温室环境及灌溉自动控制技术的研究与应用

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1、中国农业大学申请工学博士学位论文温室环境及灌溉自动控制技术的研究与应用StudyonAutomaticControlTechnologyofEnvironmentandIrrigationinGreenhouseandItsApplication近年来，温室农业在世界各国得到了迅速发展，温室环境与灌溉控制技术是现代温室农业发展的关键技术，控制技术的高低代表着现代高科技温室的发展状况。作物的产量和品质直接依赖于它所生长的环境，对环境与灌溉控制技术和作物生长适宜条件的研究具有十分重要的意义。本文在分析了国内外研究技术和成果的基础上，通过深入研究，开发出了温室环境与灌溉控制系统，经过试验与

2、考核，证明该系统技术可行，理论方法正确。本文分析了国内外温室环境与灌溉控制技术的特点，根据目前的技术发展趋势和国内实际应用特点和需求，确定了总体设计方案，即采用上下位机两级分布式的结构形式。上位机采用586以上机型，完成对下位机的管理功能。下位机完成现场的数据采集、现场控制、向上位机发送数据等功能。由于温室环境与灌溉系统的复杂性，难以建立精确的数学模型，本文采用模糊控制理论，来解决这一问题。模糊控制不需要建立被控对象的数学模型，系统的鲁棒性强，适合非线性、时变、滞后系统的控制。因此，对温室环境与灌溉系统采用模糊控制非常合适。本章根据现代温室的特点和生产要求，确定了需要调控的因子包括土

3、壤湿度、空气温度、空气湿度三个参数。为了达到调控的目的，采用了7种控制调节机构，构成了一个多变量输入和多变量输出系统（MIMO系统）。根据模糊控制器设计方法，分别进行了输入输出论域的离散化，对I/O空间进行了模糊划分，确定了I/O基本模糊子集的隶属函数，确定了量程、计算了量化因子。根据试验和经验建立了模糊规则，确定了模糊推理和解模糊方法。本模糊系统具有多变量输入多变量输出和控制量为开关量两个特点。通过模糊规则的合理建立和采用Takagi-Sugeno模型，较好地解决了这些问题。本文第四章根据第三章所述的多变量模糊控制理论，论述了多变量模糊控制器的硬件和软件设计，硬件采用STD总线式结

4、构。下位机软件采用结构化编程方法，为了节约存储空间，精心设计了数据格式，程序运行可靠。界面为全部中文，操作简单，易于使用。该章还介绍了系统所需传感器的选用原则、传感器性能。论述了无附加动力施肥泵和电磁阀的工作原理、设计原则和性能试验。给出了试验曲线。上位机监控软件是本本文研究的一个重要组成部分，它实现了对下位机的1中国农业大学申请工学博士学位论文管理。该软件共包括了系统管理、数据采集、数据分析、过程控制、数据查询和数据库管理等6个主要模块。软件以WINDOWS为平台，用VB6.0编制。本软件具有了WINDOWS应用程序的许多优点，为进一步与其他信息技术的集成提供了方便。同时也提高了软

5、件的面向用户性，利于软件的推广使用。本文第六章对黄瓜适宜的水分条件进行了试验研究。黄瓜是温室最常见栽培的作物之一，本文通过试验方法，研究了黄瓜生长、产量与水分的关系，对不同水分处理所得的产量进行了比较分析，初步得出了黄瓜在沙土地条件下生长的适宜水分条件，为提高黄瓜产量提供了科学的灌溉依据。为了测试系统的技术性能指标以及检验系统的应用效果，进行了现场试验和考核，通过半年多的运行，证明系统具有较高的可靠性，各项技术指标达到了设计要求。系统控制精度高，同时实现了节水、节肥、节劳和增产的目的。在研究中充分注意了科研成果的实用性，研究成果均经过实际考核和验证。在温室环境与灌溉控制技术方面取得了

6、成果。关键词：温室环境灌溉自动控制2中国农业大学申请工学博士学位论文Abstract：Greenhouseagriculturehasdevelopedrapidlyintheworldinrecentyears.Environmentandirrigationcontroltechnologyisoneofthekeyesttechnologyinthedevelopmentofgreenhouseagriculture.Thelevelofcontroltechnologyreflectsthedevelopmentconditionofmodernhi-techgreenhou

7、se.Thequalityandproductionofcropdependonitsenvironmentdirectly.Itisnecessarytodevelopenvironmentcontroltechnologyandsuitableenvironmentalconditionforcrop.Bystudyingthoroughly,theautomaticcontrolsystemofenvironmentandirrigationwasd