一种应用于设施农业温室大棚空气温湿度智能控制方法
【专利摘要】一种应用于设施农业温室大棚空气温湿度智能控制方法，所述方法是设置有两个模糊控制器和一个协调控制器协同工作，所述协调控制器识别系统当前所处的运行状态，在误差较大时选择模糊控制器一，使温湿度参数快速回落到合理区间内，在误差较小时选择模糊控制器二，使温湿度参数稳定在目标值附近的小范围内。本方法解决了传统单一结构模糊控制方法超调量大，稳态精度低的问题，而且多因子协调控制策略充分考虑环境因子间的耦合关系，调控方式较单因子控制科学合理。
【专利说明】
一种应用于设施农业温室大棚空气温湿度智能控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种温室大棚温湿度调节方法，特别是一种应用于设施农业温室大棚的空气温湿度智能控制方法。
【背景技术】
[0002]温室是我国设施农业的重要组成部分，在外界环境条件不利于作物生长时，温室利用其围护设施和环境调控设备可保证其正常生产过程，对于提高作物产量和质量、稳定食物供应、保证食物安全具有重要意义。温室内需要调控的环境变量包括温、光、水、气、月巴等，其中，空气温度和空气湿度是设施内的主导环境因子，对作物生长发育影响最显著。
[0003]温室环境系统具有多变量、非线性、强耦合和大滞后的特点，难以通过传统控制方法建立其精确的数学模型进行控制，而模糊控制方法不需要建立控制系统精确的数学模型，采用启发式设计方法，将人类专家的控制经验转换为计算机能够执行的控制规则，非常适合用于温室环境控制过程。
[0004]目前应用于温室环境控制过程的模糊控制方法多数采用常规单一结构的形式，常规模糊控制具有响应速度快、鲁棒性强等优点，但其存在稳态精度不理想的问题，不能满足温室大棚温湿度的控制要求，所以需要找到一种改进的模糊控制方法，提高温湿度模糊控制的稳态精度。
[0005]在现有技术中，公开号为CN102354119A公开了名称为“一种设施农业环境智能控制方法”，采用MPT控制算法与模糊控制相结合的方法对设施内温度、湿度、CO2浓度、有害气体浓度等环境参数进行智能控制，当偏差大于某一域值时，选择模糊控制；当偏差减小到该域值以下时，切换至MPT算法控制，减小系统超调量并消除余差;但是该智能控制方法在切换至MPT算法控制时，采用的是单因子控制方式，只针对设施内一种环境参数进行控制，而设施内各环境因子存在相当程度的耦合现象，对一种因子的调控会对其它环境因子产生影响，故该方法在控制过程中未综合考虑环境因子间的相互影响，未能实现环境的多因子控制。
[0006]公开号为CN103217905A公开了名称为“一种设施农业温室大棚环境参数自适应控制方法”，基于温室环境自适应数据库，采用多级模式转换控制方式，实现温室大棚环境参数和执行机构的自适应控制;所述多级模式转换控制方式在环境参数实际值与设定值之间的偏差大于设定值时，选择模糊控制方式，当该偏差在设定值阈值范围内时，采用PID控制方式;但是该智能控制方法在切换至PID控制算法时，采用的仍是单因子控制方式，未能综合考虑环境因子间的相互影响，未能实现环境的多因子控制。
[0007]因此，现有技术中的温室大棚温湿度模糊控制改进方法都具有一定的不完善之处，需要提出一种新的设施农业温室大棚温湿度智能控制方法，使之不仅能够保证环境参数控制系统具有良好的稳态精度，并且能够充分考虑个环境因子间的相互影响，实现多因子调控，提高控制过程的科学性与合理性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种应用于设施农业温室大棚空气温湿度智能控制方法，以解决温室大棚常规模糊控制方法稳态精度低，调控水平不理想的问题。
[0009]本发明的目的是通过如下措施来达到。
[0010]—种应用于设施农业温室大棚空气温湿度智能控制方法，所述控制方法是设置有两个模糊控制器和一个协调控制器协同工作，所述协调控制器识别系统当前所处的运行状态，在误差较大时选择模糊控制器(1)[A1]，使温湿度参数快速回落到合理区间内，在误差较小时选择模糊控制器(2)，使温湿度参数稳定在目标值附近的小范围内。
[0011]在上述技术方案中，所述协调控制器是以空气温度误差和空气湿度误差作为状态特征识别量，包含有两条决策规则；当空气温度误差或空气湿度误差超出规定阀值时，选择模糊控制器(I)进行快速控制；当空气温度误差和空气湿度误差均在规定阀值内时，选择模糊控制器(2)进行精细控制。
[0012]在上述技术方案中，所述模糊控制器(I)是采用多因子控制方式，输入为温度误差和湿度误差，设定负大、负小、零、正小、正大五个模糊集合，输出为控制效果较强的配套设备控制量，设定开启、关闭两个输出模糊集合，完成温湿度快速控制。
[0013]在上述技术方案中，所述模糊控制器(2)是采用多因子控制方式，输入为温度误差、湿度误差和太阳辐射量，对于温度误差和湿度误差，设定有负大、负小、零、正小、正大五个模糊集合，对于太阳辐射量，设定有小、零、大三个模糊集合，输出为控制作用较弱的配套设备控制量，对于通风窗，设定有全闭、小开、大开、全开四个输出模糊集合，对于其它设备设定有开启、关闭两个输出模糊集合，完成温湿度精细控制。
[0014]本发明上述的技术方案与现有技术相比，所具有的优点及积极效果在于解决了温室大棚空气温湿度调控这一复杂控制问题，在保证控制系统快速性的前提下，提高了稳态精度，充分考虑各因子之间的相互影响，采用多因子控制方式实现空气温度和空气湿度的最优化控制，取得了突出的效果。
【附图说明】
[0015]图1是本温室大棚温湿度智能控制方法原理图。
【具体实施方式】
[0016]为了便于理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做出进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本发明，并不用于对本发明进行限定。
[0017]如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种应用于设施农业温室大棚的空气温湿度智能控制方法，设计有两个不同结构的模糊控制器和一个协调控制器协同工作，根据温湿度参数所处的不同范围，将系统运行过程分为“快速控制”和“精细控制”两个状态，协同控制器识别系统当前所处的运行状态自动选择模糊控制器。在“快速控制”状态下选择模糊控制器I，使空气温湿度快速回落到合理范围内；在“精细控制”状态下选择模糊控制器2，使空气温湿度稳定在目标值附近的小范围内。
[0018]所述的协调控制器以空气温度误差和空气湿度误差作为状态特征识别量，在实施例中每隔2min进行一次特征参数识别，包含2条决策规则。当温度误差大于2°C或湿度误差大于3%RH时，系统处于快速控制状态，选择模糊控制器I，该控制器控制效果较强，可使温湿度误差快速回落到合理区间内；当温度误差小于等于2°C且湿度误差小于等于3%RH时，选择模糊控制器2，该控制器控制作用小，可精细控制温湿度参数。
[0019]所述的模糊控制器I实现快速的控制，不需要过多的控制规则，输入选择温度误差和湿度误差，实施例中输入温度误差的连续论域为[_6，6]，输入湿度误差的连续论域为[_12，12]。设定五个输入模糊集合，S卩{负大、负小、零、正小、正大}，隶属度函数选择三角型。输出为控制作用较强的配套设备，包括加热器(全功率)、通风窗(全开或全闭)、风机、湿帘和加湿器的控制量，各个输出的连续论域均为[0，1]，每种设备只有开启和关闭两种状态，设定两个输出模糊集合，即{开启、关闭}，隶属度函数形状选择单点型。模糊控制器I的最终推理结果为[0，I]中的任一数值，规定当推理结果小于0.5时，设备关闭；当推理结果大于
0.5时，设备开启。在快速控制状态下，系统每隔2min进行一次模糊决策。
[0020]所述的模糊控制器2控制作用较小、精度较高，需要综合考虑各类因素的影响，故增加太阳辐射量这一因素，即输入为温度误差、湿度误差和太阳辐射量。在实施例中温度误差输入的连续论域为[_2，2]，湿度误差输入的连续论域为[_3，3]，两者均设定五个输入模糊集合，即{负大、负小、零、正小、正大};太阳辐射量连续论域为[O，2500]，设定三个输入模糊集合，即{小、零、大}，输出为控制作用较弱的配套设备，包括加热器(半功率)、通风窗(全闭、1/3开度、2/3开度、全开)和加湿器。对于加热器和加湿器控制量，连续论域均为[0，I]，设定两个输出模糊集合，即{开启、关闭}，规定当推理结果小于0.5时，设备关闭，当推理结果大于0.5时，开启设备。对于通风窗，其连续论域为[0，3]，其上的模糊集合为A(全闭)、B(1/3开度)、(:(2/3开度)、0(全开)，规定当推理结果小于0.5时，通风窗全闭，当推理结果大于0.5且小于1.5时，通风窗1/3开启，当推理结果大于1.5且小于2.5时，通风窗2/3开启，当推理结果大于2.5时，通风窗全开。在精细控制状态下，系统每隔Imin进行一次模糊决策。
[0021]综上所述技术方案的实施，其特点在于本发明提高了温室大棚温湿度模糊控制方法的稳态精度，同时实现了设施内环境的多因子调控，取得了良好的控制效果。
【主权项】
1.一种应用于设施农业温室大棚空气温湿度智能控制方法，所述控制方法是设置有两个模糊控制器和一个协调控制器协同工作，所述协调控制器识别系统当前所处的运行状态，在误差较大时选择模糊控制器(1)，使温湿度参数快速回落到合理区间内，在误差较小时选择模糊控制器(2)，使温湿度参数稳定在目标值附近的小范围内。2.根据权利要求1所述的控制方法，所述协调控制器是以空气温度误差和空气湿度误差作为状态特征识别量，包含有两条决策规则；当空气温度误差或空气湿度误差超出规定阀值时，选择模糊控制器(I)进行快速控制；当空气温度误差和空气湿度误差均在规定阀值内时，选择模糊控制器(2)进行精细控制。3.根据权利要求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，输入为温度误差和湿度误差，设定负大、负小、零、正小、正大五个模糊集合，输出为控制效果较强的配套设备控制量，设定开启、关闭两个输出模糊集合，完成温湿度快速控制。
【文档编号】G05D27/02GK106054988SQ201610504220
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】宋建成, 韩毅, 邢希君, 许春雨, 耿蒲龙, 郑丽君
【申请人】太原理工大学