智能温室环境参数的复合控制系统设计

发布时间：2020-06-30 17:00:06 阅读：次来源：阻垢剂厂家

摘要：本文在分析了温室环境的基础上，提出了根据被控环境参数的特性将不同的控制方法应用于智能温室的复合控制思想。首先分析环境参数的特点并制定相应的控制方案。然后给出了实现该控制方案的硬件和软件设计。最后利用vB编写可视化界面，使得本系统操作简单、易于掌握。关键词：智能温室；复合控制；硬件；软件；可视化界面0 前言随着经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径已越来越受到世界各国的重视。温室生产通过科学管理，能最大限度地提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，产生最佳经济效益和社会效益，是一种完全有别于传统农业的生产模式。因此，对温室的研究越来越被世界各国农业界所重视。温室系统环境复杂，改变环境参数状态时，一般需要一段时间才能实现，存在滞后性；一个环境参数的改变，往往会影响到其它环境参数的状态。如果对多个参数同时控制，又会因为系统太复杂，难以建立精确的数学模型，从而很难得到满意的控制结果。本文根据各个环境参数的特点，针对不同的参数采用了不同的控制方案，提出了分布式温室复合控制系统方案，取得很好的控制效果。本系统扩展性强，可同时监控多栋温室，是一套通用性强，具有一定智能化、模块化、符合我国国情的温室控制系统。本文对温室的科学管理、自动化智能控制有着重要的指导意义。1 控制算法与控制器设计本系统采用复合控制方式，根据各个环境参数的特点，设计相应的控制方案。在温室控制中，温度、湿度、二氧化碳浓度和光照强度对农作物的生长起主导作用，因而本文中以它们作为被控的环境参数。对参数的设置采用顺时循环控制，其顺序如图1所示。

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1．1 温度、湿度的控制通过调节加热蒸汽量、风机转速、水蒸气量和天窗开度对温度和湿度进行控制，这两个参量的耦合性很强，需要一同控制。此控制是一个多变量控制系统，存在大滞后性、强耦合性，很难获得精确的数学模型。本文采用广义自适应预测与模糊控制相结合的控制算法，自适应预测技术预测温湿度一定时间后的状态情况，并将一定时间后的状态引入到当前控制中，提前对其进行控制，消除滞后性；考虑到温湿度在温室系统中耦合性较强，很难单独控制，利用模糊控制器制定规则表，对二者相互影响的效果进行反向消除，起到解耦作用。控制器的整体结构如图2所示。

图中ri(t+di)为温度和湿度的给定值，yi(t+di)为di时间后的温度和湿度预测值，ei(t+di)为di时间后的温度和湿度的偏差，ui(t)为得到的当前时刻的控制量(包括加热蒸汽量、风扇转速、水蒸气量和天窗开度)，yi(t)为当前时刻的温度和湿度测量值。本文所设计的温室控制系统是一个多输入-多输出(MIMO)的系统，控制量为热蒸汽量、风扇转速、水蒸气量和天窗开度，被控量主要为温度和湿度，因而模糊控制器也是一个MIMO的控制器，考虑到模糊控制器本身的解耦特点，可将一个MIMO分解为几个多输入一单输出(MISO)的模糊控制结构。模糊控制的输入选择为温度和湿度的偏差量，输出分别为热蒸汽量、风扇转速、水蒸气量和天窗开度。