【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程。代化農(nóng)業(yè)越來(lái)越趨向于農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化管理。未來(lái)很有潛力的研究方向。室環(huán)境因子研究中的重中之重。此次研究的課題運(yùn)用到了許多學(xué)科的新理論、新

　　

【正文】 （論文） 19 的結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 有兩個(gè)模糊控制器，但是 一個(gè)模糊邏輯控制器有兩個(gè)輸入 和 一個(gè)輸出，即誤差 e 和誤差變化 率 ec 為兩個(gè)輸入 ， 以及 控制量u 為輸出。值得注意的是這里的 幾個(gè) 變量都還是精確值。 后面還要把它們轉(zhuǎn)化成模糊值。 e， ec， u 分別對(duì)應(yīng)的模糊量為 E， EC 和 U。本系統(tǒng)的輸入輸出 設(shè)置 如圖 44 所示： 圖 44 輸入輸出 設(shè)置 圖 2. 隸屬函數(shù)的確定 隸屬函數(shù) (membership function)，是表示模糊集合的數(shù)學(xué)工具。 為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)計(jì)算的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用最簡(jiǎn)單的三角形的隸屬函數(shù)，其隸屬度函數(shù) 賦值 如表 42 所示 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 42 模糊變量隸屬度賦值表 模糊變量 E/EC/U 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 NB 1 NM 1 NS 1 Z 1 PS 1 PM 1 PB 1 在 MATLAB 中輸入輸出的隸屬函數(shù)設(shè)計(jì)方法如圖 45 所示： 圖 45 隸屬函數(shù)的設(shè)計(jì) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 模糊控制規(guī)則 模糊控制規(guī)則 的確立是有一定的 原則 的 :即 系統(tǒng) 的 輸出響應(yīng)的動(dòng)靜態(tài)特性 最好。 系統(tǒng)穩(wěn)定性 是最重要的，如果偏差出現(xiàn)偏大或者較大時(shí)應(yīng)該以最快消除偏差來(lái)選擇控制量，如果 偏差 小時(shí) ， 這是控制 量的目的就是要阻止超調(diào) 。 拿 溫度環(huán)境因 素來(lái)說(shuō) ， 他們的 模糊控制規(guī)則為： IF Te is iA and Tec is iB THEN tiU is iE 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(yàn)，針對(duì)本控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和對(duì)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。在MATLAB 中設(shè)計(jì)模糊規(guī)則如圖 46 所示： 圖 46 模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)圖 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 模糊推理 從不精確的前提集合中得出可能的不精確結(jié)論的推理過(guò)程，又稱近似推理。 在 專家系統(tǒng) 中， “ if then” 規(guī)則并不總是表示邏輯公式， 它們可以看成是用于特殊情形的產(chǎn)生式規(guī)則或決策規(guī)則。于是 “ if x 是 A then B”可以解釋為： “ 如果 x 滿足條件 A， 則執(zhí)行動(dòng)作 B” 這里 B 可以是對(duì)知識(shí)庫(kù) 的更新，也可以是對(duì)某個(gè)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)等等。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(jí)規(guī)則，且模糊產(chǎn)生式系統(tǒng)的 推理機(jī) 是顯式的，而模糊邏輯規(guī)則是通過(guò)自身隱含的推理機(jī)執(zhí)行的。 模糊推 理在 模糊 邏輯 控制器 的設(shè)計(jì)過(guò)程中是很重要的。本 系統(tǒng) 采用的推理方法的模糊模型，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間的模糊控制 的輸入變量的量化對(duì)應(yīng)的隸屬度值，然后找到相應(yīng)的模糊控制規(guī)則，這樣我們就能夠 得到控制量的輸出模糊集。 對(duì)于大滯后的特點(diǎn)，對(duì)信號(hào)量應(yīng)控制在 EC = 0 附近 ， 通過(guò)對(duì)量化模糊論域中的偏差及偏差的變化率 根據(jù)領(lǐng)域 專家 知道 及 實(shí)際工作人員親身 經(jīng)驗(yàn)可以 推理出 模糊控制規(guī)則， 納入內(nèi)存中 ， 方便以后用到 。 反模糊化 模糊 邏輯 控制器的輸出 量 是一個(gè)模糊集合，反映 的是不一樣的控制語(yǔ)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 )。 判決的方法 有多中，前面已經(jīng)介紹過(guò)，在本系統(tǒng)中 為了 得到精準(zhǔn)的 控制要求， 所以 本系統(tǒng) 運(yùn)用的是 加權(quán)平均法 來(lái)得到 模糊控制的輸出控制量。其表達(dá)式為 )iμ()iμ(iμn1n1?????iiAAZi (44) 上述公 式 中， n 是 模糊變量的 數(shù)量 個(gè)數(shù) ； 而 iμ 是 模糊變量； ? ?iμA 是相應(yīng)的 模糊變量隸屬度。 經(jīng)過(guò)反模糊化后，就能夠得到非模糊的 精確量的輸出，由一系列的計(jì)算過(guò)程可 以 得到模糊控制響應(yīng)表， 模糊控制響應(yīng)規(guī)則表洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 如下 43 所示。 表 43 模糊控制規(guī)則表 U E NB NM NS Z PS PM PB EC NB PB PB PM PM PS Z Z NM PB PM PS PS Z Z Z NS PB PS Z Z Z NS NM Z PM PS Z Z NS NS NM PS PM Z Z Z NS NM NB PM Z Z NS NS NM NB NB PB Z NS NM NM NB NB NB 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 5 章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真模型的建立 計(jì)算機(jī)的仿真過(guò)程是依 據(jù)所研究的控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目標(biāo)而建立起來(lái)的系統(tǒng)仿真模型，并在不同條件下通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)建立的系統(tǒng)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行的過(guò)程。本系統(tǒng)采用的是模糊解耦控制算法對(duì)溫室大棚溫濕度進(jìn)行 MATLAB 仿真，使用其中的 simulink 進(jìn)行的系統(tǒng)仿真。 Simulink 仿真環(huán)境簡(jiǎn)介 Simulink 是 Simu 和 Link 的合成 ， 所以它擁有仿真和連接的功能，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是這個(gè) 軟件 能夠使用 鼠標(biāo)在模型窗口上 組建連接 出 自己想要 的控制系統(tǒng)模型，然后 在模型窗口直接 進(jìn)行 系統(tǒng)的 仿真。 在實(shí)際工程中，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜， 要想 輸入復(fù)雜的控制系統(tǒng) 到計(jì)算機(jī)中 ，并進(jìn)一步分析與仿真， 只能利用專業(yè) 的 能夠建立系統(tǒng)模型的 軟件 來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 由此可見(jiàn) ， 為了自己在未來(lái)的工作中能夠更好的發(fā)展一定要 熟練掌握 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)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(yǔ)言 。 通過(guò)模型化圖形輸入，用戶只 要明白 模塊的輸入 、 輸出 和 模塊的 作用 。模型化圖形輸入 就是 Simulink 中的根據(jù)功能的不同分類也不一樣的基本模塊 ， 沒(méi)有必要知道 模塊內(nèi)部 是怎么連接實(shí)現(xiàn)的 。 把這些已經(jīng)調(diào)用的模塊在模塊窗口中搭建成 自己想要的系統(tǒng)模型 （保存為 .mdl 文件）， 就可以實(shí)現(xiàn)仿真與分析。 Simulink 仿真模型組成 Simulink 中 的 仿真模型 有以為幾個(gè)基本特點(diǎn)： (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 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 (2) Simulink 的模型 能夠 通過(guò) 建設(shè) 底層 的 子系統(tǒng)構(gòu)建 高層次的 母系統(tǒng)。 (3) Simulink 提供的 有 子系統(tǒng)封裝功能，用戶可以 自己設(shè)置 系統(tǒng)圖標(biāo)和參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。 Simulink 仿真的基本過(guò)程 打開(kāi) Simulink 后， 就可以 在 Simulink 中 進(jìn) 行 構(gòu)造自己需要的 模型然 后進(jìn)行 仿真。 其 基本 的方法 是： 1. 打開(kāi)空白的模型窗口 如圖 51 所示： 圖 51 simulink 建立模型窗口 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 2. 在 Simulink 模塊庫(kù) 的 瀏覽界面 ,可以找到自己需要的 的模塊。 把已經(jīng)選中的那個(gè)模塊 拖到 已經(jīng) 創(chuàng)建 好的 模型窗口 中 ， 在 模型窗口中 就會(huì)出現(xiàn)剛才拖過(guò)來(lái)的那個(gè) 模塊。 Simulink 的仿真模型庫(kù)如圖 52 所示： 圖 52 simulink 模型庫(kù) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 3. 編輯窗口中的模塊參數(shù)。渲染模塊只能 通過(guò)設(shè)置 模型的默認(rèn)參數(shù) 以此來(lái)滿足 用戶的 需要 ， 但有些時(shí)候要求有指定 的一組參數(shù)。 此時(shí)就可 以 打開(kāi)模塊參數(shù)對(duì)話框，在 彈出的 對(duì)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。 如圖 53 所示： 圖 53 模型參數(shù)對(duì)話框 4. 在模型創(chuàng)建窗口，把自己所選擇的 各模塊連接，建立 自己 所需的系統(tǒng)模型。 5. 在對(duì)話窗口輸入自己需要的仿真模塊 ， 然后連接進(jìn)行仿真 分析 ， 同洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 時(shí)仿真 的 結(jié)果 也能夠?qū)崟r(shí)顯現(xiàn) 。在 進(jìn)行仿真 的 時(shí)候 如果 到了自己需要的地方 ，可以 點(diǎn)擊 停止 按鈕則仿真暫時(shí)停止 ， 進(jìn)行修改 參數(shù)。 6. 如果對(duì)結(jié)果滿意，可以保存模型。 通過(guò) Simulink 進(jìn)行 仿真時(shí)，對(duì)于 平時(shí)小的簡(jiǎn)單模型的 仿真， 建模時(shí)的方法等沒(méi)有太 多要求 ；但是隨著模型的復(fù)雜，系統(tǒng)變得龐大，在采用Simulink 建模仿真時(shí)，則需要進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的規(guī)劃。 Simulink 的 建模 有以下幾個(gè)基本原則 。 (1) 子系統(tǒng)劃分要清晰 往往 一個(gè)大系統(tǒng)是 把很多個(gè)小的系統(tǒng)搭建起來(lái)而成的 ， 所以 ，對(duì)應(yīng)的大 系統(tǒng)模型 同樣 由 多個(gè) 子模型 組建而成 。兩個(gè)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 。 (2) 模型精度要恰當(dāng) 系統(tǒng)工程不一樣 ， 對(duì)系統(tǒng)要求的精確程度也是不一樣的 。 按照精確程度的不同同樣的系統(tǒng)模型可以分成好幾個(gè)等級(jí) 。 例如用在研究飛行器方面的 模型 對(duì)精準(zhǔn)度要 求就比一般的模型高 ， 通常要考慮一些細(xì)小的參數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響 ，這類復(fù)雜系統(tǒng)的仿真模型 ，需要相對(duì)高性能的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也有對(duì)模型精度要求相對(duì)較低的，比如 飛行員平時(shí)訓(xùn)練飛行 的 模擬器。 (3) 模型要有針對(duì)性 系統(tǒng)模型 應(yīng)該只包括跟研究?jī)?nèi)容有關(guān)的模塊 ， 一個(gè)系統(tǒng)不一定只有一個(gè)模型 ， 如果研究的目的不一樣那么所選擇的模型就不一樣 。 (4) 建模要從總體角度出發(fā) 指 的是如果要想把個(gè)別模塊做成更大的模塊 ， 首先 要 考慮那些合成的模塊 。 按以上方法本文所畫系統(tǒng)仿真模型如圖 54 所以 ： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 54 系統(tǒng)仿真模型 仿真調(diào)試 該 系統(tǒng)的性能是通過(guò)設(shè)置各模塊的參數(shù)和 Decoupling Control Subsystem 這個(gè)子系統(tǒng)的 解耦 的 參數(shù)的 來(lái)進(jìn)行改進(jìn)的。 當(dāng)設(shè)定溫度 設(shè)為20%，濕度設(shè)定值為 70%， 幾次調(diào)試后發(fā)現(xiàn) α T=， α H=（精確到小數(shù)點(diǎn)后兩） 時(shí)仿真結(jié)果最合理 。 仿真結(jié)果分析 經(jīng)過(guò)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： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 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(méi)有進(jìn)行控制時(shí)當(dāng)溫度升高時(shí)，濕度就會(huì)有所下降，溫度下降時(shí)濕度又會(huì)有所上升，同樣溫室 濕度發(fā)生浮動(dòng)時(shí)，溫度也會(huì)發(fā)生變化，并且是逆向的變化。當(dāng)溫室內(nèi)采用模糊控制系統(tǒng)時(shí)，剛開(kāi)始溫度和濕度會(huì)發(fā)生如上的變化，不過(guò)隨著時(shí)間的推移，溫度和濕度就會(huì)趨于穩(wěn)定，他們 之間的耦合關(guān)系經(jīng)模糊系統(tǒng)解耦后就消失了，他們之間的相互作用也 消失 。綜上所述，溫室里面運(yùn)用 模糊解耦控制 算 法， 表現(xiàn)出系統(tǒng)的 超調(diào)量小，控制過(guò)程是相對(duì) 平滑 的，而 控制后的 環(huán)境 也能滿足 作物生長(zhǎng)的要求 。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 結(jié) 論 本課題屬于交叉學(xué)科， 相對(duì)于其它課題而言綜合性比較大。 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(shí)和新的研究結(jié)果 在學(xué)術(shù)領(lǐng)域 上 。在 最后 實(shí)驗(yàn) 的 調(diào)試中，系統(tǒng) 表現(xiàn)出運(yùn)行可靠， 測(cè)量的 數(shù)據(jù) 也較為 準(zhǔn)確，能夠 滿足 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科學(xué)生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理的要求?？傮w 看來(lái) ，本系統(tǒng)具有如下特點(diǎn) : (1) 本系統(tǒng)采用了模糊 解耦 控制技術(shù)，使 溫室大棚 內(nèi)溫度和濕度的調(diào)節(jié) 可以達(dá)到 理想 的控制效果。與傳統(tǒng) 的溫室環(huán)境控制技術(shù) 相 比較 ， 使得 系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用 有了一定的減少 ， 能夠節(jié)約很多的人力和物力資源 ， 減少了資源浪費(fèi)，也 對(duì)溫室 的能源起到了一定的節(jié)約 。 (2) 在軟件方面， 用的是 MATLAB 進(jìn)行的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) ， 不但能 增加測(cè) 量和控制 過(guò)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(jìn)行技術(shù)時(shí)的 誤差。 (3) 本系統(tǒng)擁有很好 的圖形界面，結(jié)果 一目了然 ，操作 起來(lái)也很方便 。 本課題 僅僅 是在溫室 的 溫濕度之間的智能解耦控制方面進(jìn)行了 一定 研究和仿真，由于 時(shí)間的倉(cāng)促 和實(shí)驗(yàn)條件的 不完善 ， 還有 很多細(xì)節(jié) 存在一定的不足需要進(jìn)一步的研究和學(xué)習(xí) 。 并且 本系統(tǒng)主要以溫室 大棚 秋季 的 溫度和濕度調(diào)控為研究對(duì)象， 研究 的范圍 不完整，應(yīng)該選取一年中各個(gè)季節(jié)進(jìn)行全面的研究，這樣可以使得控制范圍更廣泛更具有應(yīng)用性，在農(nóng)業(yè)中推廣起來(lái)也更可靠。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 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。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的 斷斷續(xù)續(xù)的學(xué)習(xí)和交流，我學(xué)到了很多東西，這些都是以往在大學(xué)課堂上不愿意去學(xué)習(xí)但是又對(duì)我的