【正文】 the system uses intelligent control fuzzy control technology, has long been the strong coupling of temperature and humidity in the greenhouse effect and greenhouse temperature and humidity changes in the monitoring system of feedback and other issues made a very good the solution for system control precision is not high, relatively high energy consumption, poor economic returns and other such difficult issues opened up a new route, it is able to handle plex system degeneration, big lag and disaster together, etc. control problems, can effectively decoupled between temperature and humidity.KEY WORDS：Humidity,Fuzzy Control,Intelligent Decoupling,MATLAB1目　錄前　言 1第1章 緒 論 2 課題研究的目的和意義 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 4第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計 6 控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 6 設(shè)計目標(biāo) 6 解耦系統(tǒng)的組成及解耦原理 7第3章 解耦方法的選擇 9 系統(tǒng)環(huán)境因子的研究 9 溫度對作物的影響 9 濕度對作物的影響 10 溫度和濕度的耦合關(guān)系 11 解耦方法的選擇 12 對角矩陣法 12 單位矩陣法 12 前饋解耦法 12 模糊解耦法及其優(yōu)越性 13第4章 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計 14 模糊控制系統(tǒng)方案 14 模糊邏輯控制器設(shè)計 17 測量信息的模糊化 18 模糊控制規(guī)則 21 模糊推理 22 反模糊化 22第5章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 24 系統(tǒng)仿真模型的建立 24 Simulink仿真環(huán)境簡介 24 Simulink仿真模型組成 24 Simulink仿真的基本過程 25 仿真調(diào)試 29 仿真結(jié)果分析 29結(jié) 論 31謝 辭 32參考文獻(xiàn) 33外文資料翻譯 34前　言在智能溫室控制系統(tǒng)中，溫室里面的各種環(huán)境因素都是能夠直接影響到農(nóng)作物的生長和發(fā)育。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）基于MATLAB 的多輸入多輸出智能解耦系統(tǒng)仿真摘 要隨著人類社會的飛快發(fā)展與進步，農(nóng)業(yè)的科學(xué)技術(shù)也在跟著不斷的前進，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)越來越趨向于農(nóng)業(yè)的自動化管理。此次研究的課題運用到了許多學(xué)科的新理論、新技術(shù)，本系統(tǒng)用的是智能控制中的模糊控制技術(shù)，針對很長時間以來溫室中的溫度和濕度存在很強的耦合關(guān)系和溫室溫濕度變化情況對監(jiān)控系統(tǒng)的反饋等問題提出了不錯的解決方案，提供了一種新的方法來解決系統(tǒng)控制不夠精準(zhǔn)、能源消耗比較高、經(jīng)濟效益不理想等問題，同時也可以解決好時變性、大滯后和耦合性這些繁瑣的系統(tǒng)控制問題，可以有效的對溫度和濕度存在的強耦合進行智能解耦。這些年來，采用模糊控制算法來解決這種復(fù)雜的控制系統(tǒng)的問題有了很大進步的實踐。并且，由于目前我國的人口比較多，所以今后的一段時間我國的人口數(shù)量還會有一定的增加。所謂設(shè)施農(nóng)業(yè)，就是依據(jù)先進的農(nóng)業(yè)設(shè)施，改造農(nóng)作物、水產(chǎn)品、禽畜等的生活環(huán)境，抵擋外界的不良環(huán)境，增加對農(nóng)作物作業(yè)的時間，從而使得農(nóng)作物、水產(chǎn)品、畜禽等在更好的環(huán)境中使得產(chǎn)量和質(zhì)量得到進一步提高。但由于溫室內(nèi)較高的溫度和濕度這種不好的工作環(huán)境以及追求高效率、精準(zhǔn)的作業(yè)，僅僅依靠人工來對這些環(huán)境進行監(jiān)控是不太現(xiàn)實的。溫室中存在著的各個環(huán)境因子都能對溫室中的作物產(chǎn)生不一樣的影響，比如溫室內(nèi)光照度、CO濃度、溫度、濕度、營養(yǎng)液導(dǎo)電率(EC )，營養(yǎng)液酸堿度(PH)、土壤溫度以及土壤濕度等，不僅溫室內(nèi)的環(huán)境因子能對作物產(chǎn)生影響，就連溫室外的環(huán)境因子也能影響到作物的發(fā)育，比如溫室外的風(fēng)力、風(fēng)向以及雨雪等，由于傳感器技術(shù)的不斷進步，實現(xiàn)對作物的一些特有指標(biāo)和生理功能的監(jiān)控已經(jīng)可以變成現(xiàn)實了，就算模擬溫室作物的一些生長過程以及發(fā)育情況也是可以做到的。單因子控制以及多因子綜合控制這兩種方法是目前溫室溫濕度控制的主要方法。多因子綜合控制也可以叫做復(fù)合控制，能多多少少解決單因子控制存在的不足，此種控制方法依據(jù)作物對不同環(huán)境因子之間的影響聯(lián)系，如果其中一個因子改變了，其它因子也會跟著做出相應(yīng)的變化，由于這種方法能更好的結(jié)合眾多的環(huán)境因子的變化，所以未來的溫室技術(shù)的發(fā)展也會偏向于這種控制方法。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢在溫室中對作物影響最嚴(yán)重的環(huán)境因子主要就是溫度和濕度這兩個因子，所以，對溫濕度進行智能解耦是當(dāng)今溫室環(huán)境控制系統(tǒng)研究的主要方向，隨著我國溫室產(chǎn)業(yè)的不斷進步，溫室的大小和種類也隨之增加，我國的資源環(huán)境也跟著一步步短缺，所以，溫室也趨向于向節(jié)約資源同時高產(chǎn)高效的方向發(fā)展，如果溫度和濕度得到了優(yōu)良的解耦那么溫室的資源消耗就會大大的降低，溫室的這種特點尤其是冬季升溫和夏季降溫這兩個時候變現(xiàn)的更為明顯。 設(shè)計目標(biāo)學(xué)習(xí)多變量系統(tǒng)的特點、系統(tǒng)運動和平衡時各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)描述法，理解多變量系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。解耦設(shè)計的目的是構(gòu)成獨立的單回路控制系統(tǒng)，利用單回路控制理論實現(xiàn)系統(tǒng)控制性能。、 分別是理想理論值與實際監(jiān)測值之間比較后的溫度和濕度的偏差，、分別是他們的偏差的變化率。第3章 解耦方法的選擇 系統(tǒng)環(huán)境因子的研究 溫度對作物的影響 溫度是影響農(nóng)作物生長發(fā)育相當(dāng)重要的環(huán)境因素之一。由于作物的種類、品種等不同，它們生長發(fā)育的最適宜溫度也不一樣。如果下午和晚上的溫度偏低時，葉子中光合作用的產(chǎn)物就不能運輸出去，那么葉子就會變厚、同時會發(fā)紫，衰老的速度也會比較快，就會消弱以后的光合作用，使光合強度明顯下降。到達(dá)生長發(fā)育的中后期后，葉面積指數(shù)就能夠達(dá)到最大值，以后階段單位面積的凈同化率速率將決定作物的生產(chǎn)多少。并且，濕度的不適宜會導(dǎo)致作物產(chǎn)量的下降，由于溫室內(nèi)作物的不斷蒸騰作用和土壤的蒸發(fā)，溫室內(nèi)的濕度會很容易的比地面的濕度的高一些。表32常見溫室作物生育適應(yīng)濕度蔬菜名稱發(fā)芽期幼苗期采收期白天黑夜白天黑夜黃瓜60853080708530707075番茄50802070608020706080生菜60803070707530806085空氣濕度經(jīng)常用以下表示方法：水汽壓、露點溫度、含濕量、相對濕度、絕對濕度和飽和差等，在此次研究中的濕度用的是相對濕度表示。在一定的范圍內(nèi)如果溫室內(nèi)溫度升高，那么濕度也會跟著下降，因為如果溫室內(nèi)的溫度高上升，溫室內(nèi)土壤里的水分蒸發(fā)出來同時作物的蒸騰作用也會加強，加起來就會造成溫室內(nèi)的濕度有所下降。其次，通常來說溫室環(huán)境的建筑面積都相對來說很大，每個地方，每個角落的溫濕度也會有所不一樣，一般四周的溫濕度都會比中間的要低一些，上部和下部同樣也會有些差別，其值的大小取決于氣流的流動方向和空間位置等多種因素，溫室的構(gòu)造環(huán)境也會對溫濕度產(chǎn)生一定的影響。總之，溫室的溫度和濕度這兩個環(huán)境因子有很強的耦合作用，兩者中的一個的變化會影響另一個的變化即存在相互影響，它們連同溫室里的其它環(huán)境因子共同構(gòu)成了一個復(fù)雜的對象，要想對其進行很好很理想的控制是很難的，這需要系統(tǒng)各個部分的協(xié)力配合。對角矩陣控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點。對于 V 規(guī)范系統(tǒng)，對角矩陣法同樣具有優(yōu)越性。 前饋解耦法前饋解耦法是一種計算起來比較容易而且精確度很高的解耦方法。模糊解耦不需要系統(tǒng)有很精確的數(shù)學(xué)模型，進行起來比較簡單。為了很好的完成控制任務(wù)，必須設(shè)置好幾個控制回來才行。各種解耦方法適應(yīng)的控制對象不一樣，模糊解耦這種方法適應(yīng)于模糊的系統(tǒng)，系統(tǒng)的模糊程度越高越能體現(xiàn)出改控制方法的優(yōu)越之處，所以非常適用于溫室環(huán)境這樣復(fù)雜而又模糊的系統(tǒng)的控制。它通常用于在一個嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型的對象模型的控制，它可以用來控制依據(jù)的是經(jīng)驗和知識的人（專家）。模糊控制跟其它的控制方法相比較，主要有一下幾個特點：(1) 模糊控制可以不用建立精確的數(shù)學(xué)模型，只要能夠掌握相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业囊酝R和經(jīng)驗或操作或者是通過實踐得到的數(shù)據(jù)，因此比較適合數(shù)學(xué)模型難以精確的被控過程，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)不是很清晰等場合。圖42是模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖，由圖中可以看出其有三部分組成：精確量的模糊化，庫模糊推理，模糊量的反模糊化。模糊規(guī)則一般是由一套連接在一起的關(guān)系詞而成，如Ifthen，elsealso，andor等。根據(jù)上面可知，控制規(guī)則的多少跟模糊變量的模糊子集劃分多少有直接的關(guān)系。為了保證系統(tǒng)能完全被控制一定要要求控制規(guī)則具有完備性。為此，模糊控制規(guī)則可由系統(tǒng)的輸入和輸出產(chǎn)生，然后根據(jù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制規(guī)則。就是在一個輸出范圍內(nèi)，找到一個被認(rèn)可的最具有代表性的、可直接驅(qū)動控制裝置的確切的輸出控制值。表41 輸入變量各個取值情況輸入變量物理論域[10，+10][1，+1][15，+15]%[5，+5]模糊子集：{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}量化等級13131313模糊論域：{6，5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5，6}X1X2X3X4量化因子輸出變量的模糊子集E語言范圍為：{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}在MATLAB中依照系統(tǒng)真實的輸入、輸出量個數(shù)來確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)。e，ec，u分別對應(yīng)的模糊量為E，EC和U。拿溫度環(huán)境因素來說，他們的模糊控制規(guī)則為：IF is and is THEN is 模糊規(guī)則就確定就是根據(jù)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的權(quán)威經(jīng)驗，針對本控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的輸入模糊集，得到了的模糊控制規(guī)則條數(shù)為49條。模糊產(chǎn)生式系統(tǒng)與模糊邏輯系統(tǒng)的不同之處主要是，模糊產(chǎn)生式規(guī)則被視為元級規(guī)則，且模糊產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理機是顯式的，而模糊邏輯規(guī)則是通過自身隱含的推理機執(zhí)行的。 反模糊化模糊邏輯控制器的輸出量是一個模糊集合，反映的是不一樣的控制語言的組合，所以輸出的模糊子集中的精確數(shù)量的控制輸出，這是從模糊集的普通集的映射判決( 清晰化)。表43 模糊控制規(guī)則表UENBNMNSZPSPMPBECNBPBPBPMPMPSZZNMPBPMPSPSZZZNSPBPSZZZNSNMZPMPSZZNSNSNMPSPMZZZNSNMNBPMZZNSNSNMNBNBPBZNSNMNMNBNBNB23第5章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真模型的建立計算機的仿真過程是依據(jù)所研究的控制系統(tǒng)的實驗要達(dá)到的目標(biāo)而建立起來的系統(tǒng)仿真模型，并在不同條件下通過計算機對建立的系統(tǒng)模型進行動態(tài)運行的過程。Simulink是MATLAB軟件的擴展，它與MATLAB的不同之處它是基于Windows的模型化圖形輸入而不是編程語言。 Simulink仿真模型組成Simulink中的仿真模型有以為幾個基本特點：(1) Simulink內(nèi)有很多的接收模塊例如Scope（示波器），可以看到清晰明了的圖形顯示。其基本的方法是：1. 打開空白的模型窗口如圖51所示：圖51 simulink建立模型窗口2. 在Simulink模塊庫的瀏覽界面,可以找到自己需要的的模塊。此時就可以打開模塊參數(shù)對話框，在彈出的對話框中的查看模塊的默認(rèn)參數(shù)，也能夠改變模塊的參數(shù)設(shè)置。6. 如果對結(jié)果滿意，可以保存模型。兩個子模型之間，除了必要的信息聯(lián)系，相互耦合的作用較小，結(jié)構(gòu)清晰同樣也是很重要的。(3) 模型要有針對性系統(tǒng)模型應(yīng)該只包括跟研究內(nèi)容有關(guān)的模塊，一個系統(tǒng)不一定只有一個模型，如果研究的目的不一樣那么所選擇的模型就不一樣。 仿真結(jié)果分析 經(jīng)過多次參數(shù)修改與系統(tǒng)調(diào)試，得到最終的仿真結(jié)果如圖55所示：圖55 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖結(jié)果表明，溫室內(nèi)的溫度和濕度存在相互的影響，當(dāng)沒有進行控制時當(dāng)溫度升高時，濕度就會有所下降，溫度下降時濕度又會有所上升，同樣溫室濕度發(fā)生浮動時，溫度也會發(fā)生變化，并且是逆向的變化。本文提出了一種多輸入多輸出的智能解耦控制系統(tǒng)基于MATLAB，并采用了許多新的知識和新的研究結(jié)果在學(xué)術(shù)領(lǐng)域上。(2) 在軟件方面，用的是MATLAB進行的系統(tǒng)仿真設(shè)計，不但能增加測量和控制過程的穩(wěn)定性，而且還能避免因人失誤而導(dǎo)致的讀取數(shù)據(jù)和進行技術(shù)時的誤差。謝 辭本課題是在指導(dǎo)教師XX的細(xì)心教導(dǎo)和不斷督促與監(jiān)督下完成的。32參考文獻(xiàn)[1] 盧 佩，劉效勇. 溫室大棚溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真. 農(nóng)機化研究，2010（1）：4447[2] 黃力櫟，胡斌，羅昕. 溫濕度解耦模糊控制系統(tǒng)的研究. 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