[发明专利]基于相关向量机的配比变量施肥离散元模型参数标定方法

说明书

本发明提供一种基于相关向量机的配比变量施肥离散元模型参数标定方法，包括：步骤1，根据特定种类的配比变量施肥机具的排肥过程，建立配比变量施肥离散元模型；步骤2，分析离散元模型参数的敏感度；步骤3，采用离散元仿真生成训练样本及测试样本；步骤4，建立肥料掺混均匀度回归模型；步骤5，构建主因参数适应度函数；步骤6，建立最优主因参数值计算数学模型并求解。该基于相关向量机的配比变量施肥离散元模型参数标定方法有效避免了采用试验测量获得的模型参数值造成的仿真失真现象，有效克服了手动同时调整多个参数值进行标定的盲目性和复杂性。

技术领域

本发明涉及变量施肥农机具设计技术领域，特别是涉及到一种基于相关向量机的配比变量施肥离散元模型参数标定方法。

背景技术

智能化的配比变量施肥农机考虑土壤肥力的不均匀性，可以实时配比调整不同种类肥料的施肥量，实现各种肥料的均匀掺混，最大程度的满足各类农作物的实际需求，最大限度的减少肥料浪费以及过度施肥造成的环境污染。

采用离散元技术建立的配比变量排肥模型，可以实施与耗时、费力的施肥试验相匹配的排肥仿真，有效分析试验无法揭示的排肥过程中肥料颗粒的微观动力学行为，厘清不同种类肥料颗粒之间的动态掺混机理及排肥时滞特性，真正从微观层面提出最优设计方案，实现施肥机具的设计优化，大幅度减少设计时间及成本。

农业散粒体物料离散元模型中的参数标定是建模过程中的重点、难点问题，不恰当的参数值会导致离散元模型不能正确反映真实颗粒的流动行为，对于配比变量施肥离散元模型来说，会造成仿真施肥与真实施肥过程及结果的不相吻合，导致模型失真。

目前，离散元模型参数标定方法主要有物理试验测量法和间接标定法。物理试验测量法通过开展试验，直接测量参数值，但是配比变量施肥离散元模型中的某些参数值很难通过试验测量的方式精确获得，具体讲，目前尚未有成熟的测量设备测量肥料颗粒之间的滚动摩擦系数，采用颗粒板法测量肥料颗粒之间的静摩擦系数时，肥料颗粒会出现弹跳、碰撞等无法避免的现象，无法持续滚动，测量起来十分困难，测量精度难以保证。即使可以通过试验较为精确的测量参数值，但是由于真实颗粒肥料的几何形状不是标准的球形，而为近球形，离散元技术在细节上无法精准模拟不规则的近球形肥料颗粒，一般以标准的球形颗粒代替，使得建立的肥料颗粒模型与真实肥料颗粒存在几何特征上的差异，若采用物理测量得到的参数值，实际上形成了离散元仿真与实际施肥过程的同参数值、不同肥料颗粒形状的差异性特征，这种差异性会造成建立的模型存在较大的排肥误差。所以，通过物理试验测量获得的参数值，不能直接用于配比变量施肥离散元模型，还需要做进一步的参数标定。

最为常用的离散元模型参数间接标定方法，将模型参数，作为宏观层面上颗粒团特定动力学行为的调整参数，开展试验后，实施与真实试验相同的离散元虚拟试验，在待标定参数经验取值域中反复取值，直到离散元虚拟试验得到的颗粒团动力学行为的表征物理属性参数值，在一定精度要求下与真实试验值一致，完成模型参数标定。然而，这种间接标定方法受限于待标定参数的数量，当待标定参数较多时标定无法进行，以采用颗粒系统仿真分析软件(EDEM软件)建立的3种肥料的配比变量施肥离散元模型为例，如果模型中待标定的参数大于等于3个，就需要手动调节3个及以上的参数值，使得仿真后的3种肥料的掺混均匀度值与试验值一致，这是非常难以实现的。所以，上述这种间接标定方法不适用于多参数值待标定的配比变量施肥离散元模型。

除了上述方法外，离散元模型中的待标定参数值，还可以由建模者依据其工程经验给出，但是这种方法完全依赖于主观经验，给出的模型参数值，并不能一定确保离散元模型颗粒的动力学行为与实际相符，这种方法标定精度较差，最多只能给出待标定参数的次优值。所以，上述这种依靠经验的标定方法标定后的参数值，易导致配比变量施肥离散元模型较大的排肥误差。

综上所述，针对待标定参数较多、参数不易准确测定、颗粒模型与真实肥料存在几何差异且非线性程度较高的配比变量施肥离散元模型，亟需一种标定效果良好的参数标定方法，为施肥机具的设计优化，提供精准的离散元模型。为此我们发明了一种全新的基于相关向量机的配比变量施肥离散元模型参数标定方法，解决了以上技术问题。