基于单神经元PID的变量喷雾系统精准控制方法研究

来源：中国农机化学报杂志2022年第1期北京时间：

作者：王定康, 于丰华, 许童羽, 陈春玲, 姚伟祥,

单位：1. 沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳市，110161;2. 辽宁省农业信息化工程技术中心，沈阳市，110161

摘要：针对现存农用无人机变量喷雾系统响应时间较长、超调量较大、跟随效果不稳定等问题，设计一种基于单神经元PID控制的农用无人机变量喷雾系统。该系统采用传感器检测流量信息作为控制依据，运用单神经元自学习能力不断调整PID参数精确调控喷雾流量，实现变量调节快速稳定的目标。为验证本系统控制算法的实际变量控制效果，采用Matlab平台对传统PID和单神经元PID控制算法进行仿真分析；室内喷雾试验过程中，对比单神经元PID和传统PID的连续变量效果；田间试验过程中，使用流量传感器检测实际的变量喷雾效果，采用水敏纸获取雾滴沉积量分布。算法仿真结果表明单神经元PID控制算法在上升时间方面优于传统PID，延迟时间较短，无稳态误差。室内喷雾试验结果表明，采用单神经元PID进行变量控制时的喷雾变化过程稳定迅速，喷雾流量最大超调量3.88%，平均上升时间0.85 s，平均绝对误差7.13%；田间变量喷雾试验结果表明，系统平均上升时间0.87 s，喷雾量控制误差在5%以内；雾滴测试结果表明，雾滴沉积量随喷雾流量的增加呈相应增加趋势。研究结果可为变量喷雾技术的发展提供理论基础。

关键词：农用无人机,变量喷雾,单神经元,PID

基金资助：2019年度辽宁省重点研发计划(2019JH2/10200002)