【正文】 不需要建立被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，它是通 成人們用自然語(yǔ)言所描述的控制活動(dòng)。再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng) 糊控制規(guī)則，經(jīng)模糊推理得到模糊控制表，使綜合參數(shù)的相 到最佳狀態(tài)。比 節(jié)速度快、魯棒性好，但模糊控制穩(wěn)態(tài)精度欠佳【 13】。特別是對(duì)人類 高級(jí)專家數(shù)量很少，相應(yīng)的知識(shí)傳播和復(fù)制也較難，從這個(gè) 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 開(kāi)發(fā)領(lǐng)域內(nèi)的專家系統(tǒng)不僅非常必要，而且應(yīng)用前景非 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用黑箱方法能把復(fù)雜的系統(tǒng)通過(guò)有限的 但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也存在著明顯 的缺陷，即需要大量的歷 進(jìn)行外推和演繹時(shí)可靠性明顯降低。 因此，在溫室實(shí)際控制過(guò)程中，為提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào) 度，通常對(duì)常規(guī) PID 控制進(jìn)行改進(jìn)，主要有不完全微分 分分離的尸 ID 控制、變速積分的尸 [D 控制等。 基于遺傳算法的優(yōu)化模糊控制算法 遺傳算法 (GA)是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn) 一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法。上 對(duì)智能溫室 進(jìn)行監(jiān)控和參數(shù)的設(shè)定。并且采用 C 一 N 分布式結(jié)構(gòu)，當(dāng)上位機(jī)發(fā)生故障時(shí)， PLC 控制器可以自行 顯示和輸出等控制，不影響溫室的自動(dòng)運(yùn)行。下位機(jī)系統(tǒng)軟件則采 的 FPW 工 NGR 編程軟件來(lái)開(kāi)發(fā)。 研究?jī)?nèi)容與方法 研究的內(nèi)容 根據(jù)外界環(huán)境對(duì)花卉生長(zhǎng)的影響因素，選擇作物環(huán)境 檢測(cè)系統(tǒng)、智能溫室控制系統(tǒng)兩部分。智能控制系統(tǒng)包括 角度開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)，遮陽(yáng)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，通風(fēng)機(jī)，噴灌滴灌控制，節(jié)能 打萬(wàn)制等。 研制與開(kāi)發(fā)基于 PLC 的溫室智能控制系統(tǒng)。 通過(guò)實(shí)際運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)以及變頻技術(shù)通風(fēng)運(yùn)行 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 采用 PID 控制算法建立溫室溫度參數(shù)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 室內(nèi)溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境條件的 控制技術(shù)。 基于變頻技術(shù)的降溫排濕功能 的實(shí)現(xiàn) 研究方法和技術(shù)路線 擬采取的研究方法 (1)根據(jù)濰坊市園藝中心提供的數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)的方法 內(nèi)作物生長(zhǎng)的最佳環(huán)境參數(shù)如光照、溫度、濕度、二氧化碳 定控制對(duì)象。 (3)擬用試驗(yàn)的方法，完成對(duì)室內(nèi)溫度、濕度、光照、 度等環(huán)境條件的自動(dòng)控制試驗(yàn)，并通過(guò)組態(tài)軟件監(jiān)控控制過(guò) 擬采取的技術(shù)路線 本設(shè)計(jì)擬采取下面的技術(shù)路線如下， 第一步 :收集相關(guān)資料 第二步 :建立數(shù)學(xué) 模型 第三步 :確定最優(yōu)的控制方案、 第四步 :溫室模型控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì) 第五步 :智能溫室現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì) 第六步 :組態(tài)監(jiān)控 其流程圖如圖 1 一 2: 第二章智能溫室控制算法的研究 溫室環(huán)境的主要特點(diǎn) 溫室氣候環(huán)境作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象，有以下特點(diǎn) : 非線性系統(tǒng)。大量隨 不確定性因素使得對(duì)其精確建模比較困難。由于溫室面積比較大，造成溫室內(nèi)部各個(gè)物 的分布是不均勻的。 時(shí)變系統(tǒng)。因而，溫室系統(tǒng)是一個(gè)參數(shù)隨著時(shí)間變化 態(tài)系統(tǒng)。對(duì)于外界所施加的作用，溫室系統(tǒng)并不立即響應(yīng) 是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲才有反應(yīng)。 多變量藕合系統(tǒng)。 統(tǒng)任一目標(biāo)的控制，都會(huì)影響其它目標(biāo)的變化。由于作物對(duì)環(huán)境各氣候因子的要求并不是特別的精確， 是一個(gè)模糊區(qū)間，比如作物對(duì)溫度的要求，只要溫度在某一時(shí)間段 一區(qū)間內(nèi)，該作物就能很好地生長(zhǎng)，因此，也沒(méi)有必要將各種參數(shù) 精確控制。對(duì)于 濕度的控制可以采用傳統(tǒng) PID 控制，這種方法簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)，但 數(shù)的整定比較困難，而且一組整定好的參數(shù)只在較小的控制范圍內(nèi) 好的控 制效果，所以 PID 控制對(duì)這一類對(duì)象的控制效果并不理想。 智能溫室控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 山東大學(xué)碩士學(xué)位論文 了解對(duì)象動(dòng)態(tài)特性可以通過(guò)理論分析的數(shù)學(xué)描述法，也就 運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律出發(fā)，推導(dǎo)出代表對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的微分方程式， 的數(shù)學(xué)模型。 溫室 的溫度控制是空氣系統(tǒng)的一個(gè)重要 環(huán)節(jié)，它是用設(shè)置在室內(nèi)的測(cè)溫傳感器，測(cè) 定室內(nèi)空氣溫度信號(hào)，并將此信號(hào)傳遞給溫 度調(diào)節(jié)器進(jìn)行運(yùn)算和放大，發(fā)出控制指令信 號(hào)，以控制相應(yīng)的執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)，使送風(fēng)溫 度或送風(fēng)量隨偏差值的大小而發(fā)生變化，以 滿足溫室溫度控制的要求。嚴(yán) 格說(shuō)來(lái)，室溫調(diào)節(jié)對(duì)象是有純滯后的分布參 數(shù)對(duì)象，但為了研究的簡(jiǎn)便，在建立數(shù)學(xué)模 型時(shí)，把室溫對(duì)象按集中參數(shù)來(lái)處理，而不 考慮對(duì)象的滯后。可控溫度范圍為 OOC 一 40℃。溫度的穩(wěn)定值通過(guò)調(diào)整濕簾水泵、排濕風(fēng)扇 的輸出功率來(lái)確定的。也就是說(shuō) T 就是空氣從 降溫系統(tǒng)開(kāi)始沿流線移動(dòng)到控制點(diǎn)所需的時(shí)間，即 仿真 1990 年， MathworkS 軟件公司推出 MATLAB/Simulink，該軟件在系 統(tǒng)仿真應(yīng)用中很快得到了發(fā)展?，F(xiàn)已發(fā)展至 版本 本文利用 MATLAB 對(duì)濕簾降溫系統(tǒng)的 P 工 D 控制進(jìn)行模擬仿真。即傳遞函 數(shù)為 : 通過(guò) P 工 D 控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線可以看出， PID 控制系統(tǒng)的靜差為零 在受到外界干擾作用后，系統(tǒng)最終能很好趨于原來(lái)的平衡線上。 第三章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器、濕度傳感器、光照 傳感器、 COZ 傳感器、‘室外氣象站等采集或觀測(cè)的溫室內(nèi)的室內(nèi)外的溫 度、濕度、光照強(qiáng)度、 COZ 濃度等環(huán)境參數(shù)信息，通過(guò)控制設(shè)備對(duì)溫室 保溫被、通風(fēng)窗、遮陽(yáng)網(wǎng)、噴滴灌等驅(qū)動(dòng) /執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，對(duì)溫室環(huán)境 氣候和灌溉施肥進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，為作物 生長(zhǎng)發(fā)育提供最適宜的生態(tài)環(huán)境，以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。根據(jù)一天中時(shí) l 旬的變化實(shí)行變溫管理， 根據(jù)作 物的生長(zhǎng)需要將一天分成四個(gè)時(shí)間段，四個(gè)時(shí)間段中根據(jù)不同的 控溫要求對(duì)溫室進(jìn)行控制。 控制模式 根據(jù)濰坊地區(qū)多年的氣候條件記錄，本地區(qū)春天與秋天時(shí)間短，不 易區(qū)分。 (l)夏天模式在該模式下工作的壞境調(diào)節(jié)設(shè)備有 :自然通風(fēng)系統(tǒng) (天窗和內(nèi)側(cè)窗 )、強(qiáng)制通風(fēng)濕簾降溫系統(tǒng) (濕簾一風(fēng)機(jī) )和水平保溫遮蔭 幕。遮蔭幕可 以起到遮蔭和降溫的作用。在此模式下自然通風(fēng)系統(tǒng)不工作。隨著季節(jié)的變化，以及隨作物的生長(zhǎng)階段的變化，各時(shí)間段所需 要的溫度也是變化的，這時(shí)可以通過(guò)修改設(shè)定溫度值來(lái)調(diào)整溫室的溫度 控制目標(biāo)。在運(yùn)行的時(shí)候可以通過(guò)按鈕對(duì)這兩種控 制方式進(jìn)行切換。 自動(dòng)控制模式 我們采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制模式，通過(guò)傳感器對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 并對(duì)其設(shè)定上限和下限值，當(dāng)檢測(cè)到某一值超過(guò)設(shè)定值，便發(fā)出信號(hào)自 動(dòng)對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉，從而使溫室環(huán)境因子控制在設(shè)定的范圍 內(nèi)。 系統(tǒng)的硬件組成 為了實(shí)現(xiàn)智能溫室的環(huán)境監(jiān)控，本設(shè)計(jì)建立了溫室環(huán)境控制 參數(shù)的 長(zhǎng)時(shí)間在線計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。并可根據(jù)智能溫室溫濕度的需求，對(duì)天窗、 側(cè)窗、降溫濕風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、濕簾、內(nèi)外遮陽(yáng)網(wǎng)等設(shè)備自動(dòng)控制。 為了確保系統(tǒng)的可靠性，溫室設(shè)備的控制采用手動(dòng) /自動(dòng)切換方一式，即在 某些特殊情況下系統(tǒng)可以切換成手動(dòng)，使用靈活力一便。溫度傳感變送器是具有在惡劣環(huán)境 中長(zhǎng)期使用而保持精度不變的少數(shù)幾類 傳感器中的一種，目前常用的溫度傳感器 有熱電偶傳感器、熱敏 電阻傳感器及集成電路 (固態(tài) )型傳感器。本系統(tǒng)溫度 控制的范圍為 10“ C 一 SOOC (1)溫度傳感器的選擇 溫度傳感器的種類很多，根據(jù)溫室使用條件，選擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅黝? 型才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確可靠，并同時(shí)達(dá)到增加使用壽命和降低成本的目的。該溫 度傳感器具有線性好、精度適中、 靈敏度高、體積小、使用方便等 優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。 我們選用電壓輸出型的靈敏度一 般為 IOmV/K。 它的主要特性參數(shù)如下 : (2)溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 溫度檢測(cè)電路如圖 3 一 7 所示，其中運(yùn)算放大器 Al 被接成電壓跟隨器 形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗。這樣， A!’一歹 AZ 輸出端之問(wèn)的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫 t/J、。目前己有幾十種濕敏器件， 按感濕材料來(lái)分，大致有四類 :電解質(zhì)、半導(dǎo)體陶 瓷、高分子和其它。 根據(jù)溫室濕度控制的特點(diǎn)，本系統(tǒng)中濕度傳感器選用 A1203 型濕度傳感 器。它具 有線形度好、滯后性小、響應(yīng)快以及能在較寒冷的環(huán)境中使用等優(yōu)點(diǎn)， 其主要的特性參數(shù)為 : ①工作環(huán)境溫度 :一 30OC 一 +80OC。 ③測(cè)濕精度 :士 4%Rha。 光照度傳感器 光控用于控制遮陽(yáng)幕的啟閉，使作物得到合理的光照度并實(shí)現(xiàn)以下 目的 :免除作物超過(guò)光飽合點(diǎn)，提高光合作用 。 光照度傳感器采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號(hào) Pol88 一 c 光 照度傳感器，外形圖如圖 :〕一 10 所 示?？蓮V泛用 于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓宇等的光照 度測(cè)量。接線原理圖見(jiàn)圖 執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 從圖 3 一 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖中，可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括濕簾降 溫系統(tǒng)，天窗、側(cè)窗、風(fēng)扇、內(nèi)外遮陽(yáng)網(wǎng)開(kāi)閉系統(tǒng)、變頻器驅(qū)動(dòng)降溫排 濕風(fēng)扇系統(tǒng)等部分。 通過(guò)利用水的蒸發(fā)原理實(shí)現(xiàn)降溫的目的。當(dāng)需要降溫時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇將室內(nèi)的空氣強(qiáng)制拋出，形 成負(fù) 壓，同時(shí)濕簾水泵將水打到濕簾墻上，室外的空氣因負(fù)壓被吸入室內(nèi)的 過(guò)程中，以一定的速度從濕簾的縫隙穿過(guò)，導(dǎo)致水分蒸發(fā)和降溫，冷空 氣流經(jīng)溫室，吸收室內(nèi)熱量后，經(jīng)風(fēng)扇排出，從而達(dá)到降溫的目的。電壓 :三 相 38OV/SOHZ，功率 。 ②安裝 Dmm 厚度直排水濕膜加濕器的空調(diào)機(jī)組，其所安裝加濕器的 底部一定要有接水盤(pán)，且接水盤(pán)內(nèi)要預(yù)留放置加濕器的空間。 ④現(xiàn)場(chǎng)需提供 DN15 供水管和 22OV/50HZ 的電源三芯插座，水源和 電源均需引到距離加濕器電控箱安 裝位置 米范圍之內(nèi)，且周圍不得 有任何障礙物。當(dāng)干燥的空氣通過(guò)濕膜材料時(shí)，水分子充分吸 收空氣中的熱量而汽化，蒸發(fā)，使空氣的濕度增加，形成濕潤(rùn)的空氣。 2 天窗、側(cè)窗、風(fēng)扇、內(nèi)外遮陽(yáng)網(wǎng)開(kāi)閉系統(tǒng) 本系統(tǒng)的所有執(zhí)行設(shè)備都是通過(guò) PLC 控制輸出執(zhí)行，并且控制的設(shè) 備多數(shù)是電機(jī)。其它主線路、控制線路原理圖圖見(jiàn)附 2。ZKCA 接通時(shí)，表示關(guān)窗。 KM 工 和 KMZ 互鎖， SQI 為天窗開(kāi)到位限位開(kāi)關(guān)， SQZ 為天窗關(guān)到位限位開(kāi)關(guān)， FRI 為主回路熱保護(hù)繼電器常閉觸電， XJ 為系統(tǒng)急停開(kāi)關(guān)。 由以上說(shuō)明，我們可以看出，天窗電機(jī)手動(dòng)工作時(shí)由手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制， 自動(dòng)工作時(shí)由尸 LC 控制。 變頻器驅(qū)動(dòng)降溫排 濕風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 目前，在國(guó)內(nèi)外溫室的降溫排濕風(fēng)扇基本采用傳統(tǒng)的開(kāi)一關(guān)控制方 式，即風(fēng)扇以恒速間歇式運(yùn)行。 (1)變頻器容量的選擇 由于該排濕風(fēng)扇容量為 60OW，并且連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所需變頻器容量的計(jì) 算公式 : (2