發(fā)布時間：2020-10-17 22:14

　　 近年來,植物工廠受到世界各國政府和國際知名企業(yè)的廣泛重視,植物工廠是一種能夠根據(jù)農(nóng)業(yè)作物的生長環(huán)境需求,利用智能自動控制技術(shù),實現(xiàn)用最小的代價(空間、時間、材料、水電、經(jīng)濟成本等)得到人類需要的(口感、營養(yǎng)、綠色、健康等)植物產(chǎn)品的高效生產(chǎn)系統(tǒng)。植物生長柜作為一種微型植物工廠,能夠在一個密閉的環(huán)境里通過智能自動控制系統(tǒng)控制植物生長的環(huán)境因子,包括光照、溫度、濕度、CO_2濃度以及營養(yǎng)液。植物生長柜中溫濕度控制系統(tǒng)是一種較為復(fù)雜的系統(tǒng),在工業(yè)生產(chǎn)過程中溫濕度是重要的控制參數(shù),由于溫濕度控制是一種非線性、時變、強耦合和不確定的復(fù)雜過程,且難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,采用傳統(tǒng)的PID控制往往不能實現(xiàn)滿意的控制效果。針對以上問題,本文研究了一種模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計方法,為植物工廠控制系統(tǒng)的建模與控制提供了一個有效途徑,其主要研究內(nèi)容包括:首先,對植物生長柜的溫濕度控制原理進行了簡要介紹,利用階躍響應(yīng)曲線法對加熱棒-溫度、加熱棒-濕度、加濕器-溫度、加濕器-濕度四個回路分別建立簡化數(shù)學(xué)模型。其次,考慮到PID控制算法簡單方便、調(diào)整速度快,但需要建立精確的數(shù)學(xué)模型且對于模型結(jié)構(gòu)變化不具備良好的適應(yīng)能力;模糊控制無需建立精確的數(shù)學(xué)模型,對被控對象參數(shù)變化適應(yīng)能力強,而且在被控對象模型結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變時,仍然能夠獲得較理想的控制效果。因此,在兩種算法的基礎(chǔ)上,利用模糊規(guī)則對PID參數(shù)自整定,研究了一種模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計方法,對系統(tǒng)模型進行了仿真對比分析。仿真結(jié)果驗證了該控制方法相比于傳統(tǒng)PID控制方法,可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量,降低系統(tǒng)振蕩,加快輸出響應(yīng)速度,當受到隨機擾動時,系統(tǒng)具有一定的抗干擾作用。再次,針對植物工廠溫濕度之間存在的強耦合性,采用前饋補償解耦法對溫濕度控制系統(tǒng)耦合回路進行解耦,解除了加熱棒-溫度與加濕器-濕度通道的耦合作用。最后,利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,通過仿真對比驗證了采用未解耦的溫濕度PID控制、解耦的溫濕度PID控制以及解耦的模糊自適應(yīng)PID控制的控制效果,仿真實驗結(jié)果表明本文所設(shè)計的溫濕度模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對被控對象的控制目標,能夠解除溫濕度之間的耦合性,具有響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。
【學(xué)位單位】：天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP273.4;S31
【部分圖文】：

低；一些最新科學(xué)技術(shù)，例如智能控制技術(shù)和傳感設(shè)中[11]。隨著紅藍 LED 的研制成功[15]，傳感器技術(shù)、智能控速發(fā)展[16-19]，為植物工廠的智能化發(fā)展提供了良好伐不斷加快，荷蘭將植物工廠技術(shù)作為未來農(nóng)業(yè)發(fā)，旨在解決其農(nóng)業(yè)資源貧乏的現(xiàn)狀[20]。打園藝、垂直農(nóng)業(yè)和光配方的研究，荷蘭飛利浦公arming 城市農(nóng)場，擁有 234 ㎡種植面積，設(shè)八個氣統(tǒng)，利用計算機系統(tǒng)實現(xiàn)培育過程完全可控，采用具，內(nèi)配有藍光、紅光、白光和遠紅模組，通過定制行精細調(diào)控，種植高質(zhì)量的植物[21]，如圖 1-2 所示

油菜、藥材等的栽培與生產(chǎn)，如圖 2-1 所示。植物生長柜是現(xiàn)代科技集成創(chuàng)新的產(chǎn)物，是一種新興生產(chǎn)模式，為未來家庭智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有效的技術(shù)支撐。圖2-1 植物生長柜2.1.1 組成結(jié)構(gòu)植物生長柜是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，整體結(jié)構(gòu)主要包括以下三個部分：栽培區(qū)、智能控制區(qū)和環(huán)境控制設(shè)備區(qū)，如圖 2-2 所示。植物生長柜采用全封閉式設(shè)計，在柜體的外殼和內(nèi)膽之間通過填充保溫材料保證了柜內(nèi)栽培區(qū)的溫度、濕度等環(huán)境因素不受外界環(huán)境的影響。栽培區(qū)采用 3 層立體栽培方式，在每一層的上方安裝有自主設(shè)計的 LED 燈板進行人工補光，下方為營養(yǎng)液槽，實現(xiàn)對栽培作物的營養(yǎng)供給。智能控制區(qū)位于柜體的側(cè)面，采用STM32 作為核心控制器，配備有液晶屏，可以實時顯示柜內(nèi)的環(huán)境信息，同時可對柜內(nèi)的環(huán)境控制設(shè)備進行控制。在植物生長柜柜體的下方為環(huán)境控制設(shè)備區(qū)，放置的設(shè)備包括：壓縮機、加熱棒、加濕器、泵體和營養(yǎng)液儲存槽等

9圖2-2 植物生長柜栽培區(qū)每層安裝有溫濕度傳感器、光照傳感器和 CO2傳感器，主要用于對柜體內(nèi)溫度、濕度、光照強度和 CO2濃度等環(huán)境因子的監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)信息傳送至控制器，提供控制決策依據(jù)。在栽培區(qū)底部安裝有加熱棒和加濕器，完成對栽培區(qū)的溫濕度的調(diào)控工作，根據(jù)控制指令將溫濕度維持在恒定范圍。在每層的后面安裝有內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇，用于將調(diào)控設(shè)備產(chǎn)生的溫濕度空氣快速發(fā)散，實現(xiàn)均勻分布，避免因不同位置的溫濕度分布不均勻造成的傳感器測量誤差。在柜體的頂部安裝有外循環(huán)風(fēng)扇，用于柜體內(nèi)部和外部環(huán)境中二氧化碳氣體的循環(huán)交換。2.1.2 被控對象特點植物生長柜內(nèi)部體積較大，為了保證內(nèi)部的溫濕度保持在設(shè)定范圍內(nèi)，柜內(nèi)安裝有壓縮機、加熱棒、加濕器、內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇和外循環(huán)風(fēng)扇等執(zhí)行設(shè)備。栽培區(qū)植物種植較為密集
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2845372