一種應用于設施農業(yè)溫室大棚空氣溫濕度智能控制方法
【專利摘要】一種應用于設施農業(yè)溫室大棚空氣溫濕度智能控制方法，所述方法是設置有兩個模糊控制器和一個協(xié)調控制器協(xié)同工作，所述協(xié)調控制器識別系統(tǒng)當前所處的運行狀態(tài)，在誤差較大時選擇模糊控制器一，使溫濕度參數(shù)快速回落到合理區(qū)間內，在誤差較小時選擇模糊控制器二，使溫濕度參數(shù)穩(wěn)定在目標值附近的小范圍內。本方法解決了傳統(tǒng)單一結構模糊控制方法超調量大，穩(wěn)態(tài)精度低的問題，而且多因子協(xié)調控制策略充分考慮環(huán)境因子間的耦合關系，調控方式較單因子控制科學合理。
【專利說明】
一種應用于設施農業(yè)溫室大棚空氣溫濕度智能控制方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種溫室大棚溫濕度調節(jié)方法，特別是一種應用于設施農業(yè)溫室大棚的空氣溫濕度智能控制方法。
【背景技術】
[0002]溫室是我國設施農業(yè)的重要組成部分，在外界環(huán)境條件不利于作物生長時，溫室利用其圍護設施和環(huán)境調控設備可保證其正常生產過程，對于提高作物產量和質量、穩(wěn)定食物供應、保證食物安全具有重要意義。溫室內需要調控的環(huán)境變量包括溫、光、水、氣、月巴等，其中，空氣溫度和空氣濕度是設施內的主導環(huán)境因子，對作物生長發(fā)育影響最顯著。
[0003]溫室環(huán)境系統(tǒng)具有多變量、非線性、強耦合和大滯后的特點，難以通過傳統(tǒng)控制方法建立其精確的數(shù)學模型進行控制，而模糊控制方法不需要建立控制系統(tǒng)精確的數(shù)學模型，采用啟發(fā)式設計方法，將人類專家的控制經驗轉換為計算機能夠執(zhí)行的控制規(guī)則，非常適合用于溫室環(huán)境控制過程。
[0004]目前應用于溫室環(huán)境控制過程的模糊控制方法多數(shù)采用常規(guī)單一結構的形式，常規(guī)模糊控制具有響應速度快、魯棒性強等優(yōu)點，但其存在穩(wěn)態(tài)精度不理想的問題，不能滿足溫室大棚溫濕度的控制要求，所以需要找到一種改進的模糊控制方法，提高溫濕度模糊控制的穩(wěn)態(tài)精度。
[0005]在現(xiàn)有技術中，公開號為CN102354119A公開了名稱為“一種設施農業(yè)環(huán)境智能控制方法”，采用MPT控制算法與模糊控制相結合的方法對設施內溫度、濕度、CO2濃度、有害氣體濃度等環(huán)境參數(shù)進行智能控制，當偏差大于某一域值時，選擇模糊控制；當偏差減小到該域值以下時，切換至MPT算法控制，減小系統(tǒng)超調量并消除余差;但是該智能控制方法在切換至MPT算法控制時，采用的是單因子控制方式，只針對設施內一種環(huán)境參數(shù)進行控制，而設施內各環(huán)境因子存在相當程度的耦合現(xiàn)象，對一種因子的調控會對其它環(huán)境因子產生影響，故該方法在控制過程中未綜合考慮環(huán)境因子間的相互影響，未能實現(xiàn)環(huán)境的多因子控制。
[0006]公開號為CN103217905A公開了名稱為“一種設施農業(yè)溫室大棚環(huán)境參數(shù)自適應控制方法”，基于溫室環(huán)境自適應數(shù)據庫，采用多級模式轉換控制方式，實現(xiàn)溫室大棚環(huán)境參數(shù)和執(zhí)行機構的自適應控制;所述多級模式轉換控制方式在環(huán)境參數(shù)實際值與設定值之間的偏差大于設定值時，選擇模糊控制方式，當該偏差在設定值閾值范圍內時，采用PID控制方式;但是該智能控制方法在切換至PID控制算法時，采用的仍是單因子控制方式，未能綜合考慮環(huán)境因子間的相互影響，未能實現(xiàn)環(huán)境的多因子控制。
[0007]因此，現(xiàn)有技術中的溫室大棚溫濕度模糊控制改進方法都具有一定的不完善之處，需要提出一種新的設施農業(yè)溫室大棚溫濕度智能控制方法，使之不僅能夠保證環(huán)境參數(shù)控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度，并且能夠充分考慮個環(huán)境因子間的相互影響，實現(xiàn)多因子調控，提高控制過程的科學性與合理性。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種應用于設施農業(yè)溫室大棚空氣溫濕度智能控制方法，以解決溫室大棚常規(guī)模糊控制方法穩(wěn)態(tài)精度低，調控水平不理想的問題。
[0009]本發(fā)明的目的是通過如下措施來達到。
[0010]—種應用于設施農業(yè)溫室大棚空氣溫濕度智能控制方法，所述控制方法是設置有兩個模糊控制器和一個協(xié)調控制器協(xié)同工作，所述協(xié)調控制器識別系統(tǒng)當前所處的運行狀態(tài)，在誤差較大時選擇模糊控制器(1)[A1]，使溫濕度參數(shù)快速回落到合理區(qū)間內，在誤差較小時選擇模糊控制器(2)，使溫濕度參數(shù)穩(wěn)定在目標值附近的小范圍內。
[0011]在上述技術方案中，所述協(xié)調控制器是以空氣溫度誤差和空氣濕度誤差作為狀態(tài)特征識別量，包含有兩條決策規(guī)則；當空氣溫度誤差或空氣濕度誤差超出規(guī)定閥值時，選擇模糊控制器(I)進行快速控制；當空氣溫度誤差和空氣濕度誤差均在規(guī)定閥值內時，選擇模糊控制器(2)進行精細控制。
[0012]在上述技術方案中，所述模糊控制器(I)是采用多因子控制方式，輸入為溫度誤差和濕度誤差，設定負大、負小、零、正小、正大五個模糊集合，輸出為控制效果較強的配套設備控制量，設定開啟、關閉兩個輸出模糊集合，完成溫濕度快速控制。
[0013]在上述技術方案中，所述模糊控制器(2)是采用多因子控制方式，輸入為溫度誤差、濕度誤差和太陽輻射量，對于溫度誤差和濕度誤差，設定有負大、負小、零、正小、正大五個模糊集合，對于太陽輻射量，設定有小、零、大三個模糊集合，輸出為控制作用較弱的配套設備控制量，對于通風窗，設定有全閉、小開、大開、全開四個輸出模糊集合，對于其它設備設定有開啟、關閉兩個輸出模糊集合，完成溫濕度精細控制。
[0014]本發(fā)明上述的技術方案與現(xiàn)有技術相比，所具有的優(yōu)點及積極效果在于解決了溫室大棚空氣溫濕度調控這一復雜控制問題，在保證控制系統(tǒng)快速性的前提下，提高了穩(wěn)態(tài)精度，充分考慮各因子之間的相互影響，采用多因子控制方式實現(xiàn)空氣溫度和空氣濕度的最優(yōu)化控制，取得了突出的效果。
【附圖說明】
[0015]圖1是本溫室大棚溫濕度智能控制方法原理圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于理解本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做出進一步的說明。應當理解，此處所描述的具體實施方案僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于對本發(fā)明進行限定。
[0017]如附圖1所示，實施本發(fā)明上述所提供的一種應用于設施農業(yè)溫室大棚的空氣溫濕度智能控制方法，設計有兩個不同結構的模糊控制器和一個協(xié)調控制器協(xié)同工作，根據溫濕度參數(shù)所處的不同范圍，將系統(tǒng)運行過程分為“快速控制”和“精細控制”兩個狀態(tài)，協(xié)同控制器識別系統(tǒng)當前所處的運行狀態(tài)自動選擇模糊控制器。在“快速控制”狀態(tài)下選擇模糊控制器I，使空氣溫濕度快速回落到合理范圍內；在“精細控制”狀態(tài)下選擇模糊控制器2，使空氣溫濕度穩(wěn)定在目標值附近的小范圍內。
[0018]所述的協(xié)調控制器以空氣溫度誤差和空氣濕度誤差作為狀態(tài)特征識別量，在實施例中每隔2min進行一次特征參數(shù)識別，包含2條決策規(guī)則。當溫度誤差大于2°C或濕度誤差大于3%RH時，系統(tǒng)處于快速控制狀態(tài)，選擇模糊控制器I，該控制器控制效果較強，可使溫濕度誤差快速回落到合理區(qū)間內；當溫度誤差小于等于2°C且濕度誤差小于等于3%RH時，選擇模糊控制器2，該控制器控制作用小，可精細控制溫濕度參數(shù)。
[0019]所述的模糊控制器I實現(xiàn)快速的控制，不需要過多的控制規(guī)則，輸入選擇溫度誤差和濕度誤差，實施例中輸入溫度誤差的連續(xù)論域為[_6，6]，輸入濕度誤差的連續(xù)論域為[_12，12]。設定五個輸入模糊集合，S卩{負大、負小、零、正小、正大}，隸屬度函數(shù)選擇三角型。輸出為控制作用較強的配套設備，包括加熱器(全功率)、通風窗(全開或全閉)、風機、濕簾和加濕器的控制量，各個輸出的連續(xù)論域均為[0，1]，每種設備只有開啟和關閉兩種狀態(tài)，設定兩個輸出模糊集合，即{開啟、關閉}，隸屬度函數(shù)形狀選擇單點型。模糊控制器I的最終推理結果為[0，I]中的任一數(shù)值，規(guī)定當推理結果小于0.5時，設備關閉；當推理結果大于
0.5時，設備開啟。在快速控制狀態(tài)下，系統(tǒng)每隔2min進行一次模糊決策。
[0020]所述的模糊控制器2控制作用較小、精度較高，需要綜合考慮各類因素的影響，故增加太陽輻射量這一因素，即輸入為溫度誤差、濕度誤差和太陽輻射量。在實施例中溫度誤差輸入的連續(xù)論域為[_2，2]，濕度誤差輸入的連續(xù)論域為[_3，3]，兩者均設定五個輸入模糊集合，即{負大、負小、零、正小、正大};太陽輻射量連續(xù)論域為[O，2500]，設定三個輸入模糊集合，即{小、零、大}，輸出為控制作用較弱的配套設備，包括加熱器(半功率)、通風窗(全閉、1/3開度、2/3開度、全開)和加濕器。對于加熱器和加濕器控制量，連續(xù)論域均為[0，I]，設定兩個輸出模糊集合，即{開啟、關閉}，規(guī)定當推理結果小于0.5時，設備關閉，當推理結果大于0.5時，開啟設備。對于通風窗，其連續(xù)論域為[0，3]，其上的模糊集合為A(全閉)、B(1/3開度)、(:(2/3開度)、0(全開)，規(guī)定當推理結果小于0.5時，通風窗全閉，當推理結果大于0.5且小于1.5時，通風窗1/3開啟，當推理結果大于1.5且小于2.5時，通風窗2/3開啟，當推理結果大于2.5時，通風窗全開。在精細控制狀態(tài)下，系統(tǒng)每隔Imin進行一次模糊決策。
[0021]綜上所述技術方案的實施，其特點在于本發(fā)明提高了溫室大棚溫濕度模糊控制方法的穩(wěn)態(tài)精度，同時實現(xiàn)了設施內環(huán)境的多因子調控，取得了良好的控制效果。
【主權項】
1.一種應用于設施農業(yè)溫室大棚空氣溫濕度智能控制方法，所述控制方法是設置有兩個模糊控制器和一個協(xié)調控制器協(xié)同工作，所述協(xié)調控制器識別系統(tǒng)當前所處的運行狀態(tài)，在誤差較大時選擇模糊控制器(1)，使溫濕度參數(shù)快速回落到合理區(qū)間內，在誤差較小時選擇模糊控制器(2)，使溫濕度參數(shù)穩(wěn)定在目標值附近的小范圍內。2.根據權利要求1所述的控制方法，所述協(xié)調控制器是以空氣溫度誤差和空氣濕度誤差作為狀態(tài)特征識別量，包含有兩條決策規(guī)則；當空氣溫度誤差或空氣濕度誤差超出規(guī)定閥值時，選擇模糊控制器(I)進行快速控制；當空氣溫度誤差和空氣濕度誤差均在規(guī)定閥值內時，選擇模糊控制器(2)進行精細控制。3.根據權利要求1所述的控制方法，所述模糊控制器(I)是采用多因子控制方式，輸入為溫度誤差和濕度誤差，設定負大、負小、零、正小、正大五個模糊集合，輸出為控制效果較強的配套設備控制量，設定開啟、關閉兩個輸出模糊集合，完成溫濕度快速控制。
【文檔編號】G05D27/02GK106054988SQ201610504220
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】宋建成, 韓毅, 邢希君, 許春雨, 耿蒲龍, 鄭麗君
【申請人】太原理工大學