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摘要：本发明提供一种适用于水培蔬菜的营养液浓度调控系统，涉及水培蔬菜领域，包括无损测重方法、生长目标设定方法、营养液浓度控制方法、控制参数设置方法与营养液传输模型；其中，无损测重方法实现对水培系统中蔬菜的无损测重，生长目标设定方法包括历史数据采集与生长目标曲线统计，营养液浓度控制方法通过PID控制器控制当前营养液浓度，控制参数设置方法采用THGS算法对PID控制器中参数进行调优，营养液传输模型设置在水培系统中，用于反映营养液浓度随时间的变化、进而判定调控方式。该系统用于解决现有水培蔬菜营养液浓度调控过程中无法进行自适应调控、调控效率低、调控误差大、具有一定滞后性、实时性差等问题。

主权项：1.一种适用于水培蔬菜的营养液浓度调控系统，其特征在于：包括：无损测重方法：通过对水培系统中的蔬菜进行无损测重，输出单株水培蔬菜的重量；生长目标设定方法：通过水培蔬菜的历史数据，统计生成水培蔬菜的各阶段生长目标曲线，各阶段生长目标曲线用于描述水培蔬菜的生长情况；包括历史数据采集与生长目标曲线统计；营养液浓度控制方法：根据无损测重方法中获得的单株水培蔬菜重量与生长目标设定方法中获得的水培蔬菜的各阶段生长目标曲线，采用PID控制器控制当前营养液浓度；控制参数设置方法：在营养液浓度控制方法的每个控制阶段，采用THGS算法对PID控制器中参数进行调优；所述PID控制器包括比例单元、积分单元与微分单元，每个单元对应的控制参数分别为Kp、Ki与Kd；PID控制器根据无损测重方法中输出的单株水培蔬菜重量w与生长目标设定方法获取的生长目标曲线，利用PID控制算法控制当前的营养液浓度；其中，PID控制器的调控周期与无损测重方法中的周期一致；PID控制器输入信号为：当前采样周期下水培蔬菜通过无损测重方法获取的单株水培蔬菜重量w与对应采样周期下通过生长目标设定方法中生长目标曲线获取的拟合重量之间的差值；PID控制器输出信号为营养液调控量、用于改变水培蔬菜种植系统中营养液浓度的单位量；所述控制参数设置方法具体为：在水培系统外，设置与水培系统相互独立的Z个参数调控系统，水培系统为用于培育水培蔬菜的主要系统，参数调控系统为按照水培系统等比例缩小版本、用于水培系统的参数调控，即水培蔬菜数量、营养液用量等比例减少，环境因素光照与温湿度保持不变；参数调控系统采用THGS算法、在每个调控周期中对PID控制器进行控制参数调控；其中，THGS算法具体为： 式中：xbest表示当前最优个体的位置、即最佳控制参数；Xt表示种群中每个个体的位置、t表示当前迭代次数；randn1与r1、r2均为随机数，且randn1服从正分布；l为系统常数；参数R具体为： 式中：T表示最大迭代次数，randn2为随机数、与randn1性质相同；权重W1与W2具体为： 式中：G表示设置的种群个数；r3、r4、r5均为随机数；SumH表示所有个体的饥饿程度总和，通过对Hi求和获得；Hi表示每个个体的饥饿程度，具体为： 式中：AFi表示所有个体的适应度，BF表示当前迭代过程中的最佳适应度；参数h具体为： 式中：r表示随机数；LH表示参数h的下界；参数TH具体为： 式中：WF表示当前迭代过程中的最佳适应度；r6为随机数；Fi为AFi中保存的每个个体适应度，；UB、LB分别表示搜索的上界与下界；参数E具体为： 式中：表示的倒数；参数调控系统进行控制参数调控的具体步骤为：步骤S21、首先进行参数初始化，设置最大迭代次数T、系统常数l，并初始化随机参数r、r1、r2、r3、r4、r5、r6、randn1、randn2，同时，设置控制参数的上、下边界，即、、；步骤S22、初始化Z个参数调控系统的值，并按照混沌映射的方式获得Z组控制参数，具体为： 式中：、、表示初始化参数值；表示随机扩散因子；Z个参数调控系统的控制参数xs为： s=1,2,…,Z； 步骤S23、使用步骤S22中获取的Z组控制参数xst、并对对应的Z个参数调控系统进行调控；然后，等待一个调控周期，采用无损测重方法对每个参数调控系统中的水培蔬菜进行测量、获取每个参数调控系统中单株水培蔬菜的重量ws；步骤S24、采用迭代算法获取下一个调控周期内的控制参数xst+1：若迭代次数t小于最大迭代次数T，则重复步骤S23～步骤S24；若迭代次数t不小于最大迭代次数T，则停止迭代、并将迭代后的最佳参数控制参数xbest输出到水培系统，实现对水培系统参数的调优；营养液传输模型：其设置在水培系统中，用于反映营养液浓度随时间的变化，具体为： 式中：C表示水培系统中可供水培蔬菜吸收的营养液的浓度；Vc表示营养液利用率、即水培蔬菜对营养液的吸收速率；表示营养液调控量；预设传输模型波动阈值[CL,CH]，当动态变化的在波动阈值范围内时，按照正常调控参数进行调控；当动态变化的在波动阈值范围外时，输出误差、并进行重新调控。

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百度查询： 吉林农业大学 一种适用于水培蔬菜的营养液浓度调控系统