蔬菜大棚模糊PID温度控制系统设计.docVIP

蔬菜大棚模糊PID温度控制系统设计 　　摘要：针对大棚温度控制系统采用传统控制方法效果不甚理想的问题，提出了在大棚温度控制系统中引入模糊ＰＩＤ控制方法。该方法能使大棚温度控制系统根据季节交替和时令的变化，实现优化控制，为农作物的生长发育提供合适的温度环境。并在ＭＡＴＬＡＢ环境下进行计算机仿真控制试验。结果表明，模糊ＰＩＤ控制方法可以提高大棚控制系统的自适应性和鲁棒性，抑制大惯性产生的温度失调等副作用，获得满意的控制效果。 　　关键词：计算机仿真；蔬菜大棚；温度控制；鲁棒性 　　中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）13－2746-03 　　 　　The Design of the System of Vegetable Greenhouse Based on Fuzzy PID Control 　　 　　ＪＩＡ Ｆａｎｇ－ｙｕｎ，ＷＡＮＧ Ｄａ－ｗｅｉ，ＱＵ Ｙｉ 　　（Ｘｉａｎｙａｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２０００，Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ） 　　 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ， ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｎｔｈｏｄ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｎｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｃｒｏｐｓ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅａｓｏｎａｌ ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｓｔ ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ adaptability ｏｆ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｄｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｏｒｄｅｒ ｗａｓ ａｌｓｏ ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ． Ａ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ ａｃｈｉｅｖｅｄ． 　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； vegetable greenhouse； ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ 　　 　　现代蔬菜大棚能够人为地改善大棚内农作物的生态环境，为蔬菜等农作物的生长提供最佳生长条件，提高农业土地的产出率和社会经济效益。但是，由于大棚环境系统自身的复杂性，各种环境因素之间相互耦合，采用常规ＰＩＤ控制方法很难为蔬菜等农作物提供一个最佳的环境温度［１－３］。 　　近年来，随着人工智能理论的发展日趋成熟，人工智能控制已经成为控制应用领域研究的一个热点，特别是将模糊控制和ＰＩＤ控制两者优点相融合的模糊ＰＩＤ控制（Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ），引起了科技工作者的广泛关注。Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ控制是一种人工智能控制方法，能提高控制系统精确度和使控制具有较强的自适应性、鲁棒性，同时也提高了系统的灵活性，改善了系统的动、静态性能，从而获得了良好的控制效果［４－６］。基于此，本文在建立大棚温度控制对象模型的基础上引入Ｆｕｚｚｙ－ＰＩＤ控制算法，实现大棚内环境温度的控制。 　　１大棚温度模糊ＰＩＤ控制器的设计 　　模糊ＰＩＤ控制系统的设计是该控制系统的核心，关系到控制性能的优劣。大棚温度模糊ＰＩＤ控制系统的设计方法是利用模糊控制算法在线修订ＰＩＤ控制器的3个参数，达到在线寻优控制的效果。 　　１．１大棚温度模糊ＰＩＤ控制系统的原理 　　模糊ＰＩＤ控制系统以温度偏差和温度偏差变化率作为控制系统的输入，经模糊化处理后，进行模糊决策，为ＰＩＤ控制器的参数选择提供寻优算法。它的设计思想是把温度偏差ｅ（公式１）和温度偏差的变化率ｅｃ（公式２）经过模糊化后输入到模糊控制器中，依据模糊控制规则，在线实时逻辑推理出的三个修正量Δｋｉ、Δｋｐ和Δｋｄ实现ＰＩＤ控制器的三个参数ｋｉ、ｋｐ、ｋｄ在线修正，实现对大棚内环境温度实时控制。 　　一般情况下，针对不同的ｅ和ｅｃ，模糊ＰＩＤ控制的３个