论文题目: 温室气候环境微机测控系统与控制方法的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 农业电气化与自动化
作者: 余朝刚
导师: 应义斌,王剑平
关键词: 温室,积温,系统,模糊控制,控制,多态组合控制
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 现代化温室是实现作物优质高效生产的重要设施。计算机控制是现代化温室的关键技术之一。尽管国内国外已经在温室计算机控制这一领域作了大量的研究,然而温室环境控制是一项十分复杂的工程,有人称之为“无止境的挑战”,依然有十分丰富的内容有待探索。本课题根据浙江省重大农业科技攻关项目“设施园艺实用智能温室研究与开发(No.021102542)”的研究目标,依据浙江省的气候特征和生产实际设计了温室计算机控制系统,并且对温室气候环境的控制策略、气候环境信息采集方法等进行了研究。主要研究内容和研究结果包括: (1) 温室神经网络模型和PID控制研究。因为温室容易受到室外气候的影响,建立精确数学模型存在困难。RBF神经网络结构简单,而且在逼近能力及训练速度方面都有良好的性能,因而利用从浙江大学植物实验中心的智能温室里采集的数据,建立了径向基(RBF)神经网络温室室内温度预测模型。试验结果表明,该模型的预测结果良好,均方差为0.0073。为了节省能源,精确控制温室室内温度,研究了热水加温温室的带前馈的比例积分控制方法。该方法以实测温室室内温度和设定的目标温度之间的差值为基础,结合室外温度、光照、风速等计算热水管道温度。还将遗传算法与温室神经网络模型结合起来优化带前馈的比例积分控制方法中的有关参数。结果表明:以径向基函数人工神经网络为基础来整定带前馈PI控制中使用的参数,能够提高工作效率。以目标温度和室内温度的均方根最小为评价函数,使用基本遗传算法和神经网络模型,能实现PI控制参数的自适应调整。 (2) 温室模糊控制方法的研究。为了克服PID控制的缺陷,提出使用模糊算法控制温室加热管道温度及通风窗打开的角度,将室内温度控制在开窗温度和加热温度之间。通过仿真研究,结果表明利用模糊算法控制温室温度,具有控制精度高、超调小和鲁棒性好等特点。 (3) 根据植物的积温特性,研究了积温控制思想,并提出了具体控制方法。在温室能量平衡方程的基础上研究了温室耗能的计算方法,并用于评价积温控制。基本思想是:在白天有利环境下提高室内温度,增加植物的积温;由于白天积温高,夜间加热温度则可以设置得低一些,这样夜间能量消耗减少。如果连续外界条件不利,则可以将积温控制在低水平,等到室外气候变好时,再提高室内温度,用这种后发补偿机制节约能源。 (4) 温室电气系统设计。根据浙江省重大农业科技攻关项目“设施园艺实用智能温室研究与开发(No.021102542)”的研究要求,设计了示范温室的电气系统。该电气系统使调控设施完备的示范温室实现完全自动化控制。电气设备由计算机控制、计算机控制系统由下位机、上位机、室外气象站、室内温湿度传感器、二氧化碳传感器构
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪言
1．1 国内外温室控制技术的研究进展
1．2 发达国家温室产业的现状
1．3 国内温室的发展及存在的问题
1．4 课题的主要内容
1．4．1 课题来源
1．4．2 研究内容
1．5 本章小结
第二章 温室神经网络模型及温度的比例积分微分控制算法研究
2．1 温室的神经网络模型
2．1．1 网络结构
2．1．2 学习算法
2．1．3 温室预测模型
2．2 用神经网络模型整定温室控制参数
2．2．1 比例积分微分控制
2．2．2 带前馈的PI控制方法
2．2．3 控制参数的整定
2．3 基本遗传算法自动整定参数
2．3．1 基本遗传算法的原理
2．3．2 带前馈 PI控制参数遗传算法整定在 MATLAB下的实现
2．4 本章小结
第三章 温室温度模糊控制算法研究
3．1 引言
3．2 模糊控制器设计的一般过程
3．3 温室温度的模糊控制过程
3．3．1 模糊控制器的设计
3．3．2 模糊集及论域的定义
3．3．3 混合阀模糊控制规则设计
3．3．4 模糊推理及反模糊化
3．3．5 控制模糊算法在一阶模型的仿真
3．4 模糊自适应整定 PID控制参数
3．4．1 自适应模糊控制器结构
3．4．2 自适应模糊控制规则
3．4．3 PID参数的校正过程
3．4．4 自适应控制结果
3．5 本章小结
第四章 能量平衡方程与积温控制策略的研究
4．1 引言
4．2 温室能量平衡模型
4．3 积温控制方法分析
4．3．1 积温控制方法
4．3．2 通过平衡方程分析积温控制方法
4．4 本章小结
第五章 温室气候环境控制硬件系统的设计、研制和调试
5．1 引言
5．2 电气系统的总体结构
5．3 控制柜
5．3．1 控制柜负载
5．3．2 正反转设备控制原理
5．3．3 开/关设备的控制原理
5．3．4 控制电路的电源控制
5．4 PLC控制器
5．5 传感器原理及组成
5．5．1 二氧化碳传感器原理
5．5．2 室外气象站
5．5．3 温度、湿度、光照度变送器原理
5．6 控制系统的改进
5．7 本章小结
第六章 温室气候计算机控制系统“多态组合控制策略”研究
6．1 “多态组合控制策略”思想
6．2 温度、湿度参考值的设定
6．2．1 温度的生物学效应
6．2．2 空气湿度对植物生长发育的影响
6．2．3 温度、湿度参考值的设定方法
6．3 自然通风控制策略
6．4 一级强制通风和二级强制通风策略
6．5 加热保温控制策略
6．6 光照控制策略
6．6．1 光照的生物学效应
6．6．2 补光灯控制策略
6．6．3 补光灯控制的实现
6．6．4 遮阳控制策略
6．6．5 帘幕控制的实现
6．7 二氧化碳施肥状态控制策略
6．7．1 CO_2施肥的生物学效应
6．7．2 CO_2施肥控制策略
6．7．3 CO_2钢瓶控制的实现
6．8 硫磺熏蒸控制策略
6．9 本章小结
第七章 温室气候环境控制程序开发与调试
7．1 编程环境
7．2 软件概述
7．3 上位机软件编写
7．3．1 用户窗口
7．3．2 配方的运用
7．3．3 运行策略
7．3．4 设备窗口
7．4 下位机软件编写
7．4．1 变量规划
7．4．2 程序结构
7．5 系统测试
7．6 本章小结
第八章 总结与展望
8．1 主要完成的工作
8．2 创新点
8．3 今后研究工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的主要论文及作品
发布时间: 2005-07-15
相关论文
- [1].温室环境控制混合系统建模与分析[D]. 林东亮.上海大学2010
- [2].番茄生长模型及日光温室小气候建模的研究[D]. 马丽丽.沈阳农业大学2009
- [3].温室环境测控系统的适用性研究与实现[D]. 张潜.浙江大学2009
- [4].温室小气候模型的建立及其控制策略研究[D]. 邹秋滢.沈阳农业大学2010
- [5].中国温室气候区划及连栋温室采暖气象参数的研究[D]. 张亚红.中国农业大学2003
- [6].南方现代化温室小气候模拟及其能耗预测研究[D]. 汪小旵.南京农业大学2003
- [7].日光温室的热环境数学模拟及其结构优化[D]. 李小芳.中国农业大学2005
- [8].基于模型的温室加温控制目标设定系统的研究[D]. 戴剑锋.南京农业大学2006