【摘要】：溫室小氣候受室外環(huán)境因子、調(diào)控設備、溫室結構與材料以及內(nèi)部種植作物的影響,是一個溫濕度耦合、受室外環(huán)境干擾的大時滯非線性系統(tǒng)。在小氣候環(huán)境變量中,溫室溫度對作物生長發(fā)育影響最大,是溫室小氣候環(huán)境系統(tǒng)的主要被控因子。溫室溫度調(diào)控設備主要是開關設備或者是無位置反饋的連續(xù)調(diào)節(jié)設備,設備狀態(tài)一般是離散變量,而被控量(室內(nèi)溫度)與擾動輸入(室外環(huán)境因子)都是連續(xù)變量,故針對連續(xù)系統(tǒng)的控制算法不適用于本系統(tǒng),而常規(guī)的開關控制在大時滯的系統(tǒng)下容易超調(diào),可能造成設備頻繁啟停,損耗電機。為解決這一問題,可將溫室溫度系統(tǒng)看作一類混雜系統(tǒng),利用混雜系統(tǒng)建模和控制方法來研究溫室溫度系統(tǒng)。本文基于切換模型思想將溫室溫度系統(tǒng)按設備開關組合分為保溫模式、自然通風模式、強制通風模式與濕簾-風機模式四個子系統(tǒng),針對四個子系統(tǒng)分別建立ARMAX模型。首先分別確定各子系統(tǒng)模型的主相關輸入,利用統(tǒng)計假設檢驗確定模型結構,采用帶遺忘因子的遞推增廣最小二乘辨識模型參數(shù),使用試驗溫室數(shù)據(jù)驗證模型精度。基于子系統(tǒng)模型,引入輔助變量,將子系統(tǒng)切換與溫度控制的約束轉化為線性不等式,建立溫室溫度系統(tǒng)混合邏輯動態(tài)模型,并實驗驗證模型的有效性,表明模型具備一定的控制效果且預測精度較高。針對溫室溫度混雜系統(tǒng)設計混雜自動機,將溫室四個子系統(tǒng)抽象為四個離散狀態(tài),研究混雜自動機切換率,分析各離散狀態(tài)下狀態(tài)轉移的正確性,并驗證了自動機執(zhí)行的確定性和非阻塞性。采用雙周期積溫規(guī)劃溫度設定值,根據(jù)積溫周期內(nèi)積溫總量動態(tài)調(diào)整設定值。實驗驗證混雜自動機控制方法的控制效果,對比分析加入設定值規(guī)劃前后的控制效果,發(fā)現(xiàn)使用積溫規(guī)劃設定值可適當減少設備切換次數(shù),降低能耗。本文基于切換模型設計多輸入預測控制器,根據(jù)溫室溫度控制實際需求,同時將設定值跟隨、設備切換次數(shù)與設備能耗加入預測控制性能指標中,求解的控制率為各設備的開關序列�？刂坡是蠼膺^程是最小化性能指標的優(yōu)化過程,性能指標中包含的未來時刻擾動輸入采用灰色預測進行短期預測,待優(yōu)化問題是一個NP-hard問題,本文利用遺傳算法搜索近似最優(yōu)解,采用最優(yōu)性剪枝窮舉法驗證遺傳算法搜索結果。為減少設備切換損耗,引入積溫理論優(yōu)化預測控制設定值。實驗驗證預測控制算法控制性能,對比分析加入設定值規(guī)劃前后的控制效果,實驗表明預測控制適用于溫室溫度控制系統(tǒng),且控制精度高于混雜自動機。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S625;TP273
【圖文】：

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本文編號：2801434