基于人工氣候室的溫濕度控制
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1 控制方案
人工氣候室是具有恒溫、恒濕、恒CO2、恒光照功能，同時(shí)也具備調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)CO2、調(diào)光照功能的大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是生物、遺傳、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林業(yè)等生產(chǎn)和科研部門的理想實(shí)驗(yàn)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于植物的發(fā)芽、育苗、組織細(xì)胞和微生物的培養(yǎng)等。它主要由主控制柜、溫濕度控制設(shè)備、CO2濃度控制設(shè)備及光照強(qiáng)度控制設(shè)備等組成。
在內(nèi)蒙古大學(xué)生物學(xué)院人工氣候室控制系統(tǒng)性能要求中，對(duì)溫度的控制要求最高，要求控制精度在±1℃，其次是對(duì)濕度的控制要求，控制精度要求在±5～±10％。同時(shí)，為了模擬植物生長(zhǎng)環(huán)境的周期性特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)有分時(shí)段運(yùn)行控制，不同時(shí)段的溫濕度設(shè)定值不同。因此，人工氣候室溫濕度控制的主要難點(diǎn)有：
1)溫濕度控制對(duì)象的非線性時(shí)變性、大滯后性等；
2)溫度濕度的耦合性；
3)在由一個(gè)時(shí)段運(yùn)行結(jié)束跳轉(zhuǎn)至下一時(shí)段運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)溫濕度瞬時(shí)誤差可能很大，對(duì)控制造成很大困擾；
4)對(duì)光照、CO2進(jìn)行控制時(shí)的內(nèi)部干擾和系統(tǒng)本身的外部環(huán)境干擾嚴(yán)重。
由理論可知，PID控制能夠做到無(wú)靜差控制，模糊控制抗干擾能力強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)響應(yīng)速度快。根據(jù)以上理論同時(shí)綜合考慮該人工氣候室溫濕度控制的難點(diǎn)，提出以下控制方案如圖1所示，即：
1)相對(duì)于溫度變化對(duì)濕度的影響，濕度變化對(duì)溫度的影響可忽略，因此先對(duì)溫度進(jìn)行控制，直到溫度控制滿足系統(tǒng)要求再對(duì)濕度進(jìn)行控制，解決溫濕度耦合問(wèn)題；
2)濕度控制精度要求不高，但需要克服多種干擾，因此，用模糊控制對(duì)濕度進(jìn)行控制既可以滿足要求；
3)溫度控制除了涉及精度、干擾等問(wèn)題，同時(shí)還有時(shí)段跳轉(zhuǎn)時(shí)的平滑快速控制問(wèn)題，因此用模糊控制與模糊PID控制分時(shí)復(fù)用的方法對(duì)溫度進(jìn)行控制。用模糊控制的快速適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)平滑快速的控制，用模糊PID控制實(shí)現(xiàn)強(qiáng)抗干擾性的精確控制。
2 控制器設(shè)計(jì)
2．1 濕度模糊控制器
模糊控制是建立在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，模仿人的思維方式，總結(jié)人的操作經(jīng)驗(yàn)，并用模糊語(yǔ)言和一系列的模糊條件語(yǔ)句，描述控制策略；然后通過(guò)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ媚K實(shí)現(xiàn)這些規(guī)則，完成控制作用。模糊控制的一個(gè)優(yōu)越性在于它不依賴被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，因此，在工業(yè)過(guò)程中，對(duì)于那些無(wú)法獲得數(shù)學(xué)模型或模型粗糙復(fù)雜的、非線性的、時(shí)變的或是耦合十分嚴(yán)重的系統(tǒng)，模糊控制非常適合。就二維模糊控制，其原理圖如圖2所示。
濕度模糊控制器的輸入為濕度誤差eh和濕度誤差變化率ehc，輸出為濕度控制執(zhí)行器加濕器的開(kāi)和關(guān)狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境可知，濕度誤差eh和濕度誤差變化率ehc的實(shí)際論域均為[-30％，30％]。
評(píng)論