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随着我国经济的发展,农业生产正逐渐由传统农业向现代化农业转变,设施农业是现代化农业的具体体现,是一个国家农业发展水平的重要标志,是高产、优质、高效农业的必然要求。因此,温室生产产业作为设施农业生产的一项重要内容,越来越引起人们的普遍关注。随着我国国民经济和科学技术的发展,我国农业也逐步向现代化农业迈进,温室面积增长速度很快。八九十年代中,我国先后从荷兰、日本、美国、保加利亚等国引进了大型连栋温室。然而,从目前温室的发展情况看,我国温室虽然在面积上有了较快数量上的增长,但是温室的生产管理技术以及自动化水平和国外的先进技术相比还存在较大的差距。大部分控制水平比较低,有的还需要人工控制,这些因素极大地制约了温室经济效益的发挥。改变传统的控制方式,实现计算机监控,建立符合我国国情的温室自动化系统,对提高我国温室生产的现代化水平及温室的经济效益均具有重要意义。
本文主要对温室生态环境中温度模型的建立、温室温度的自适应控制、温室控制系统软件的编制以及系统硬件电路的实现等方面做了具体的研究。
首先以控制理论为脉络,对现有的一些研究成果进行了总结、归纳和系统化,并结合作者自己的观点,评述了经典控制理论和现代控制理论在温室生态环境建模与控制中的应用。
由于温室是一个具有时变性、非线性、分布参数特性、大滞后、多变量耦合的系统,很难建立温室系统的统一模型。本文根据实验要求,建立了温室内温度因子的参数模型。首先用阶跃响应法建立温室的实验模型,得知温室温度因子的模型为带纯滞后的一阶线性系统。同时,根据系统的时变特性,采用加权递推的最小二乘辨识法估计温室温度模型的参数以提高模型的准确性,改善温度控制的性能。
自校正PID控制器是自校正控制思想与常规PID调节器有机结合的产物,它具有传统PID控制的优点,而且引入了自适应控制技术能够在线调整控制器的参数。自校正PID调节器需要整定的参数少,而且能在线调整这些参数从而增强控制器的自适应能力。将自校正PID调节器应用到温室温度控制中,可以减少温室参数时变的影响,而且对于未建模部分的动态过程不敏感。为了改善温室温度控制的效果,提高控制精度,增强系统的自适应能力,本文采用两种方法-极点配置自校正PID控制和广义最小方差自校正PID控制,分别对温室温度控制进行了研究,并根据本文所建立的参数模型进行了仿真。
再次,本文针对华南理工大学电力学院新能源研究中心的温室,设计了全计算机控制的自动控制系统。
最后,基于以上理论研究的基础,给出了温室温度控制实验系统的硬件实现电路设计,并且采用VisualBasic6.0编制了温室系统温度控制软件,对文中所提到的极点配置自校正PID控制算法和广义最小方差自校正PID控制算法进行了验证,给出了实验结果。
本文为温室温度的自校正PID控制算法的研究做了一些尝试性研究工作。研究工作得到了广东省自然科学基金(04020011)的资助。