專利名稱：一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能控制方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法。
背景技術(shù)：
溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是集應(yīng)用工程裝備技術(shù)和環(huán)境技術(shù)于一體，進行作物生產(chǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點工程之一。溫室大棚能帶來可觀的經(jīng)濟效益，大幅度提高土地利用率、勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品產(chǎn)出率。在農(nóng)業(yè)植物種植過程中，溫室環(huán)境與植物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的保證。通過對檢測數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境參數(shù)，使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效生長的目的。以往的環(huán)境控制多采用比較繁瑣的方法，都是在人工干預(yù)情況下進行的，耗費了大量人力物力，而且效果不佳。當(dāng)前，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，農(nóng)作物在大棚中培育的品種越來越多，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)環(huán)境控制方法顯然不能滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。目前，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出多種溫室智能控制方法，如基于作物信息融合的控制方法，該方法是在評價指標體系下 ，建立溫室智能控制系統(tǒng)，但需采集作物生理信息與生長信息，采集難度大，不利于推廣；又如分段控制方法，該方法是采用分段控制策略控制系統(tǒng)輸出，但存在抗干擾能力差，設(shè)備動作過于頻繁等缺點；還有些控制方法如基于作物經(jīng)濟性預(yù)測的控制方法，僅限于理論研究，尚無投入實際運行。溫室大棚內(nèi)各個變量具有大慣性及外部環(huán)境對其擾動不可預(yù)測等特點，溫室大棚控制系統(tǒng)需要對各種參量進行不斷的學(xué)習(xí)、優(yōu)化，以使各種性能指標達到最優(yōu)或者接近最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對溫室系統(tǒng)的不確定性與外部環(huán)境對系統(tǒng)擾動的不可預(yù)測性，提供一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，通過溫室環(huán)境參數(shù)的不斷優(yōu)化而達到自適應(yīng)控制效果，從而實現(xiàn)對溫室大棚溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等參數(shù)以及輔助設(shè)施的自適應(yīng)控制，滿足作物生長需求。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:基于溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫，采用多級模式轉(zhuǎn)換控制，在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上采用模糊控制、PID控制與手動控制相結(jié)合的方法實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境信息參數(shù)以及輔助設(shè)施的自適應(yīng)控制，同時依據(jù)溫室環(huán)境信息，實現(xiàn)控制方式的自動轉(zhuǎn)換；并根據(jù)溫室環(huán)境的實時信息，逐步優(yōu)化完善溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫，利用優(yōu)先級自動識別功能調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，完成設(shè)定值自整定；再加上采用滯環(huán)控制方法在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上設(shè)置中間值進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。所述的溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫儲存的信息包括時間信息、環(huán)境因子信息、報警信息、設(shè)定值信息、設(shè)備動作信息等主要溫室環(huán)境信息，當(dāng)設(shè)定值信息不發(fā)生變化時，以天為單位，每隔一定間隔時間自動采集數(shù)據(jù)并存儲；當(dāng)設(shè)定值信息出現(xiàn)變化時，自動采集數(shù)據(jù)并儲存。依據(jù)溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫所存儲的信息參數(shù)，建立溫室基本控制模型，并根據(jù)參數(shù)之間的特性關(guān)系提取參數(shù)特征量，建立的溫室基本控制模型準確反映在某一時間段內(nèi)溫室環(huán)境及作物生長需求；溫室基本控制模型在運行過程中進一步優(yōu)化，特征參數(shù)逐漸完
盡
口 ο當(dāng)溫室環(huán)境的實際值與設(shè)定值之間的偏差大于設(shè)定值閾值時，采用模糊控制方式，利用模糊控制規(guī)則判斷輸出；當(dāng)溫室環(huán)境的實際值與設(shè)定值之間的偏差在設(shè)定值閾值范圍內(nèi)時，采用PID控制方式；當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備檢修或強制設(shè)備動作時，采用手動控制方式。所述的模糊控制模式中，建立了模糊控制子集規(guī)則，其中溫度與濕度模糊論域為{正大，正小，適中，負小，負大}，光照與二氧化碳模糊論域為{正小，適中，負小}，在不同的模糊規(guī)則下，驅(qū)動不同的執(zhí)行機構(gòu)。所述的滯環(huán)控制方法是在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上設(shè)置中間值來實現(xiàn)的，其中，中間值與設(shè)定值、溫室環(huán)境的實際值關(guān)系如下:
權(quán)利要求
1.一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法,其特征在于:基于溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫，采用多級模式轉(zhuǎn)換控制，在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上采用模糊控制、PID控制與手動控制相結(jié)合的方法實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境信息參數(shù)以及輔助設(shè)施的自適應(yīng)控制，同時依據(jù)溫室環(huán)境信息，實現(xiàn)控制方式的自動轉(zhuǎn)換；并根據(jù)溫室環(huán)境的實時信息，逐步優(yōu)化完善溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫，利用優(yōu)先級自動識別功能調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，完成設(shè)定值自整定；再加上采用滯環(huán)控制方法在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上設(shè)置中間值進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:所述的溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫儲存的信息包括時間信息、環(huán)境因子信息、報警信息、設(shè)定值信息、設(shè)備動作信息等主要溫室環(huán)境信息，當(dāng)設(shè)定值信息不發(fā)生變化時，以天為單位，每隔一定間隔時間自動采集數(shù)據(jù)并存儲；當(dāng)設(shè)定值信息出現(xiàn)變化時，自動采集數(shù)據(jù)并儲存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:依據(jù)溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫所存儲的信息參數(shù)，建立溫室基本控制模型，并根據(jù)參數(shù)之間的特性關(guān)系提取參數(shù)特征量，建立的溫室基本控制模型準確反映在某一時間段內(nèi)溫室環(huán)境及作物生長需求；溫室基本控制模型在運行過程中進一步優(yōu)化，特征參數(shù)逐漸完善。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:當(dāng)溫室環(huán)境的實際值與設(shè)定值之間的偏差大于設(shè)定值閾值時，采用模糊控制方式，利用模糊控制規(guī)則判斷輸出；當(dāng)溫室環(huán)境的實際值與設(shè)定值之間的偏差在設(shè)定值閾值范圍內(nèi)時，采用PID控制方式；當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備檢修或強制設(shè)備動作時，采用手動控制方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:所述的模糊控制模式中，建立了模糊控制子集規(guī)則，其中溫度與濕度模糊論域為{正大，正小，適中，負小，負大}，光照與二氧化碳模糊論域為{正小，適中，負小}，在不同的模糊規(guī)則下，驅(qū)動不同的執(zhí)行機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:所述的滯環(huán)控制方法是在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上設(shè)置中間值來實現(xiàn)的，其中，中間值與設(shè)定值、溫室環(huán)境的實際值關(guān)系如下:
全文摘要
本發(fā)明提供一種設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制方法，基于溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫，采用多級模式轉(zhuǎn)換控制，在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上采用模糊控制、PID控制與手動控制相結(jié)合的方法實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境信息參數(shù)以及輔助設(shè)施的自適應(yīng)控制，同時依據(jù)溫室環(huán)境信息，實現(xiàn)控制方式的自動轉(zhuǎn)換；并根據(jù)溫室環(huán)境的實時信息，逐步優(yōu)化完善溫室環(huán)境自適應(yīng)數(shù)據(jù)庫，利用優(yōu)先級自動識別功能調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息，完成設(shè)定值自整定；再加上采用滯環(huán)控制方法在設(shè)定值控制基礎(chǔ)上設(shè)置中間值進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。本發(fā)明實現(xiàn)了溫室環(huán)境參數(shù)自適應(yīng)控制，降低了設(shè)備的動作頻率，提高了設(shè)備的使用壽命，改善了溫室管理模式、提高了勞動生產(chǎn)率，具有較強的實用價值。
文檔編號G05B13/04GK103217905SQ20131013993
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者宋建成, 秘立鵬, 鄭麗君, 宋淵, 劉媛, 雷志鵬, 溫敏敏, 王天水 申請人:太原理工大學(xué), 山西時代聯(lián)創(chuàng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司