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1、 . . . 基于MATLAB 的多输入多输出智能解耦系统仿真摘 要随着人类社会的飞快发展与进步,农业的科学技术也在跟着不断的前进,现代化农业越来越趋向于农业的自动化管理。研究温室环境的自动化控制系统,尤其是网络化的自动化现代农业的智能控制管理是现在和未来所必须研究的,也是未来很有潜力的研究方向。在温室环境的控制系统中,对温室里面的各个环境因子的控制将直接影响到农作物的生长和发育,其中温度和湿度的测控向来都是温室环境因子研究中的重中之重。此次研究的课题运用到了许多学科的新理论、新技术,本系统用的是智能控制中的模糊控制技术,针对很长时间以来温室中的温度和湿度存在很强的耦合关系和温室温湿度变化情况
2、对监控系统的反馈等问题提出了不错的解决方案,提供了一种新的方法来解决系统控制不够精准、能源消耗比较高、经济效益不理想等问题,同时也可以解决好时变性、大滞后和耦合性这些繁琐的系统控制问题,可以有效的对温度和湿度存在的强耦合进行智能解耦。关键词：湿度,模糊控制,智能解耦,MATLABMATLAB Based Multi-Input Multi-Output Intelligent Decoupling System SimulationABSTRACTWith the continuous progress of human society and the rapid development of
3、 agricultural technology, agricultural facilities modernization of agriculture is undoubtedly an important symbol. Greenhouse environmental control system, in particular the network, based on modern agriculture control management automatic control technology, it is necessary and development potentia
4、l. In the greenhouse environment control system, control of environmental factors in the greenhouse crops directly affect growth and development, including the detection and control of temperature and humidity monitoring greenhouse has been the focus of the study of environmental factors. The integr
5、ated use of new knowledge topic multidisciplinary, new results, the system uses intelligent control fuzzy control technology, has long been the strong coupling of temperature and humidity in the greenhouse effect and greenhouse temperature and humidity changes in the monitoring system of feedback an
6、d other issues made a very good the solution for system control precision is not high, relatively high energy consumption, poor economic returns and other such difficult issues opened up a new route, it is able to handle complex system degeneration, big lag and disaster together, etc. control proble
7、ms, can effectively decoupled between temperature and humidity.KEY WORDS：Humidity,Fuzzy Control,Intelligent Decoupling,MATLAB / 目录前言1第1章绪论21.1 课题研究的目的和意义21.2 国外研究现状和发展趋势4第2章系统总体设计62.1 控制系统的设计要求62.2 设计目标62.3 解耦系统的组成及解耦原理7第3章解耦方法的选择93.1 系统环境因子的研究93.1.1 温度对作物的影响93.1.2 湿度对作物的影响103.1.3 温度和湿度的耦合关系113.2 解耦
8、方法的选择123.2.1 对角矩阵法123.2.2 单位矩阵法123.2.3 前馈解耦法123.2.4 模糊解耦法及其优越性13第4章模糊控制系统的设计144.1 模糊控制系统方案144.2 模糊逻辑控制器设计174.2.1测量信息的模糊化184.2.2 模糊控制规则214.2.3 模糊推理224.2.3 反模糊化22第5章系统仿真与调试245.1 系统仿真模型的建立245.1.1 Simulink仿真环境简介245.1.2 Simulink仿真模型组成245.1.3Simulink仿真的基本过程255.2 仿真调试295.3 仿真结果分析29结论31辞32参考文献33外文资料翻译34前言在智
9、能温室控制系统中,温室里面的各种环境因素都是能够直接影响到农作物的生长和发育。在众多的环境因子中,能够对农作物起到明显的影响效果的就是温度和湿度的变化。不过,这样的复杂系统往往有着非线性、多变量、时变、大时滞这些特点,实际应用设计的时候建立它的很精确的模型是一件困难的事情,并且鲁棒性和自适应性都很弱。这些年来,采用模糊控制算法来解决这种复杂的控制系统的问题有了很大进步的实践。常见的温湿度控制器是把温度和湿度分开来进行监控的,但是真实的环境中温度和湿度这两种环境因子存在较强的耦合关系,对其中一个环境因子控制就会直接干扰另外一个因子的变化。研本课题的研究可以学习多变量系统的特点,系统的运动和平衡的
10、变量之间的关系,并了解多变量系统的部结构,同时能够了解模糊控制理论,用MATLAB实现多变量系统智能解耦控制。第1章 绪 论1.1 课题研究的目的和意义我国是一个拥有众多人口但是人均资源却相当匮乏的国家,据最新统计我国每人平均的耕地面积还达不到全球平均水平的三分之一,人均水资源拥有量也不到全球平均水平的四分之一,并且这些资源分布也不均衡。并且,由于目前我国的人口比较多,所以今后的一段时间我国的人口数量还会有一定的增加。面临这种严峻的资源形势,要满足大众的最根本的生活问题,首先一定要改变农业的生产方式,因为目前我国的农业仍然是浪费国家土地资源和水资源最严重的。因此,针对以往粗放型的农业生产方式加
11、以改进,从而来减少浪费资源甚至达到不浪费,在有限资源环境的前提下,依靠科学技术的不断发展,来实现农作物的高产,生产的高效。就当前世界农业的发展形势来看,设施农业必定会成为农业现代化的一个重要标志。所谓设施农业,就是依据先进的农业设施,改造农作物、水产品、禽畜等的生活环境,抵挡外界的不良环境,增加对农作物作业的时间,从而使得农作物、水产品、畜禽等在更好的环境中使得产量和质量得到进一步提高。国家运用了很多方法来加快农业现代化的步伐,尤其是国家科委提出了工厂化高效农业这一具有时代标志的伟大工程,对我国农业的未来发展提供了一个很好的基础,在高效的农业科技生产项目中,其中一个重要的部分就是建立自动化水平
12、比较高的温室。先进的现代化温室来源于发达的科学知识和技术,运用持续的生产管理方式,高效率的最大化生产各种水果、蔬菜、花卉等农作物,其核心技术是机械化,环境控制,自动生产。环境控制工程作为提高农业产量和质量的一种方法,成为了现代化农业的一个先进标志。但由于温室较高的温度和湿度这种不好的工作环境以及追求高效率、精准的作业,仅仅依靠人工来对这些环境进行监控是不太现实的。采用计算机进行温室环境的自动监测控制和管理来代替人工是目前发展形势。研究合理高效的温室环境的控制方法可以提高土地和其它资源的利用率,通过对温室环境的准确的测量和控制,来减少温室环境的投入资源。在温室环境监这样的检测和控制控系统中,作物
13、的生长速度与发育情况跟温室中的各个环境因子的控制有着直接的联系,所以对环境因子进行很优良的控制是一件非常必要并且很重要的一件事情。温室中存在着的各个环境因子都能对温室中的作物产生不一样的影响,比如温室光照度、CO浓度、温度、湿度、营养液导电率,营养液酸碱度、土壤温度以及土壤湿度等,不仅温室的环境因子能对作物产生影响,就连温室外的环境因子也能影响到作物的发育,比如温室外的风力、风向以及雨雪等,由于传感器技术的不断进步,实现对作物的一些特有指标和生理功能的监控已经可以变成现实了,就算模拟温室作物的一些生长过程以及发育情况也是可以做到的。这些类型有所不一样,性质也比较复杂的变量就是温室监测控制系统要
14、重点处理的对象,以往的普通传感器是没有办法测量出这一些复杂的变量的精准的数据的,要求要有功能不一样的传感器来当做监测的工具选择正确的合适的传感器就可以实现对不同的变量进行精准的测量了。温度和湿度是这么多的环境因子中最基本的,它们对作物的影响也是最明显的,对温湿度的检测和控制向来都是温室环境因子监控中的重点,可是一直都没有完全解决下面的两个大难题,第一个就是温室中的温度和湿度不是相互独立的环境因子而是存在一定关系的,温度上升的话湿度就会有所减小,同样湿度增加的话温度就会降低即它们之间存在着一定的耦合作用,如果仅仅是控制两者其中的一个是不可能得到精确的结果的,第二个问题就是,以往在研究过程中,往往
15、不会考虑执行机构得到数据后开始执行后,温室中的环境又发生了变化,这些变化又反馈给了监控系统。上面的这两个问题的一直存在,这样会让控制机构执行起来有些过度,进而温室的能量消耗会不断增大。单因子控制以及多因子综合控制这两种方法是目前温室温湿度控制的主要方法。单因子控制是相对于多因子控制来说控制起来比较简单,它只是控制所有因素中的一个因子,而不考虑其他因子的影响和变化。当其在控制温度这个因子时,在进行控制时只对温度这一个因子进行调节控制,其它因子的变化已经对整个温室的影响并不给于考虑,这种方法的适用性比较差。因为在实际的温室中几乎所有的环境因子之间都存在着一定的或多或少的联系,一个因素变化了,其它因素也会跟着做出一定的变化,牵一发而动全身。多因子综合控制也可以叫做复合控制,能多多少少解决单因子控制存在的不足,此种控制方法依据作物对不同环境因子之间的影响联系,如果其中一个因子改变了,其它因子也会跟着做出相应的变化,由于这种方法能更好的结合众多的环境因子的变化,所以未来的温室技术的发展也会偏向于这种控制方法。由于常见的控制系统都运用单级控制这种方式,这样的系统还是可以满足一些规模比较小的、普通的、对控制精准对要求不是那么高的温室系统,但是随着时代的不断发展与进步,温室向着越来越大型,系统越来越复杂,要对也越来越高的方向发展,很明显这种比较单纯的控制方式是无法满足时代的需要的。所
