动态施药模糊控制系统研究与模拟

０ 引 言
随 着水 产 集 约 化 养 殖 的 发 展 ， 水 产 品 质 量 和 水 产 养 殖病 害ｆ 司 题 目益 突 出 ， 养 殖 户 为了 追 求 高 产 量 、 高效 益 ， 在 养 殖 过程 中 盲 目 、 大量 、 频 繁 地 使 用 各 种 药 物 用 于 防 病 治病 ， 从 而 影 响鱼 类 生 长 ， 增加 了养殖 成本 ， 降 低 了 水 产 品品质 ， 经济效益较 差。只有科学使用渔 药 ， 用最 少量 的 农 药 取得 最 佳 防 治 效 果 ， 避 免 因 药 物 施 放 造成 中 毒 和 环 境污 染等负面 效应 ， 才 能 促 进 水 产 业 健 康 发 展… 。根 据
１ 动态 施药模 式 施药控 制原 理
动态施药模 式是 一种边 行驶 边施 药 的 留 药 方式 ， 其 施药过程是船 体向前行驶 时 ， 通过计算机 技术 、 传 感技 术 与图像处理技 术等先 进科 学技术 实时 地检 测 、 识 别 出施 药对 象的轮 廓信息 与距离信 息 等 ， 自动 地控 制好 喷头 的
图 Ｉ 渔药 喷 施 船 原 型 机
资料显 示 ， 目前 我国 有专 业性 的 渔药 生产 企业 多达 １ ０ ０
多家 ， 生产品种超过 ５ ０ ０ 余种， 渔 药（ 指 非 生物 性 渔 药 ） 产 量２ 。 ５万 ｔ ， 产值 ４ 亿 元 以 上 。 渔 （ 农） 民 基 本 上 靠 渔 药 控制水产动物疾病 。渔药在我国水产动物 疾病的控 制上 有着 不 可 替 代 的 作 用 。 精准施药技术来 源于 精准 农业 ， 是 其 中一 个 重 要 的
喷洒运动 与船体行 进速度 的合成 进而完成对施药对 象不 同 区 域 的施 药 过程 。
其精准施药 控 制系统 进行 研究 与模拟 。通过 ＭＡ ＴＬ Ａ Ｂ 软件仿真 实验表明 ， 基 于 模 糊 控 制 的 动 态 施 药 控 制 系统 可 以取得 比较理 想 的控制效 果 ， 从 而为 精准 施药 控制领 域的研 究提供 了一种新 的理论方法 。 关键词 ： 精准施药 ； 模糊控制 ； 喷药
此种 模 式 施 药 过 程 中 ， 船 体 的跟 踪 运 动 轨 迹 如 图 ２ 动完成对施药 目标 的跟踪 、 施药剂鼍 与喷 射压 力等方 面 所示。一般 养 殖 业 鱼 塘 水 面 多 为 ２ ～ ３亩 （ １ ｈ ｍ。 一１ ５ 的调节操作 ， 从 而 实 现 对 目标 对 象 的 实 时动 态 作 业 ， 以 达 亩） ， 形 状较为规 则 ， 因此 可以 设计船 体主 要通过 图像 识 到精 准施药的 目的。精准施药技 术 的实施可 有效避免 传 别， 并辅 助 以 坐标 输 入 的方 式 定 位 水 面 主要 位 置 参 数 ， 通 统粗 放型农 、 林、 牧 等行业的防治消杀作业 中Ｉ 造成 的资源 过 单 片机 对 坐 标 信 息 进 行 处 理 与 计 算 ， 获 得 待 施 药 对 象 浪费 ， 以及减 少因采 用盲 目施药 方法所 带 来的环 境污 染 区 域 的起 点和 终 点 ， 让 船 快 速 空 行 程 至施 药 起 点 ， 再 根 据 等问题 ］ 。 （ 实 时 获得 的 图像 轮 廓 信 息 与 距 离 信 息 等 ， 调 整 喷 药 开 始 正 是基 于 此 目的 ， 项 目组 设 计 了 １ Ｙ Ｐ一 １ 。 ２ Ｆ小 型 渔 时 间 。喷 药 船 在 沿 计 划 轨 道 行 进 的 过 程 中 ， 自动 控 制 、 调 药喷 施船 ， 用于小 型水面 渔药施 放 工作 。本 文尝 试通 过 节喷 头 工作 水 平 方 向变 速 直 线 往 复 施 药 运 动 ， 使 得 通 过 分析 动 态模 式 喷 药控 制 原 理 ， 结 合实践 的操作经验 ， 试 图 最 短 的行 进 路 线 最 大 范 围的 进 行 渔 药 的 喷洒 覆 盖 。 利用模糊控 制的 方法 ， 对其 精准施 药控 制 系统进 行研 究 因此 ， 动态施 药模 式药控 制系统 中控 制输入 变量 因 与模 拟 ， 通过 合理规 划船＿ 体施放 路 径和喷 洒强度 ， 使得 渔 素 主要 表现 为 实 时 获 得 施 药 区 域 图 像 轮 廓 信 息 和 对 靶 喷 药喷 洒更均 匀 ， 以最 小的喷洒量 ， 达 到最佳 的工作效果 。 头 与施 药对 象 之 间 的 距 离 大 小 ， 还 有 控 制 药 液 开 启 信 与模 拟
武 汉 市农 业机 械化 科 学 研 究 所 卢泽民 杜 铮 廖 剑 秦 彩 摘要 ： 精 准 施 药 控 制 系统 具 有 外 界 干 扰 变 量 因 素 复 杂、 非线性和强耦合等特点 ， 解 决 这 类 复 杂 的肘 变 系 统 用 传统 的 Ｐ Ｉ Ｄ控 制方 法 难 以 控 制 。 本文 以 “ １ Ｙ Ｐ —１ ． ２ Ｆ渔 药喷施船 ” 为研究载体 ， 通 过 分 析 萁 崧漠 式 喷 药 控 制 原 理， 结合实践 的操 作经验 ， 试 图利 用模； 糊控制 的方 法 ， 对
组成 部分 。其原理 是根据 不 同施药 对象及 要 求 ， 通 过计 算机 控 制 、 机 器 视 觉 与图 像 信 息 处 理 等 方 面 的 技 术 手 段 对施药对象的位置 、 类 别和 数 量 等 信 息 进 行 处 理 判 断 ， 自
图 ２ 动 态 施 药 模 式 船 体 运 动 轨 迹 模 拟 路线 图
的施药对 象辨别信 息 ； 在 控制 输出方面 则主要 为喷 头在 水 平方 向 上 的倾 角 大 小 与 运 动 速 度 的 控 制 ， 也 有 与 之 相 应 的喷 射 压 力 与 喷 射 液 量 的 控 制 。