智能温室模糊控制系统的研究
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摘要
本课题主要针对目前国内的一些温室控制系统自动化程度较低的现状，通过深入分析温室执行机构的相应动作对环境因子的影响，把模糊控制技术、计算机控制技术、PLC控制技术和通信技术应用于温室控制系统的设计研制，开发了智能温室模糊控制系统。
模糊控制作为智能控制领域的一个分支，是基于隶属函数和模糊合成法则等思想，并综合了人们的直觉经验，对于参数波动或检测信号不太精确的复杂非线性多变量系统能实现有效地控制。特别是对于参数波动和负载干扰的影响，具有较强的鲁棒性。
温室环境系统是一个复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动态性能。而根据模糊控制的特点，它不需要建立被控对象的数学模型，适合于非线性、时变、滞后系统的控制，因此对温室环境采用模糊控制是非常合适的。本论文提出了一种基于控制规则的模糊控制设计方案，是应用计算机技术和模糊控制技术实现的一个快速，准确，性能较好的智能温室控制系统，用来完成育苗温室内部温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度等室内参数的检测与控制。本次设计的测控系统硬件部分主要由上位PC和下位可编程序控制器构成，控制软件采用组态王，实现温室内部实时数据的采集，实时数据与历史数据的显示，实时曲线与历史曲线的绘制，实时地控制参数的修改，完成温室内的实时监测与控制。
本论文在吸收了我国传统温室和国外温室控制精华的基础之上，设计了一套通用性强、具有一定智能化、成本低、符合我国国情的温室智能控制系统，实现主要环境因子的综合控制，为作物提供最佳生长环境，缩短育苗周期，实现节能高效的工厂化育苗。
This topic mainly aims at a control system willi lower automation situation which are used greenhouse, by deeply analyzing green house executing equipment cause the influence for environment factor. Applying fuzzy control, computer control technology, PLC control technology and communication technology to design and research the control system of greenhouse, and developing a intelligence fuzzy control system of greenhouse.
As a embranchment in the control field, fuzzy control based on membership function and fuzzy composing principle, moreover, add the people's intuition. Fuzzy control can effectively control the non-linear , complicated and multi- variable system whose parameter are fluctuant and signals aren't accurate. Especially, fuzzy control has high robustness for the parameter's fluctuation and the load's disturbance.
The system of the greenhouse condition is a big system, it's difficult to set up a mathematic model. Using normal control method hardly get a satisfied dynamic and static performance. Considering the characteristic of the fuzzy control, it needn't build the mathematic model of the controlled object, thus, it is possible to control the system that is non-linear, time variety and lag system. It is reasonable to adopt fuzzy control method to control greenhouse's condition. This thesis provides a designing scheme of the fuzzy control, and use computer technology and fuzzy control to get a intelligence system that is fast, exact and good performance. This system can test and control temperature, wet, carbon dioxide thickness and illumination intension. This system composes of PC and PLC, controlling software is Kingvievv. The software can achieve data collection inside, real-time data and history data can be displayed, real-lime curve and history curve can be pictured, real-time modified the controlled parameter, by the follow up to achieve real-time monitor and control in the greenhouse.
This thesis absorbs the pith of traditional greenhouse whatever domestic and overseas, in this
foundation, I design a general, intelligence and lower cost system which accords with the situation of our country. This system mainly controls environment factor and provides a optimization condition for the crop, reducing grows seedlings the cycle and realizing energy conservation highly effective grows seedlings.
模糊控制作为智能控制领域的一个分支，是基于隶属函数和模糊合成法则等思想，并综合了人们的直觉经验，对于参数波动或检测信号不太精确的复杂非线性多变量系统能实现有效地控制。特别是对于参数波动和负载干扰的影响，具有较强的鲁棒性。
温室环境系统是一个复杂大系统，难以建立系统的数学模型，采用常规的控制方法难以获得满意的静、动态性能。而根据模糊控制的特点，它不需要建立被控对象的数学模型，适合于非线性、时变、滞后系统的控制，因此对温室环境采用模糊控制是非常合适的。本论文提出了一种基于控制规则的模糊控制设计方案，是应用计算机技术和模糊控制技术实现的一个快速，准确，性能较好的智能温室控制系统，用来完成育苗温室内部温度、湿度、二氧化碳浓度、光照度等室内参数的检测与控制。本次设计的测控系统硬件部分主要由上位PC和下位可编程序控制器构成，控制软件采用组态王，实现温室内部实时数据的采集，实时数据与历史数据的显示，实时曲线与历史曲线的绘制，实时地控制参数的修改，完成温室内的实时监测与控制。
本论文在吸收了我国传统温室和国外温室控制精华的基础之上，设计了一套通用性强、具有一定智能化、成本低、符合我国国情的温室智能控制系统，实现主要环境因子的综合控制，为作物提供最佳生长环境，缩短育苗周期，实现节能高效的工厂化育苗。
This topic mainly aims at a control system willi lower automation situation which are used greenhouse, by deeply analyzing green house executing equipment cause the influence for environment factor. Applying fuzzy control, computer control technology, PLC control technology and communication technology to design and research the control system of greenhouse, and developing a intelligence fuzzy control system of greenhouse.
As a embranchment in the control field, fuzzy control based on membership function and fuzzy composing principle, moreover, add the people's intuition. Fuzzy control can effectively control the non-linear , complicated and multi- variable system whose parameter are fluctuant and signals aren't accurate. Especially, fuzzy control has high robustness for the parameter's fluctuation and the load's disturbance.
The system of the greenhouse condition is a big system, it's difficult to set up a mathematic model. Using normal control method hardly get a satisfied dynamic and static performance. Considering the characteristic of the fuzzy control, it needn't build the mathematic model of the controlled object, thus, it is possible to control the system that is non-linear, time variety and lag system. It is reasonable to adopt fuzzy control method to control greenhouse's condition. This thesis provides a designing scheme of the fuzzy control, and use computer technology and fuzzy control to get a intelligence system that is fast, exact and good performance. This system can test and control temperature, wet, carbon dioxide thickness and illumination intension. This system composes of PC and PLC, controlling software is Kingvievv. The software can achieve data collection inside, real-time data and history data can be displayed, real-lime curve and history curve can be pictured, real-time modified the controlled parameter, by the follow up to achieve real-time monitor and control in the greenhouse.
This thesis absorbs the pith of traditional greenhouse whatever domestic and overseas, in this
foundation, I design a general, intelligence and lower cost system which accords with the situation of our country. This system mainly controls environment factor and provides a optimization condition for the crop, reducing grows seedlings the cycle and realizing energy conservation highly effective grows seedlings.
引文
[1] 王耀难．智能控制系统．湖南大学出版社，1996．217～261
[2] 王璇．基于组态王的油品罐区监视系统设计．武汉理工大学学报·信息与管理工程版，2001年9月；第3期第23卷
[3] 陶永华，尹怡欣，葛芦生．新型PID控制及其应用．机械工业出版社，1998．170～180
[4] 丛爽．面向MATLAB工具箱的神经网络理论与应用．中国科学技术大学出版社，1998．156～174
[5] 雷建和等．Visual Basic环境中PLC和上位机的通信实现测控技术2000(5)：15～17
[6] 王之仪．家庭温室．北京出版社，1998
[7] 王惠永．我国设施园艺生产概况．农业工程学报．1995，11(增)：120～125
[8] 潘强，黄之栋，马承伟等．华北型连栋塑料温室节能对策与实践[J]．农业工程学报，1999，15(2)：155—158
[9] 张真和．高效节能型日光温室的开发进展及问题讨论[J]．中国蔬菜，1992(5)：1～3，13
[10] 张曾科．模糊数学在自动化技术中的应用[M]．清华大学出版社，1997
[11] 颜成贵．单片机在小型水电站计算机监控系统中的应用研究．西北农林科技大学2000年硕士研究生学位论文
[12] 刘钢等．Win95环境下测控软件中端口读写的快速实现．测控技术，2000(3)：36～37
[13] 窦振中．模糊逻辑控制技术及应用[M]．航空航天大学出版社，1995
[14] 南京林产工业学院．木材干燥[M]．中国林业出版社，1998
[15] 蒋方炎．PLC在工业集散控制系统中的应用．电子计算机与外部设备，2000(3)：43～45
[16] 何立民MCS-51系列单片机应用系统设计——系统配置与接口技术．北京航空航天大学出版社，1991
[17] 毛楠，孙瑛．电子电路抗干扰实用技术．北京国防工业出版社，1996
[18] 汪晓光．应用国产组态软件包——组态王开发立体仓库仿真系统．电子技术应用，1995，5
[19] 晏勇等．模糊控制．计算机自动测量与控制，1999(9)
[20] 肖津．“组态2E'’在微胶联聚合物配置站人机接口设计中的应用．电子技术应用，1998，4
[21] 杨长能，张兴毅．可编程序控制器(PC)基础及应用[M]．重庆大学出版社
[22] 胡武等．计算机监控软件中实时数据库的研制测控技术2000(2)：21～23
[23] 李少远等．智能控制的新进展(Ⅱ)控制与决策2002(2)：136～140
[24] 陈友．高寒地区日光节能温室特点及发展趋势[J]北方园艺，1998
[25] 吴毅明，徐师华．温室塑料棚环境管理[M]．北京农业出版社，1990
[26] 童军．PLC在中频感应加热设备中的应用．煤矿自动化，1999(4)
[27] 陈万隆，沈觉成等．小气候与农田小气候[M]．北京农业出版社，1981
[28] 王凌峰等．工业测控软件中报警系统的设计与实现．测控技术，2000(2)：17～20
[29] 李淑琴，张立令，陆杰．日光温室蔬菜生理障害与病虫害防治．中国农业出版社，1996，28
[30] 王世研，刘辉．农业专家系统与模拟模型．计算机农业应用，1991，(12)：1～8
[31] 高梅娟．恒压供水自动控制系统的设计．测控技术与设备，2001年，第2期第27卷
[32] 柴毅，黄席钺．基于农作物生长特征的作物栽培专家系统．系统识别与人工智能，1999，12：56～60
[33] 景林．可编程序控制器网络在纤维板生产中应用研究．福建林学院学报，2000：20(3)
[34] 陈端生．中国节能型日光温室建筑与环境研究进展[J]．农业工程学报，1994，10(1)：123～128
[35] 聂和民．三折式温室的结构特点及性能分析[J]．中国蔬菜，1987，3：19～22
[36] 鲍雅萍．PLC及动态画面监控系统在小方坯连铸机上的应用．新技术新工艺，1999(2)：9～10
[37] 李萍萍，毛罕平等．智能温室综合环境因子控制的技术效果及合理的参数研究．农业工程学报，1998，14(3)：197～201
[38] 鲍新福等．模糊电子技术．上海科技教育出版社，1995，40—69
[39] 李卫中，曹顺安，李红霞．组态王在微机监控系统中的一个应用实例．工业控制计算机，2001年；第4期14卷
[40] 邱公伟主编．实时控制与智能仪表多微机系统的通信技术．清华大学出版社，1996，151～208
[41] 马国华．监控组态软件及其应用．第一版，北京：清华大学出版社，2001年
[42] 吴得让，李元哲，于竹．日光温室地下热交换系统的实验和优化设计．农业工程学报，1991，10(1)：144～148
[43] 李元哲，吴得让，于竹．日光温室微气候的模拟与实验研究．农业工程学报，1994，10(1)：130—135
[44] 李国景等．不同形式塑料大棚内冬季温湿度研究．浙江农业学报，1998(1)：36—39
[45] 孙旭霞，李生民，张维娜．工业自动化通用组态软件——“组态王”的功能分析及应用．仪器仪表用户，2001年；第4期
[46] 张志斌．荷兰温室产业及发展我国设施园艺的建议(上)．设施园艺，1999(8)
[47] Chuen Chien Lee. Fuzzy Logic in control systems: Fuzzy Logic Controller-Part 1. IEEE Trans, on Systems, Man, and Cybernetics 1999(5):76～79
[48] Sim on A Beaulah, Zaid S Chalabi. A real-time know-ledge-based system for intelligent monitoring in complex, sensor-rich environments. Computers and Electronics in Agriculture, 1998(21):53～68
[49] Bouman,BAM, n van Keulen, HH van Laar, and R. Rabbinge. The "School of de Wit" crop growth simulation models: a pedigree and historical overview. Agricultural
Systems, 1996,52:171-198
[50] Mckinion J M, Will mitzer L, Anderson J, etal. Application of the GOSSYM/COMAX system to cotton crop management. Agricultura Systems. 1989,223:29～33
[51] De Wit CT. Photosynthesis of leaf canopies. Agricultural. Res. Reports Wageningen, 1965,663:1～15
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[53] Critten DL. A review of the light transmission into greenhouse crops. Acta Horticulturae, 1993,328:9～13
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