基于蔬菜溫室原理下食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計

謝曉玲

（陜西服裝工程學(xué)院藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，陜西 西安 712046）

隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，采用人工智能控制方法，實現(xiàn)對可食(藥)用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計與控制。在蔬菜溫度原理自適應(yīng)調(diào)節(jié)下，分析食（藥）用菌菇房的溫度、濕度環(huán)境適應(yīng)性，構(gòu)建食（藥）用菌菇房的溫度、濕度自動控制模型。采用非線性規(guī)劃方法和自適應(yīng)控制方法，進(jìn)行食（藥）用菌菇房的環(huán)境溫度控制。在蔬菜溫室效應(yīng)下，通過集中供熱和分散供熱相結(jié)合的方法，實現(xiàn)對食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計與控制。提高食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計效能，相關(guān)的控制模型研究受到人們的極大重視[1]。本文提出一種基于蔬菜溫室原理下食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計方法。結(jié)合溫室調(diào)控方法進(jìn)行食（藥）用菌菇房的環(huán)境適應(yīng)性調(diào)節(jié)，根據(jù)蔬菜溫室效應(yīng)，分析食（藥）用菌菇房的溫度以及濕度等參數(shù)的最佳參量值，采用模糊約束控制方法實現(xiàn)對食（藥）用菌菇房的環(huán)境溫度、濕度控制；根據(jù)控制參數(shù)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)[2]，實現(xiàn)食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計與控制；最后進(jìn)行仿真測試分析，展示了本文方法在提高蔬菜溫室原理下食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計效果方面的優(yōu)越性能。

1 總體構(gòu)架和食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計參量分析

1.1 總體構(gòu)架設(shè)計

分析基于蔬菜溫室原理下食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計模型，進(jìn)行食（藥）用菌菇房環(huán)境合理性設(shè)計控制。采用Web構(gòu)架方法，進(jìn)行食（藥）用菌菇房溫度的傳感器節(jié)點部署和RFID無線射頻識別；食（藥）用菌菇房溫度自動控制中，采用溫度傳感器進(jìn)行菌菇房環(huán)境合理化設(shè)計，在APP終端中進(jìn)行食（藥）用菌菇房溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測與實時控制；構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行食（藥）用菌菇房溫度自動控制和濕度控制[3]；在蔬菜溫室調(diào)節(jié)下，進(jìn)行環(huán)境合理化設(shè)計。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 食（藥）用菌菇房環(huán)境合理化設(shè)計系統(tǒng)的總體構(gòu)架Fig.1 The overall framework of the environment rationalization design system for mushroom (food)

1.2 控制對象分析

根據(jù)圖1的總體設(shè)計構(gòu)架，采用自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃方法，得到性能指標(biāo)分布矢量的協(xié)方差矩陣。

采用傳輸控制協(xié)議建立食（藥）用菌菇房環(huán)境合理控制的對象模型[4]，結(jié)合時滯耦合控制方法構(gòu)建食（藥）用菌菇房環(huán)境合理化傳感控制模型；設(shè)計自適應(yīng)律，得到食（藥）用菌菇房環(huán)境合理化控制的慣性權(quán)重。

采用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行食（藥）用菌菇房溫度的分區(qū)監(jiān)測和控制，構(gòu)建聯(lián)合控制對象；對采集的食（藥）用菌菇房溫度信息進(jìn)行數(shù)字FIR濾波，濾波控制函數(shù)。根據(jù)不同的工作模式需求菌菇房的溫度、濕度模式更換，利用諧波檢測方法進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)，實現(xiàn)菌菇房溫度可編程邏輯控制的優(yōu)化調(diào)節(jié)[5]，在一個溫度調(diào)節(jié)周期內(nèi)，驅(qū)動阿基米德螺線盤周的穩(wěn)態(tài)跟蹤控制方程。

2 環(huán)境合理化設(shè)計和控制優(yōu)化

2.1 溫度、濕度自動調(diào)節(jié)

根據(jù)蔬菜溫室效應(yīng)，分析食（藥）用菌菇房的溫度以及濕度等參數(shù)的最佳參量值[6]，得到食（藥）用菌菇房環(huán)境自適應(yīng)模態(tài)跟蹤約束函數(shù)。

采用多通道的溫度信息記錄方法，進(jìn)行溫室原理小的環(huán)境穩(wěn)定調(diào)節(jié)；在物聯(lián)網(wǎng)體系下進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，選擇合適控制律，得到溫度、濕度自動調(diào)節(jié)的最小二乘解問題。

設(shè)計模糊可編程控制律，采用VIX（VME busextension for Instrumentation, VIX）總線設(shè)計方法，建立23根地址總線進(jìn)行食（藥）用菌菇房溫度的自動總線傳輸，得到觀測變量；混合射頻識別技術(shù)下，得到食（藥）用菌菇房溫度輸出的穩(wěn)定解。

根據(jù)上述控制律的優(yōu)化設(shè)計，對菌菇房的溫度進(jìn)行局部調(diào)節(jié)[7]，得到濕度控制模型。

根據(jù)模糊控制的反饋信號，結(jié)合供水溫度、供水流量、回水溫度，采用多分離度模糊反饋調(diào)節(jié)方法，得到菌菇房的溫度、濕度調(diào)節(jié)的傳遞函數(shù)。

通過上面分析，實現(xiàn)菌菇房的溫度、濕度自動調(diào)節(jié)。

2.2 控制律設(shè)計

根據(jù)菌菇房的溫度變化規(guī)律構(gòu)建時滯耦合系統(tǒng)，作為菌菇房環(huán)境合理性控制的模糊約束對象, 可以得到菌菇房環(huán)境合理性控制的反饋調(diào)節(jié)模型。

采用線性組件的增益規(guī)劃（gain-scheduling）調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行菌菇房環(huán)境合理性控制的模糊調(diào)節(jié)[8]。設(shè)定菌菇房供暖溫度控制精度偏差為3℃，在誤差基本在1℃范圍內(nèi)，得到模糊傳遞函數(shù)。效用函數(shù)的輸出端引出了反饋結(jié)果，指標(biāo)函數(shù)也是可以得到的。

采用自適應(yīng)線性加權(quán)方法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)誤差補償，所以得到PI神經(jīng)元xk的反饋積分補償輸出的迭代公式。

根據(jù)Levenberg-Marquardt算法，得到食（藥）用菌菇房的環(huán)境穩(wěn)定控制的穩(wěn)態(tài)增益。

可以看到，食（藥）用菌菇房的溫度控制器通過閉環(huán)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)輸出，綜上分析，實現(xiàn)控制模型優(yōu)化設(shè)計。

3 試驗測試分析

實驗采用的軟件為Matlab7和SPSS21.0，對菌菇房的溫度環(huán)境控制的樣本選擇見表1。

表1 食（藥）用菌菇房的溫度調(diào)節(jié)樣本選擇Tab.1 Fresh (drug) with mushroom room temperature control sample selection

分別在1 000W、600W和300W的加熱功率下測試菌菇房的溫度、濕度控制效能，得到結(jié)果見表2。

表2 溫度、濕度控制控制效能Tab.2 Temperature and humidity control efficacy

根據(jù)上述分析結(jié)果，測試菌菇房溫度調(diào)節(jié)的誤差，得到測試結(jié)果如圖2所示。

分析上述仿真結(jié)果得知，采用本文方法進(jìn)行蔬菜溫室原理下食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計，對菌菇房的溫度、濕度控制效能較好。

4 結(jié)語

在蔬菜溫度原理自適應(yīng)調(diào)節(jié)下，分析食（藥）用菌菇房的溫度、濕度環(huán)境適應(yīng)性；構(gòu)建食（藥）用菌菇房的溫度、濕度自動控制模型；實現(xiàn)對食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計與控制；提高食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計效能。本文提出一種基于蔬菜溫室原理下食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計方法，采用模糊約束控制方法，實現(xiàn)對食（藥）用菌菇房的環(huán)境溫度、濕度控制。根據(jù)控制參數(shù)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，實現(xiàn)食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計與控制。研究得知，本文方法進(jìn)行食（藥）用菌菇房的環(huán)境合理化設(shè)計的效果較好。

圖2 穩(wěn)定調(diào)節(jié)誤差測試Fig.2 stability adjustment error test