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1、蔬菜大棚模糊PID温度控制系统的设计摘要:针对大棚温度控制系统采用传统控制方法效果不甚理想的问题,提出了在大棚温度控制系统中引入模糊PID控制方法｡该方法能使大棚温度控制系统根据季节交替和时令的变化,实现优化控制,为农作物的生长发育提供合适的温度环境｡并在MATLAB环境下进行计算机仿真控制试验｡结果表明,模糊PID控制方法可以提高大棚控制系统的自适应性和鲁棒性,抑制大惯性产生的温度失调等副作用,获得满意的控制效果｡关键词:计算机仿真;蔬菜大棚;温度控制;鲁棒性TheDesignoftheSyste
2、mofVegetableGreenhouseBasedonFuzzyPIDControlAbstract:Aimingattheproblemoftemperaturecontrolintraditionalgreenhouse,thefuzzyPIDcontrolmenthodwasintroducedinthegreenhousetemperaturecontrolsystem.Thenewcontrolsystemcouldprovidesuitabletemperatureforthegro
3、wthofagriculturalcropsandrealizetheoptimumcontrolaccordingtotheseasonalalterationanddiurnalvariation.ComputersimulatingcontroltestinMATLABenvironmentindicatedthattherobustnessandtheadaptabilityofgreenhousetemperaturecontrolsystemweregreatlyimprovedbyth
4、efuzzyPIDcontrolmethod,andthesideeffectoftemperaturedisorderwasalsoinhibited.Asatisfactorycontroleffectachieved.Keywords:computersimulation;vegetablegreenhouse;temperaturecontrol;robustness现代蔬菜大棚能够人为地改善大棚内农作物的生态环境,为蔬菜等农作物的生长提供最佳生长条件,提高农业土地的产出率和社会经济效益｡但
5、是,由于大棚环境系统自身的复杂性,各种环境因素之间相互耦合,采用常规PID控制方法很难为蔬菜等农作物提供一个最佳的环境温度[1-3]｡近年来,随着人工智能理论的发展日趋成熟,人工智能控制已经成为控制应用领域研究的一个热点,特别是将模糊控制和PID控制两者优点相融合的模糊PID控制(Fuzzy-PID),引起了科技工作者的广泛关注｡Fuzzy-PID控制是一种人工智能控制方法,能提高控制系统精确度和使控制具有较强的自适应性､鲁棒性,同时也提高了系统的灵活性,改善了系统的动､静态性能,从而获得了良好的控
6、制效果[4-6]｡基于此,本文在建立大棚温度控制对象模型的基础上引入Fuzzy-PID控制算法,实现大棚内环境温度的控制｡1大棚温度模糊PID控制器的设计模糊PID控制系统的设计是该控制系统的核心,关系到控制性能的优劣｡大棚温度模糊PID控制系统的设计方法是利用模糊控制算法在线修订PID控制器的3个参数,达到在线寻优控制的效果｡1.1大棚温度模糊PID控制系统的原理模糊PID控制系统以温度偏差和温度偏差变化率作为控制系统的输入,经模糊化处理后,进行模糊决策,为PID控制器的参数选择提供寻优算法｡它的
7、设计思想是把温度偏差e(公式1)和温度偏差的变化率ec(公式2)经过模糊化后输入到模糊控制器中,依据模糊控制规则,在线实时逻辑推理出的三个修正量Δki､Δkp和Δkd实现PID控制器的三个参数ki､kp､kd在线修正,实现对大棚内环境温度实时控制｡一般情况下,针对不同的e和ec,模糊PID控制的3个参数kp､ki､kd自整定应遵循以下原则:1)当
8、e
9、较大时,应取较大的kp和较小的kd(以使系统响应加快),且是ki=0｡2)当
10、e
11、中等时,应取较小的kp(以使系统响应具有较小的超调),适当的ki和k
12、d｡3)当
13、e
14、较小时,应取较大的kp和ki(以使系统具有较好的稳态性能),kd的取值要恰当,以避免在平衡点附近出现震荡｡1.3大棚温度模糊PID系统参数的模糊化依据控制系统的要求,大棚温度模糊PID控制系统中的模糊控制系统采用二输入三输出的形式,以温度偏差和温度偏差变化率作为输入,以校正量Δkp､Δki､Δkd作为输出｡按大棚中农作物生长规律和农业技术人员的控制实践经验,取输入､输出语言变量模糊子集为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},简记为{NB,NM,N
