基于灰色预测模的温室温湿度系统建模与控制.PDF

第 32 卷 增刊 1 农 业 工 程 学 报 Vol.32 Supp.1 2016 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2016 233 基于灰色预测模型的温室温湿度系统建模与控制 秦琳琳，马国旗，储著东，吴 刚 （中国科学技术大学自动化系，合肥 230027 ） 摘 要：温室温湿度系统是一个典型的混杂系统（hybrid system ，HS ），系统的输入包括环境调控设备的开关状态以及可 测不可控的外界环境因子扰动输入，包括太阳辐射、室外温度、室外湿度、风速、风向等。针对温室温湿度系统的这种 混杂特性，该文提出一种基于切换系统的温室温湿度系统建模与预测控制方法。首先，分别在天窗开启与关闭状态下采 用遗忘因子递推最小二乘法（forgetting factor recursive least squares，FFRLS ）辨识模型参数，得到系统的2 个子系统模型。 采用灰色预测 GM(1,1)模型预测温室温室度系统中可测不可控的扰动输入。然后，将系统预测控制问题描述为混合整数 二次规划问题（mixed integer quadratic problem ，MIQP ），并通过分支定界法求解。分析了系统在有限时间内的稳定性（finite time stable ，FTS ）。最后进行了仿真研究，仿真结果表明该文中提出的建模和控制方法是有效的。 关键词：温室；温度；模型；切换系统；灰色预测；混合整数二次规划；有限时间稳定 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z1.032 中图分类号：S625.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-Supp.1-0233-09 秦琳琳，马国旗, 储著东，吴 刚. 基于灰色预测模型的温室温湿度系统建模与控制[J]. 农业工程学报，2016，32(Supp.1)： 233－241. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z1.032 Qin Linlin, Ma Guoqi, Chu Zhudong, Wu Gang. Molding and control of greenhouse temperature-humidity system based on grey prediction model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.1): 233－241. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.z1.032 温室温湿度系统的输入量包括环境调控设备的开关 0 引 言 状态以及外界可测不可控的扰动输入。要采用某个设备 温室技术是现代农业技术的重要组成部分，温室小 来控制温室温湿度系统，只能通过开关控制该设备的启 气候系统建模与控制技术是温室技术的核心之一[1] 。温室 停来实现。因此，对温室温湿度系统建模，基于输入量 小气候控制系统主要由测量装置和控制装置组成。测量 为连续信号的一些基本建模方法，比如阶跃响应法、脉 装置主要有温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二 冲响应法等都不