線形性、時間変動性、およびヒステリシスの問題があり、水と肥料の制御灌漑および肥料システムの精度と安定性に影響を与える可能性があるため、高い制御精度と優れた制御方法が必要です。安定性が必要です。 従来の PID コントローラーには、シンプルなアルゴリズム、優れた堅牢な安定性、高い信頼性、低コスト、幅広い用途という利点があるため、灌漑および施肥プロセス制御における主要な方法の 1 つとなっています4、5、6、7。 現在、ユーザーは灌漑・施肥システムのPIDコントローラーの対応するパラメータを調整することで、必要な制御精度と安定性を実現し、作物の統合的な灌漑と施肥を実現し、より良い制御結果を達成することができます。