基于人工氣候室的溫濕度控制
加入技術(shù)交流群
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)也具備調溫、調濕、調CO2、調光照功能的大型實(shí)驗設備，是生物、遺傳、醫學(xué)、農林業(yè)等生產(chǎn)和科研部門(mén)的理想實(shí)驗設備，廣泛應用于植物的發(fā)芽、育苗、組織細胞和微生物的培養等。它主要由主控制柜、溫濕度控制設備、CO2濃度控制設備及光照強度控制設備等組成。
在內蒙古大學(xué)生物學(xué)院人工氣候室控制系統性能要求中，對溫度的控制要求最高，要求控制精度在±1℃，其次是對濕度的控制要求，控制精度要求在±5～±10％。同時(shí)，為了模擬植物生長(cháng)環(huán)境的周期性特點(diǎn)，系統設有分時(shí)段運行控制，不同時(shí)段的溫濕度設定值不同。因此，人工氣候室溫濕度控制的主要難點(diǎn)有：
1)溫濕度控制對象的非線(xiàn)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)段運行結束跳轉至下一時(shí)段運行時(shí)，系統溫濕度瞬時(shí)誤差可能很大，對控制造成很大困擾；
4)對光照、CO2進(jìn)行控制時(shí)的內部干擾和系統本身的外部環(huán)境干擾嚴重。
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適應性強，同時(shí)響應速度快。根據以上理論同時(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)相對于溫度變化對濕度的影響，濕度變化對溫度的影響可忽略，因此先對溫度進(jìn)行控制，直到溫度控制滿(mǎn)足系統要求再對濕度進(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，用模糊控制對濕度進(jìn)行控制既可以滿(mǎn)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)復用的方法對溫度進(jìn)行控制。用模糊控制的快速適應性實(shí)現平滑快速的控制，用模糊PID控制實(shí)現強抗干擾性的精確控制。
2 控制器設計
2．1 濕度模糊控制器
模糊控制是建立在模糊數學(xué)的基礎上，模仿人的思維方式，總結人的操作經(jīng)驗，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)計算機或專(zhuān)用模塊實(shí)現這些規則，完成控制作用。模糊控制的一個(gè)優(yōu)越性在于它不依賴(lài)被控對象的精確數學(xué)模型，因此，在工業(yè)過(guò)程中，對于那些無(wú)法獲得數學(xué)模型或模型粗糙復雜的、非線(xiàn)性的、時(shí)變的或是耦合十分嚴重的系統，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，輸出為濕度控制執行器加濕器的開(kāi)和關(guān)狀態(tài)。根據系統實(shí)際運行環(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％]。
評論