基于模糊解耦PID控制的微型植物工廠溫濕度控制系統(tǒng)

樊文建，夏昕

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800）

微型植物工廠是在一個(gè)半封閉的生產(chǎn)系統(tǒng)，其內(nèi)部植物的生長受到很多因素的影響和制約，本課題選取影響植物生長的兩個(gè)重要因素—溫度和濕度進(jìn)行研究，現(xiàn)階段研發(fā)的植物工廠控制系統(tǒng)，普遍采用PLC作為主控制器，并結(jié)合PID算法進(jìn)行控制，這種控制方式存在非線性和大滯后，不能很好地滿足控制要求，控制效果不太理想。本文提出以傳統(tǒng)PID控制為基礎(chǔ)，通過模糊解耦解決溫濕度控制過程中存在的強(qiáng)耦合作用。

1 系統(tǒng)控制原理

傳統(tǒng)的PID控制是根據(jù)控制系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的，但無法對溫濕度之間的耦合作用進(jìn)行補(bǔ)償。本文提出在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上加上模糊解耦，控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示，該系統(tǒng)能根據(jù)溫濕度之間的耦合作用大小，自動(dòng)將補(bǔ)償量加到原有的溫濕度控制輸出量上，既有傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又有自適應(yīng)性，可有效解決溫濕度控制的控制精度。

圖1 系統(tǒng)控制原理圖

2 系統(tǒng)建模仿真

圖2 系統(tǒng)仿真模型

圖3 系統(tǒng)溫濕度仿真結(jié)果

本文采用Simulink軟件建立溫濕度控制系統(tǒng)的仿真模型，溫濕度控制子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型都設(shè)置為帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)PID控制基礎(chǔ)上，通過設(shè)置模糊補(bǔ)償器對溫濕度控制過程中存在的強(qiáng)耦合作用進(jìn)行補(bǔ)償，系統(tǒng)建模如圖2所示，采用示波器模塊進(jìn)行仿真結(jié)果的輸出。系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖3所示，通過分析可以看出，溫度控制過程比較平穩(wěn)，系統(tǒng)的超調(diào)量比較小，經(jīng)過60min后基本趨于穩(wěn)定，濕度控制過程中，前60min以內(nèi)波動(dòng)比較大，但后面逐漸趨于穩(wěn)定。通過分析可以看出，本文提出的基于模糊解耦PID控制系統(tǒng)超調(diào)量較小，控制過程比較穩(wěn)定。

3 結(jié)語

本文提出了基于模糊解耦的PID微型植物工廠溫濕度控制系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)進(jìn)行了建模仿真分析，分析表明該控制系統(tǒng)有效地解決了溫濕度控制過程中的強(qiáng)耦合作用，控制過程比較平穩(wěn)，可以很好地實(shí)現(xiàn)微型植物工廠中溫濕度的控制要求。