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果蔬温室温湿度逆模型解耦控制系统研究

果蔬温室温湿度逆模型解耦控制系统研究

作者：李明泽黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

我国是果蔬种植大国,果蔬种植主要通过温室大棚进行生产,温室大棚环境因子的合理精准控制对提高果蔬产量,增强果实质量,减少植株发病死亡具有极为重要的作用。通过研究发现温、湿度之间存在严重耦合,且温室环境中温、湿度变化同时存在... 详细信息

我国是果蔬种植大国,果蔬种植主要通过温室大棚进行生产,温室大棚环境因子的合理精准控制对提高果蔬产量,增强果实质量,减少植株发病死亡具有极为重要的作用。通过研究发现温、湿度之间存在严重耦合,且温室环境中温、湿度变化同时存在较大的滞后性,对于温、湿度单独控制产生了一定困难,因此为了提高温、湿度的控制精准度,减小其之间相互作用,提出了一种逆模型解耦控制策略来实现果蔬温室中温湿度的线性化解耦控制,提高控制精度。本项研究基于机器学习与BP神经网络为基础,结合逆模型解耦控制原理,对温湿度环境模型逆向辨识。由此,获得了更加精准的逆模型,同时将传统模糊PID与变论域模糊PID对比分析,与逆模型构建逆复合控制系统,对温室环境原系统温湿度进行解耦控制,从而提高控制精度和减小响应时间。根据实际果蔬温室环境控制设计控制策略,通过试验证明了实际温室环境中温湿度解耦控制的有效性,研究的主要内容如下:(1)对于研究对象的环境数据进行采集,采集温度,湿度,加热水管的温度,除湿风机风速,光照强度等数据并结合日光温室数据整合,数据处理。(2)通过BP神经网络与最小二乘支持向量机对原系统进行逆向辨识,两种逆系统辨识方法性能对比,筛选出性能较优的识别方法,并将逆向辨识的逆模型和原系统串联起来组成一个伪线性复合系统,为解耦控制打下基础。(3)对系统控制部分进行详细研究,同时利用模糊PID控制与变论域理论控制进行对比,通过仿真结果分析PID控制器性能,同时将逆向辨识模型与PID控制模型结合成为复合控制器。(4)利用本研究方法,搭建温室环境试验平台,在实际温室进行测试,通过分析测试结果,对数据进行有效验证。采用积温控制策略与果蔬温室环境逆模型解耦控制方法对温室环境进行控制,使被控温室环境温度能够保持在16℃-28℃,湿度保持在60%RH-90%RH,温度控制速度快于传统控制速度1000秒左右,湿度控制速度快于传统控制速度700秒左右,温湿度控制误差分别为1.2%,1.5%。

关键词：温室温湿度逆模型神经网络变论域理论解耦

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基于PSO-LM-RBF温室温湿度预测

节水灌溉 2019年第3期 94-97页

作者：岳有军权峻王红君赵辉天津理工大学天津300384 天津农学院天津300191

为了提高对北方温室温湿度预测的精度,采用温室内外的气象数据作为输入,以温室的温湿度分别作为输出,提出了基于PSO-LM-RBF的温室温度和湿度预测模型,并且通过仿真实验对该模型的性能进行评估,其中实验的输入数据为天津某温室3月份的连... 详细信息

为了提高对北方温室温湿度预测的精度,采用温室内外的气象数据作为输入,以温室的温湿度分别作为输出,提出了基于PSO-LM-RBF的温室温度和湿度预测模型,并且通过仿真实验对该模型的性能进行评估,其中实验的输入数据为天津某温室3月份的连续实测数据。通过仿真实验得到更高的预测精度,证明了该方案的可行性。此模型可以用于温室温湿度的预测控制。

关键词： RBF神经网络 PSO算法 LM算法温室温湿度预测模型

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基于改进灰狼算法的温室温湿度预测与控制

基于改进灰狼算法的温室温湿度预测与控制

作者：李师河北农业大学

学位级别：硕士

相较于大田,温室凭借其能在不同季节为作物提供适宜环境的特点逐渐成为不同季节的作物生产基地。目前,我国已经成为温室种植面积最大的国家。但是我国大多温室存在管理滞后,依靠经验,浪费人工的问题。为了保证温室内作物对于环境的要求... 详细信息

相较于大田,温室凭借其能在不同季节为作物提供适宜环境的特点逐渐成为不同季节的作物生产基地。目前,我国已经成为温室种植面积最大的国家。但是我国大多温室存在管理滞后,依靠经验,浪费人工的问题。为了保证温室内作物对于环境的要求,要对温室内环境进行控制。建立精准的温室温湿度预测模型是实现温室温湿度优化调控的基础。本文利用灰狼算法和差分进化算法共同优化BP神经网络的参数,以博野某温室为研究对象,通过对影响温室温湿度的因素进行相关性分析确定影响温室温湿度的关键因素,基于改进的BP神经网络构建了温室温湿度短期预测模型,通过与传统方法对比,验证了模型的有效性。并且根据预测结果实现温室自动控制。论文的主要工作如下:(1)针对BP神经网络易陷入局部最优的缺陷,提出了利用差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,DE)和灰狼算法(Gray Wolf Algorithm,GWO)混合优化BP神经网络的算法,实现温室温湿度预测。结果表明,DE-GWO-BPNN模型对温湿度的预测效果最优,差分进化算法和灰狼算法混合优化的BP神经网络在温室温湿度预测拟合精度上达到了 0.970和0.986,相对BP神经网络模型分别提高了9.8%和10%。提升温室温湿度预测的精度。(2)利用改进灰狼算法优化PID参数。通过对温室环境特点进行分析,针对传统PID(proportion integration differentiation,PID)控制技术的不足。提出将改进的灰狼算法与传统的PID控制算法融合,形成改进灰狼PID算法,并应用于温室大棚的温度控制研究。实验结果表明:改进灰狼算法对PID参数进行优化超调量较小,稳态精度较高,有助于达到温室控制的理想效果。(3)仿真实现了温室预警控制系统。温室预警控制系统可以实时的显示当前的温室监测数据,并利用温室温湿度预测模型得出的未来的温室温湿度对比预警指标库中作物的受灾指标,实现温室环境的动态预警,并在出现警情后,可以实时设置温室温湿度的值,对温室PID控制参数调整,实现温室智能控制。

关键词：灰狼算法 BP神经网络温室温湿度预测与控制

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温室温湿度智能测控系统的设计

农业装备技术 2014年第1期40卷 28-30页

作者：谭静芳山东省泰山学院物理与电子工程学院

介绍了温室温湿度智能测控系统的组成及工作原理,对其硬件构成和软件进行了设计,该系统能自动巡回检测温室的温湿度参数,并可根据上述参数实现温湿度自动调节,且具有报警等功能。

关键词：温室温湿度智能测控系统

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利用单片机设计农业温室温湿度智能控制系统

广西物理 2012年第1期33卷 21-24页

作者：江丽莎蒙亮罗涟玲广西师范大学计算机科学与信息工程学院广西桂林541004

针对现有的温室智能控制系统主要针对大规模的农业温室、成本相对较高的问题,选取MCS-51单片机中性价比最高的机型,编写控制温湿度传感器的软件系统,开发价格相对较低的农业温室温湿度智能控制系统。实验结果表明该系统实现了温室温度... 详细信息

针对现有的温室智能控制系统主要针对大规模的农业温室、成本相对较高的问题,选取MCS-51单片机中性价比最高的机型,编写控制温湿度传感器的软件系统,开发价格相对较低的农业温室温湿度智能控制系统。实验结果表明该系统实现了温室温度、湿度的智能控制,运行稳定,经济实用,适用于较小规模、中低档农业温室。

关键词：温室温湿度智能控制单片机系统设计

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基于灰色预测的温室温湿度智能控制系统研究

电子世界 2019年第20期 178-179页

作者：鲍义东李江龙贵州航天智慧农业有限公司

针对传统的温室温湿度智能控制系统控制效果差的问题,将灰色预测模型应用到了温室温湿度智能控制系统设计中,以达到更好的温室温湿度控制效果。通过信号采样电路对温室温湿度数据进行采集,并设计通信节点,在此基础上,设计人机交互界面,... 详细信息

针对传统的温室温湿度智能控制系统控制效果差的问题,将灰色预测模型应用到了温室温湿度智能控制系统设计中,以达到更好的温室温湿度控制效果。通过信号采样电路对温室温湿度数据进行采集,并设计通信节点,在此基础上,设计人机交互界面,为用户提供方便的控制平台。最后将信号采样电路采集到的数据进行处理,通过通信节点发出发送命令,以此实现对温室温湿度智能控制。实验对比结果表明,此次设计的基于灰色预测的温室温湿度智能控制系统比传统的控制系统控制效果好,具有一定的实际应用意义。

关键词：智能控制系统通信节点温室温湿度人机交互界面控制平台灰色预测采样电路实际应用意义

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基于CAN总线的温室控制系统研究

基于CAN总线的温室控制系统研究

作者：李泉华青岛科技大学

学位级别：硕士

温室是设施农业的重要组成部分,国内外温室种植业的实践经验表明,提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。本文总结了温室系统的特点(非线性、大滞后、强耦合),并结合模糊控制的知识,把模糊控制技术、计算机技术、信... 详细信息

温室是设施农业的重要组成部分,国内外温室种植业的实践经验表明,提高温室的自动控制和管理水平可充分发挥温室农业的高效性。本文总结了温室系统的特点(非线性、大滞后、强耦合),并结合模糊控制的知识,把模糊控制技术、计算机技术、信息网络技术、应用于温室控制系统的设计与研究,并将CAN总线技术引人温室环境监控领域,设计开发了基于CAN总线技术的智能温室环境监控系统。论文在分析温室各个环境影响因子的基础上,提出了智能化温室环境控制系统的总体方案。采用模块化思想,设计了模拟信号采集、数字信号采集以及开关信号控制三类CAN总线智能节点,并采用单总线技术进行现场层数据传输。介绍了温室现场监控系统的硬件电路,完成了温室系统硬件平台的搭建。系统采用CAN总线作为通讯方式,并在帧结构的基础上采用***技术规范,设计了系统通讯协议。分析CAN模块初始化、CAN报文接收以及发送过程,对通讯模块的软件进行了设计。工控机主动地向智能节点发送数据请求以及控制命令,并对传感器采集的数据进行存储、处理,设计了温室环境监控系统软件,实现对温室环境的控制。根据温室环境的特点,采用模糊控制方法作为系统的控制策略。通过对输入输出量以及控制规则的分析,设计了温室内温湿度环境监控系统的模糊控制器。并将该模糊控制方法运用于试验基地,对PID控制和模糊控制进行了比较,实验证明模糊控制方法超调量小,调整时间短,控制效果优于PID控制。

关键词：温室温湿度 CAN总线单总线模糊控制