基于MATLAB的智能多輸入多輸出智能解耦系統(tǒng)標準設計仿真

基于MATLAB多輸入多輸出智能解耦系統(tǒng)仿真摘要伴隨人類社會飛快發(fā)展和進步，農(nóng)業(yè)科學技術(shù)也在跟著不停前進，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)越來越趨向于農(nóng)業(yè)自動化管理。研究溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)，尤其是網(wǎng)絡化自動化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能控制管理是現(xiàn)在和未來所必需研究，也是未來很有潛力研究方向。在溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中，對溫室里面各個環(huán)境因子控制將直接影響到農(nóng)作物生長和發(fā)育，其中溫度和濕度測控一直全部是溫室環(huán)境因子研究中重中之重。此次研究課題利用到了很多學科新理論、新技術(shù)，本系統(tǒng)用是智能控制中模糊控制技術(shù)，針對很長時間以來溫室中溫度和濕度存在很強耦合關(guān)系和溫室溫濕度改變情況對監(jiān)控系統(tǒng)反饋等問題提出了不錯處理方案，提供了一個新方法來處理系統(tǒng)控制不夠正確、能源消耗比較高、經(jīng)濟效益不理想等問題，同時也能夠處理好時變性、大滯后和耦合性這些繁瑣系統(tǒng)控制問題，能夠有效對溫度和濕度存在強耦合進行智能解耦。關(guān)鍵詞：濕度，模糊控制，智能解耦，MATLAB

MATLABBasedMulti-InputMulti-OutputIntelligentDecouplingSystemSimulationABSTRACTWiththecontinuousprogressofhumansocietyandtherapiddevelopmentofagriculturaltechnology,agriculturalfacilitiesmodernizationofagricultureisundoubtedlyanimportantsymbol.Greenhouseenvironmentalcontrolsystem,inparticularthenetwork,basedonmodernagriculturecontrolmanagementautomaticcontroltechnology,itisnecessaryanddevelopmentpotential.Inthegreenhouseenvironmentcontrolsystem,controlofenvironmentalfactorsinthegreenhousecropsdirectlyaffectgrowthanddevelopment,includingthedetectionandcontroloftemperatureandhumiditymonitoringgreenhousehasbeenthefocusofthestudyofenvironmentalfactors.Theintegrateduseofnewknowledgetopicmultidisciplinary,newresults,thesystemusesintelligentcontrolfuzzycontroltechnology,haslongbeenthestrongcouplingoftemperatureandhumidityinthegreenhouseeffectandgreenhousetemperatureandhumiditychangesinthemonitoringsystemoffeedbackandotherissuesmadeaverygoodthesolutionforsystemcontrolprecisionisnothigh,relativelyhighenergyconsumption,pooreconomicreturnsandothersuchdifficultissuesopenedupanewroute,itisabletohandlecomplexsystemdegeneration,biglaganddisastertogether,etc.controlproblems,caneffectivelydecoupledbetweentemperatureandhumidity.KEYWORDS：Humidity,FuzzyControl,IntelligentDecoupling,MATLAB目錄前言 1第1章緒論 21.1課題研究目標和意義 21.2中國外研究現(xiàn)實狀況和發(fā)展趨勢 4第2章系統(tǒng)總體設計 62.1控制系統(tǒng)設計要求 62.2設計目標 62.3解耦系統(tǒng)組成及解耦原理 7第3章解耦方法選擇 93.1系統(tǒng)環(huán)境因子研究 93.1.1溫度對作物影響 93.1.2濕度對作物影響 103.1.3溫度和濕度耦合關(guān)系 113.2解耦方法選擇 123.2.1對角矩陣法 123.2.2單位矩陣法 123.2.3前饋解耦法 123.2.4模糊解耦法及其優(yōu)越性 13第4章模糊控制系統(tǒng)設計 144.1模糊控制系統(tǒng)方案 144.2模糊邏輯控制器設計 174.2.1測量信息模糊化 184.2.2模糊控制規(guī)則 214.2.3模糊推理 224.2.3反模糊化 22第5章系統(tǒng)仿真和調(diào)試 245.1系統(tǒng)仿真模型建立 245.1.1Simulink仿真環(huán)境介紹 245.1.2Simulink仿真模型組成 245.1.3 Simulink仿真基礎過程 255.2仿真調(diào)試 295.3仿真結(jié)果分析 29結(jié)論 31謝辭 32參考文件 33外文資料翻譯 34前言在智能溫室控制系統(tǒng)中，溫室里面多種環(huán)境原因全部是能夠直接影響到農(nóng)作物生長和發(fā)育。在眾多環(huán)境因子中，能夠?qū)r(nóng)作物起到顯著影響效果就是溫度和濕度改變。不過，這么復雜系統(tǒng)往往有著非線性、多變量、時變、大時滯這些特點，實際應用設計時候建立它很正確模型是一件困難事情，而且魯棒性和自適應性全部很弱。這些年來，采取模糊控制算法來處理這種復雜控制系統(tǒng)問題有了很大進步實踐。常見溫濕度控制器是把溫度和濕度分開來進行監(jiān)控，不過真實環(huán)境中溫度和濕度這兩種環(huán)境因子存在較強耦合關(guān)系，對其中一個環(huán)境因子控制就會直接干擾另外一個因子改變。研本課題研究能夠?qū)W習多變量系統(tǒng)特點，系統(tǒng)運動和平衡變量之間關(guān)系，并了解多變量系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時能夠了解模糊控制理論，用MATLAB實現(xiàn)多變量系統(tǒng)智能解耦控制。第1章緒論1.1課題研究目標和意義中國是一個擁有眾多人口不過人均資源卻相當匱乏國家，據(jù)最新統(tǒng)計中國每人平均耕地面積還達不到全球平均水平三分之一，人均水資源擁有量也不到全球平均水平四分之一，而且這些資源分布也不均衡。而且，因為現(xiàn)在中國人口比較多，所以以后一段時間中國人口數(shù)量還會有一定增加。面臨這種嚴峻資源形勢，要滿足大眾最根本生活問題，首先一定要改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方法，因為現(xiàn)在中國農(nóng)業(yè)仍然是浪費國家土地資源和水資源最嚴重。所以，針對以往粗放型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方法加以改善，從而來降低浪費資源甚至達成不浪費，在有限資源環(huán)境前提下，依靠科學技術(shù)不停發(fā)展，來實現(xiàn)農(nóng)作物高產(chǎn)，生產(chǎn)高效。就目前世界農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢來看，設施農(nóng)業(yè)肯定會成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化一個關(guān)鍵標志。所謂設施農(nóng)業(yè)，就是依據(jù)優(yōu)異農(nóng)業(yè)設施，改造農(nóng)作物、水產(chǎn)品、禽畜等生活環(huán)境，抵擋外界不良環(huán)境，增加對農(nóng)作物作業(yè)時間，從而使得農(nóng)作物、水產(chǎn)品、畜禽等在愈加好環(huán)境中使得產(chǎn)量和質(zhì)量得到深入提升。國家利用了很多方法來加緊農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐，尤其是國家科委提出了“工廠化高效農(nóng)業(yè)”這一含有時代標志偉大工程，對中國農(nóng)業(yè)未來發(fā)展提供了一個很好基礎，在高效農(nóng)業(yè)科技生產(chǎn)項目中，其中一個關(guān)鍵部分就是建立自動化水平比較高溫室。優(yōu)異現(xiàn)代化溫室起源于發(fā)達科學知識和技術(shù)，利用連續(xù)生產(chǎn)管理方法，高效率最大化生產(chǎn)多種水果、蔬菜、花卉等農(nóng)作物，其關(guān)鍵技術(shù)是機械化，環(huán)境控制，自動生產(chǎn)。環(huán)境控制工程作為提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量一個方法，成為了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)一個優(yōu)異標志。但因為溫室內(nèi)較高溫度和濕度這種不好工作環(huán)境和追求高效率、正確作業(yè)，僅僅依靠人工來對這些環(huán)境進行監(jiān)控是不太現(xiàn)實。采取計算機進行溫室環(huán)境自動監(jiān)測控制和管理來替換人工是現(xiàn)在發(fā)展形勢。研究合理高效溫室環(huán)境控制方法能夠提升土地和其它資源利用率，經(jīng)過對溫室環(huán)境正確測量和控制，來降低溫室環(huán)境投入資源。在溫室環(huán)境監(jiān)這么檢測和控制控系統(tǒng)中，作物生長速度和發(fā)育情況跟溫室中各個環(huán)境因子控制有著直接聯(lián)絡，所以對環(huán)境因子進行很優(yōu)良控制是一件很必需而且很關(guān)鍵一件事情。溫室中存在著各個環(huán)境因子全部能對溫室中作物產(chǎn)生不一樣影響，比如溫室內(nèi)光照度、CO濃度、溫度、濕度、營養(yǎng)液導電率(EC)，營養(yǎng)液酸堿度(PH)、土壤溫度和土壤濕度等，不僅溫室內(nèi)環(huán)境因子能對作物產(chǎn)生影響，就連溫室外環(huán)境因子也能影響到作物發(fā)育，比如溫室外風力、風向和雨雪等，因為傳感器技術(shù)不停進步，實現(xiàn)對作物部分特有指標和生理功效監(jiān)控已經(jīng)能夠變成現(xiàn)實了，就算模擬溫室作物部分生長過程和發(fā)育情況也是能夠做到。這些類型有所不一樣，性質(zhì)也比較復雜變量就是溫室監(jiān)測控制系統(tǒng)要關(guān)鍵處理對象，以往一般傳感器是沒有措施測量出這部分復雜變量正確數(shù)據(jù)，要求要有功效不一樣傳感器來當做監(jiān)測工具選擇正確適宜傳感器就能夠?qū)崿F(xiàn)對不一樣變量進行正確測量了。溫度和濕度是這么多環(huán)境因子中最基礎，它們對作物影響也是最顯著，對溫濕度檢測和控制一直全部是溫室環(huán)境因子監(jiān)控中關(guān)鍵，可是一直全部沒有完全處理下面兩個大難題，第一個就是溫室中溫度和濕度不是相互獨立環(huán)境因子而是存在一定關(guān)系，溫度上升話濕度就會有所減小，一樣濕度增加話溫度就會降低即它們之間存在著一定耦合作用，假如僅僅是控制二者其中一個是不可能得到正確結(jié)果，第二個問題就是，以往在研究過程中，往往不會考慮實施機構(gòu)得到數(shù)據(jù)后開始實施后，溫室中環(huán)境又發(fā)生了改變，這些改變又反饋給了監(jiān)控系統(tǒng)。上面這兩個問題一直存在，這么會讓控制機構(gòu)實施起來有些過分，進而溫室內(nèi)能量消耗會不停增大。單因子控制和多因子綜合控制這兩種方法是現(xiàn)在溫室溫濕度控制關(guān)鍵方法。單因子控制是相對于多因子控制來說控制起來比較簡單，它只是控制全部原因中一個因子，而不考慮其它因子影響和改變。當其在控制溫度這個因子時，在進行控制時只對溫度這一個因子進行調(diào)整控制，其它因子改變已經(jīng)對整個溫室影響并不給于考慮，這種方法適用性比較差。因為在實際溫室中幾乎全部環(huán)境因子之間全部存在著一定或多或少聯(lián)絡，一個原因改變了，其它原因也會跟著做出一定改變，牽一發(fā)而動全身。多因子綜合控制也能夠叫做復合控制，能多多少少處理單因子控制存在不足，此種控制方法依據(jù)作物對不一樣環(huán)境因子之間影響聯(lián)絡，假如其中一個因子改變了，其它因子也會跟著做出對應改變，因為這種方法能愈加好結(jié)合眾多環(huán)境因子改變，所以未來溫室技術(shù)發(fā)展也會偏向于這種控制方法。因為常見控制系統(tǒng)全部利用單級控制這種方法，這么系統(tǒng)還是能夠滿足部分規(guī)模比較小、一般、對控制正確對要求不是那么高溫室系統(tǒng)，不過伴隨時代不停發(fā)展和進步，溫室向著越來越大型，系統(tǒng)越來越復雜，要對也越來越高方向發(fā)展，很顯著這種比較單純控制方法是無法滿足時代需要。所以，針對現(xiàn)代大型復雜溫室研究出愈加好溫室控制系統(tǒng)是很有必需，也是很多實際價值。因為在溫室眾多環(huán)境因子中，溫度和濕度是作為關(guān)鍵也是對溫室環(huán)境影響最大兩個因子，所以本科題目標就是把溫室里溫度、濕度作為研究對象來探索溫室環(huán)境自動控制技術(shù)，僅采取對溫濕度環(huán)境因子測控和研究，爭取用合乎情理試驗方法得到相對來說比較正確控制效果，模擬發(fā)明出一個人工環(huán)境作為適宜作物生長和發(fā)育生活氣候，來替換那些影響作物健康生長和良好發(fā)育環(huán)境因子，實現(xiàn)在實際在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中作物生長周期變短，增加作物產(chǎn)量，來得到愈加好經(jīng)濟效益。1.2中國外研究現(xiàn)實狀況和發(fā)展趨勢在溫室中對作物影響最嚴重環(huán)境因子關(guān)鍵就是溫度和濕度這兩個因子，所以，對溫濕度進行智能解耦是當今溫室環(huán)境控制系統(tǒng)研究關(guān)鍵方向，伴隨中國溫室產(chǎn)業(yè)不停進步，溫室大小和種類也隨之增加，中國資源環(huán)境也跟著一步步短缺，所以，溫室也趨向于向節(jié)省資源同時高產(chǎn)高效方向發(fā)展，假如溫度和濕度得到了優(yōu)良解耦那么溫室資源消耗就會大大降低，溫室這種特點尤其是冬季升溫和夏季降溫這兩個時候變現(xiàn)更為顯著。之前大家對溫室中溫度濕度解耦控制問題已經(jīng)進行了深入探索，總結(jié)出了多種，其中最好處理方法就是經(jīng)過模糊控制方法，搭建一個模糊控制系統(tǒng)模型然后再進行模糊控制器設計，加進解耦參數(shù)，經(jīng)過這種方法來實現(xiàn)對溫室溫濕度進行解耦控制，能夠很大程度提升控制系統(tǒng)控制正確度。由之前大家研究能夠知道，第一，溫室中溫濕度二者之間解耦是溫室解耦關(guān)鍵目標，溫室中有眾多環(huán)境因子，進行解耦時比如二氧化碳、氧氣含量和光照強度等關(guān)鍵因子并沒有考慮進去，溫室解耦本應該把其它關(guān)鍵環(huán)境因子也包含進去，第二，有很大部分全部是采取要求有正確數(shù)學模型才能解耦解耦方法，而溫室是一個比較模糊模型參數(shù)，第三，以往采取進行溫室環(huán)境控制系統(tǒng)解耦方法適用性較差，不一樣溫室，它環(huán)境模型也是不相同，所以溫室解耦數(shù)學模型應該選擇那些較為普遍環(huán)境模型。第2章系統(tǒng)總體設計2.1控制系統(tǒng)設計要求利用MATLAB/Simulink仿真功效，設計基于MATLAB溫室大棚溫濕度智能解耦系統(tǒng)并進行仿真，以溫濕度偏差量和偏差率為輸入量，反模糊后正確溫濕度控制量為輸出量，采取模糊解耦方法對系統(tǒng)進行控制：了解和掌握解耦控制系統(tǒng)設計方法；建立被控對象模糊解耦系統(tǒng)仿真模型；進行系統(tǒng)辨識、穩(wěn)定性分析、控制策略選擇、參數(shù)整定；最終進行系統(tǒng)仿真，并對仿真結(jié)果進行分析。2.2設計目標學習多變量系統(tǒng)特點、系統(tǒng)運動和平衡時各變量之間關(guān)系數(shù)學描述法，了解多變量系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。用MATLAB實現(xiàn)多變量系統(tǒng)智能解耦控制是利用模糊控制理論實現(xiàn)。溫度和濕度是影響溫室大棚環(huán)境兩個關(guān)鍵環(huán)境因子。模糊解耦控制系統(tǒng)原理是把被控量理想值和t時刻測量值作出比較，進而得到偏差e，再計算出偏差改變率ec，然后，e和ec分別量化為模糊量E和EC，然后進行模糊決議，模糊決議是依據(jù)E、EC和模糊控制規(guī)則R依據(jù)推理合成規(guī)則，得到模糊控制量u，最終把前面計算模糊控制量u反模糊化成正確量U，作用在被控制對象身上，這么不停循環(huán)下去從而實現(xiàn)對被控對象模糊控制，來達成系統(tǒng)解耦目標Ref_Ref72506391\n\h[1]。解耦設計目標是組成獨立單回路控制系統(tǒng)，利用單回路控制理論實現(xiàn)系統(tǒng)控制性能。為了簡化分析難度但同時又不影響對整個問題分析正確性，系統(tǒng)以溫度和濕度偏差值和偏差率為輸入，反模糊化后溫度和濕度正確控制量為系統(tǒng)輸出量，選擇模糊解耦法對本系統(tǒng)進行設計和仿真。2.3解耦系統(tǒng)組成及解耦原理本設計是基于模糊解耦法溫室溫濕度智能解耦控制系統(tǒng)，比較關(guān)鍵部分有溫度和濕度傳感器、模糊邏輯控制器和實施機構(gòu)等。本模糊系統(tǒng)方案圖2-1所表示：圖2-1模糊控制系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)圖圖中，是教授經(jīng)驗給出作物生長所需最好理論溫度，為給出理論最好理論濕度。、分別是理想理論值和實際監(jiān)測值之間比較后溫度和濕度偏差，、分別是她們偏差改變率。因為實際中溫度和濕度存在一定耦合作用，所以經(jīng)過加入解耦參數(shù)來減弱她們耦合性，即：（2-1）（2-2）經(jīng)過模糊控制器解耦后，求得圖中實施機構(gòu)輸出控制量，本系統(tǒng)最關(guān)鍵組成部分就是圖中兩個模糊邏輯控制器，其推理設計方法為：把系統(tǒng)輸入量和輸出量轉(zhuǎn)化成模糊子集，然后定義論域，再由各輸入輸出量真實改變范圍結(jié)構(gòu)模糊化表。依據(jù)這個方面教授知識經(jīng)驗組成一個知識庫，并構(gòu)建模糊控制規(guī)則表。然后由模糊化表和模糊規(guī)則表，設計控制表格,計算出對應模糊控制量。第3章解耦方法選擇3.1系統(tǒng)環(huán)境因子研究3.1.1溫度對作物影響溫度是影響農(nóng)作物生長發(fā)育相當關(guān)鍵環(huán)境原因之一。農(nóng)作物在整體生長發(fā)育過程中所需要一切生物及化學反應，全全部是在特定溫度下發(fā)生。農(nóng)作物生長發(fā)育良好前提就是必需要在適合溫度范圍內(nèi)才生長，假如溫度高于上限或低于一定溫度值，那么農(nóng)作物就會畸形生長或無法生長和發(fā)育，甚至死亡。全部農(nóng)作物全部有三個不一樣溫度基點，即能生存最高溫度和最低溫度和最適合作物生長適宜溫度。因為作物種類、品種等不一樣，它們生長發(fā)育最適宜溫度也不一樣。溫室內(nèi)地溫、氣溫和營養(yǎng)液溫度全部有對作物呼吸作用、光合作用，還有光合作用產(chǎn)物傳送、根部生長和水分、養(yǎng)分吸收全部有顯著影響。常見溫室農(nóng)作物生長發(fā)育最適宜溫度區(qū)間圖表3-1。表3-1常見溫室作物生育適宜溫度蔬菜名稱發(fā)芽期幼苗期采收期白天黑夜白天黑夜黃瓜25-2825-2813-1525-2815-19番茄28-3025-2815-1725-2820茄子30-3527-30≥1717-3020生菜15-2015-2012-1517-1812-15有表中數(shù)據(jù)可知，農(nóng)作物多種化學、光合作用和大部分產(chǎn)物運輸是同一時刻完成。假如下午和晚上溫度偏低時，葉子中光合作用產(chǎn)物就不能運輸出去，那么葉子就會變厚、同時會發(fā)紫，衰老速度也會比較快，就會消弱以后光合作用，使光合強度顯著下降。假如光強度比較弱，而溫室內(nèi)溫度較高，光合作用強度就會較弱，而呼吸作用就相對多部分，則作物枝干比較瘦小脆弱，葉子也會表薄。有結(jié)果表明，在作物生長發(fā)育過程中假如夜晚營養(yǎng)液溫度比溫室環(huán)境溫度高，能加緊作物生長。作物生長發(fā)育前期溫室溫度應高部分，有利于葉面積指數(shù)增加。抵達生長發(fā)育中后期后，葉面積指數(shù)就能夠達成最大值，以后階段單位面積凈同化率速率將決定作物生產(chǎn)多少。在這個階段就應該合適下降溫室溫度，來不停積累凈光合作用產(chǎn)物。3.1.2濕度對作物影響濕度是指空氣中含有濕空氣量。假如溫室中濕度偏低那么作物中水分就不足，就無法發(fā)生正常光合作用和蒸騰作用，同時溫室中濕度偏高也會大大加大作物發(fā)生病蟲害發(fā)生率。而且，濕度不宜會造成作物產(chǎn)量下降，因為溫室內(nèi)作物不停蒸騰作用和土壤蒸發(fā)，溫室內(nèi)濕度會很輕易比地面濕度高部分。適宜作物生長發(fā)育環(huán)境白天為相對空氣濕度大約在35%左右，晚上為相對空氣濕度是83%左右。所以，溫室內(nèi)濕度改變關(guān)鍵就是降低濕度。表3-2給出了常見多個溫室作物生長最適宜溫度。表3-2常見溫室作物生育適應濕度蔬菜名稱發(fā)芽期幼苗期采收期白天黑夜白天黑夜黃瓜60-8530-8070-8530-7070-75番茄50-8020-7060-8020-7060-80生菜60-8030-7070-7530-8060-85空氣濕度常常見以下表示方法：水汽壓、露點溫度、含濕量、相對濕度、絕對濕度和飽和差等，在此次研究中濕度用是相對濕度表示。相對濕度通常見%表示，記作%RH。3.1.3溫度和濕度耦合關(guān)系長久以來，溫室環(huán)境因子研究關(guān)鍵全部是溫度和濕度耦合關(guān)系，只有經(jīng)過眾多實踐經(jīng)驗并總結(jié)規(guī)律才能正確領(lǐng)悟二者之間存在耦合關(guān)系。溫度和濕度這是兩個耦合度很高環(huán)境因子，只要其中一個因子改變那么另外一個也會跟著做出相正確改變，所以想要同時控制這兩個因子是一件很不輕易事情。在一定范圍內(nèi)假如溫室內(nèi)溫度升高，那么濕度也會跟著下降，因為假如溫室內(nèi)溫度高上升，溫室內(nèi)土壤里水分蒸發(fā)出來同時作物蒸騰作用也會加強，加起來就會造成溫室內(nèi)濕度有所下降。一樣，假如溫室內(nèi)濕度即水分含量發(fā)生了一定改變，那么溫室溫度也會發(fā)生逆向改變。本文所研究對象是溫室環(huán)境中溫濕度這兩個因子，它們含有非線性、時變性、多變量耦合性、控制時延性、分布不均勻性等特點。首先，溫室就相當于一個系統(tǒng)，其氣候是一個熱平衡狀態(tài)，所以根據(jù)一般方法對其進行建模是不合理，適用性也會較差。其次，通常來說溫室環(huán)境建筑面積全部相對來說很大，每個地方，每個角落溫濕度也會有所不一樣，通常四面溫濕度全部會比中間要低部分，上部和下部一樣也會有些差異，其值大小取決于氣流流動方向和空間位置等多個原因，溫室結(jié)構(gòu)環(huán)境也會對溫濕度產(chǎn)生一定影響。其三，因為作物吸收熱量和散發(fā)燒量能力和光合作用能力它們生長發(fā)育階段相關(guān)，所以整個溫室氣候也會跟著作物成長周期改變而改變。其四，針對外界環(huán)境干擾，溫室系統(tǒng)并不能夠立即做出對應響應，而是反應要相對有些延遲。本控制系統(tǒng)中變量之間存在一定關(guān)系而不是沒有聯(lián)絡，溫室內(nèi)溫度上升同時，濕度就會發(fā)生改變而減??；溫室濕度和時間增加，溫度會下降，所以，某一原因溫室溫濕度控制，或多或少間接改變其它原因。總而言之，溫室溫度和濕度這兩個環(huán)境因子有很強耦合作用，二者中一個改變會影響另一個改變即存在相互影響，它們連同溫室里其它環(huán)境因子共同組成了一個復雜對象，要想對其進行很好很理想控制是極難，這需要系統(tǒng)各個部分協(xié)力配合。3.2解耦方法選擇針對多輸入多輸出智能解耦方法現(xiàn)在關(guān)鍵有模糊解耦法、單位矩陣法、前饋賠償解耦法、對角矩陣法等。3.2.1對角矩陣法對角矩陣法是把多個存在耦合變量解耦成各個相互之間不再有影響變量然后再進行控制一個解耦方法，還能夠改善單變量對象特征。不過由矩陣計算得到解耦步驟數(shù)學模型，這種數(shù)學模型跟變量維數(shù)相關(guān)，變量越多計算得到數(shù)學模型就越復雜，這么就愈加不輕易實現(xiàn)。對角矩陣控制器含有結(jié)構(gòu)簡單、成本低優(yōu)點。研究結(jié)果表明，這種設計方法能夠用來實現(xiàn)簡單有效復雜系統(tǒng)如多流過程控制等。3.2.2單位矩陣法孫優(yōu)賢等全部認同單位矩陣綜正當認為該方法跟其它矩陣綜正當相比有部分優(yōu)點。也有學者認為對P規(guī)范雙變量控制系統(tǒng)利用對角矩陣法進行設計就控制質(zhì)量來說能夠填補單位矩陣法不足，解耦后系統(tǒng)能夠按特定指標設計，對角矩陣法靈活性很好，能夠用多個解耦方法來達成控制目標，單位矩陣法是根本沒法做到這一點。對于V規(guī)范系統(tǒng)，對角矩陣法一樣含有優(yōu)越性。這種解耦方法不僅能夠解除耦合，而且等效對象為1，含有很強穩(wěn)定性。但解耦網(wǎng)絡更為復雜，往往難以實現(xiàn)。在大多數(shù)情況下，解耦步驟在物理上和工程實際中是無法正確實現(xiàn)。3.2.3前饋解耦法前饋解耦法是一個計算起來比較輕易而且正確度很高解耦方法。它關(guān)鍵思緒是以一個通道控制器其它通道輸出影響干擾，和控制回路之間耦合是經(jīng)過前饋控制原理控制。這種方法是依據(jù)被控對象數(shù)學模型設計，所以此種方法不能應用在那些控制對象數(shù)學模型不夠確定系統(tǒng)上面，適用范圍也有一定不足。3.2.4模糊解耦法及其優(yōu)越性一般解耦控制方法是在系統(tǒng)較正確數(shù)學模型上建立，不過并不是全部控制系統(tǒng)正確數(shù)學模型全部能夠輕而易舉建立。模糊解耦不需要系統(tǒng)有很正確數(shù)學模型，進行起來比較簡單。通常模糊解耦能夠劃分成兩種：一個方法先解耦控制對象，接著再針已經(jīng)由多變量解耦而成單變量開始設計后面模糊控制系統(tǒng)；另一個方法是實現(xiàn)對控制器解耦，對有多個變量模糊控制規(guī)則進行模糊子空間劃分。實現(xiàn)問題是在建立一個試探搜索基礎上。在實際控制中,被控對象通常全部不止一個而是有很多個，多個變量之間往往存在一定耦合關(guān)系。為了很好完成控制任務，必需設置好多個控制回來才行。作為控制回路增加，二者相互作用耦合效應也會越來越嚴重，這種往往是由系統(tǒng)中各控制回路輸入信號引發(fā)，不過每一個回路輸入全部會影響到其它回路輸出。模糊控制因為不需要正確數(shù)學模型所以擺脫了這種其它方法無法擺脫束縛,這是一個新控制解耦方法，所以本系統(tǒng)選擇了模糊解耦方法，并針對本控制系統(tǒng)設計了模糊控制器。由教授們研究結(jié)果可知，采取模糊方法來解耦，控制起來相對穩(wěn)定，系統(tǒng)調(diào)整反應時間段，擁有較強抗干擾能力，魯棒性和動態(tài)品質(zhì)也全部比較不錯，因為模糊解耦含有很多優(yōu)點，所以得到了很多教授學者普遍關(guān)注和研究，未來發(fā)展前景一片光明。多種解耦方法適應控制對象不一樣，模糊解耦這種方法適應于模糊系統(tǒng)，系統(tǒng)模糊程度越高越能表現(xiàn)出改控制方法優(yōu)越之處，所以很適適用于溫室環(huán)境這么復雜而又模糊系統(tǒng)控制。第4章模糊控制系統(tǒng)設計4.1模糊控制系統(tǒng)方案模糊控制是建立在模糊集合理論、模糊語言及模糊邏輯之上一個控制，屬于非線性智能控制。模糊控制系統(tǒng)通常原理為：把被控量理想值和t時刻測量值作出比較，進而得到偏差e，再計算出偏差改變率ec，然后，e和ec分別量化為模糊量E和EC，然后進行模糊決議，模糊決議是依據(jù)E、EC和模糊控制規(guī)則R依據(jù)推理合成規(guī)則，得到模糊控制量u，最終把前面計算模糊控制量u反模糊化成正確量U，作用在被控制對象身上，這么不停循環(huán)下去從而實現(xiàn)對被控對象模糊控制，來達成系統(tǒng)解耦目標。模糊控制是經(jīng)過教授知識和經(jīng)驗使用是控制對象控制方法，通常采取“if條件，then結(jié)果”這么描述形式，所以，通常被稱為控制語言。它通常見于在一個嚴密數(shù)學模型對象模型控制，它能夠用來控制依據(jù)是經(jīng)驗和知識人（教授）。圖4-1所表示就是模糊控制基礎原理：圖4-1模糊控制系統(tǒng)原理框圖它關(guān)鍵部分為模糊控制器。模糊控制器能夠直接在軟件中設計，自己填寫所需要數(shù)據(jù)，模糊控制基礎過程為：計算機經(jīng)過傳感器得到各個被控量正確數(shù)據(jù)，接著把采樣得到數(shù)據(jù)跟理論設定值進行比較得到一個誤差信號E；通常取E當做是模糊控制器其中一個輸入，把誤差E正確值模糊化得到E模糊量，然后用對應模糊語言替換誤差E模糊量；這就能夠得到誤差E模糊語言集合e，再由e和模糊控制規(guī)則R(模糊關(guān)系)依據(jù)推理合成規(guī)則進行模糊決議，得到模糊控制量u為：(4-1)式中u為一個模糊量；為了得到正確控制量方便對控制對象施加，還要把u模糊量進行反模糊化最終就能夠得到正確控制量U：有了正確控制量后，因為實施機構(gòu)只能接收模擬量，所以還要把正確量進行數(shù)模轉(zhuǎn)化，然后才能對被控對象施加正確控制；接著用一樣方法進行下一次采樣，完成下一次控制……。如此不停反復下去，被控對象模糊控制就能夠得以實現(xiàn)。模糊控制跟其它控制方法相比較，關(guān)鍵有一下多個特點：(1)模糊控制能夠不用建立正確數(shù)學模型，只要能夠掌握相關(guān)領(lǐng)域教授以往知識和經(jīng)驗或操作或是經(jīng)過實踐得到數(shù)據(jù)，所以比較適合數(shù)學模型難以正確被控過程，和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)不是很清楚等場所。(2)模糊控制是基于語言變量控制器，它控制規(guī)則僅僅是經(jīng)過語言變量這種形式來定性表示，不需要經(jīng)過狀態(tài)方程和傳輸函數(shù)來表示，只要從教授學者經(jīng)驗和知識中提煉出規(guī)則，直接用給定語言變量，然后利用推理方法來觀察和控制。(3)系統(tǒng)含有很強魯棒性強，能很好用在時延系統(tǒng)、時變、非線性、控制中。(4)不一樣見解就能夠設計出不一樣目標函數(shù)，她們語言控制規(guī)則是沒有聯(lián)絡屬于相互獨立，即使如此，不過對系統(tǒng)整體設計起到了協(xié)調(diào)作用。圖4-2是模糊控制器結(jié)構(gòu)圖，由圖中能夠看出其有三部分組成：正確量模糊化，庫模糊推理，模糊量反模糊化。圖4-2模糊控制器組成正確量模糊化把一個清楚正確量變成模糊量過程叫做正確量模糊化，輸入量種類不一樣那么她隸屬度也會是不一樣，比如，溫度，溫度高低也能夠劃分為好多個等級很冷，冷，常溫，熱、很熱。通常在利用過程中要把正確量進行離散化，就是進行連續(xù)取值然后分成多個部分，每一部分對應一個模糊集?？刂葡到y(tǒng)偏差和偏差改變率稱為該變量基礎論域，假使偏差基礎論域為[-x，+x]，偏差所取模糊集論域為(-n，-n+1,…0，n-1,n),這么就能夠得到正確量模糊化量化因子k：(4-2)規(guī)則庫和推理機模糊控制器規(guī)則是依據(jù)領(lǐng)域教授學者知識或?qū)嶋H操作人日積月累得來經(jīng)驗，這是一個靠人直覺推理出來語言。模糊規(guī)則通常是由一套連接在一起關(guān)系詞而成，如If-then，else-also，and-or等。本模糊控制系統(tǒng)輸入變量為e(誤差)和ec(誤差改變率)，那么它們對應語言變量為E和EC，得到模糊規(guī)則以下：R1：IfEisNBandECisNBthenUisPBR2：IfEisNBandECisNSthenUisPM通常把If…部分稱為“前提”而then…部分稱為“結(jié)論”。它基礎結(jié)構(gòu)能夠表示成IfAandBthenC，其中A和B分別是是論域U和V上一個模糊子集。由人為控制經(jīng)驗，可離線組織其控制決議表R，R是笛卡兒乘積集U×V上一個模糊子集，則某一時刻其控制量C由式給出：(4-3)規(guī)則庫是存放全部模糊控制規(guī)則一個庫，“推理機”在進行推理時提供控制規(guī)則。依據(jù)上面可知，控制規(guī)則多少跟模糊變量模糊子集劃分多少有直接關(guān)系。模糊子集劃分越多，控制規(guī)則數(shù)量也就越多，不過控制規(guī)則條數(shù)越多控制規(guī)則正確度也不一定高，規(guī)則庫是否正確往往跟教授知識經(jīng)驗是否正確相關(guān)。在設計模糊控制規(guī)則時，一定要把控制規(guī)則一致性、完備性、交叉性等考慮進去。完備性指是不管是哪一個輸入，全部有相對性控制規(guī)則來控制它。為了確保系統(tǒng)能完全被控制一定要要求控制規(guī)則含有完備性?？刂埔?guī)則交叉性是指控制規(guī)則之間不是孤立是存在一定關(guān)系?？刂埔?guī)則里面不能有相互對立規(guī)則這就是控制規(guī)則一致性。在現(xiàn)實過程中，操作人員即使能夠熟練地控制系統(tǒng)，但也不一定能歸納出控制語言。為此，模糊控制規(guī)則可由系統(tǒng)輸入和輸出產(chǎn)生，然后依據(jù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)控制規(guī)則。反模糊化：模糊量模糊控制決議得到。有必需將模糊量正確數(shù)量。它是從模糊集共同演繹映射（也叫判決）。就是在一個輸出范圍內(nèi)，找到一個被認可最含有代表性、可直接驅(qū)動控制裝置確實切輸出控制值。反模糊化關(guān)鍵判決方法有：加權(quán)平均法，最大隸屬度法和重心法。本系統(tǒng)采取是加權(quán)平均法進行反模糊化。4.2模糊邏輯控制器設計模糊邏輯控制器設計是整個模糊控制系統(tǒng)設計關(guān)鍵，MATLAB中模糊控制工具箱能夠很簡單便捷對其進行設計，其整體設計思緒以下圖4-3所表示：圖4-3模糊邏輯控制器結(jié)構(gòu)圖4.2.1測量信息模糊化1.輸入、輸出變量分析輸入變量各取值情況如表4-1所表示。表4-1輸入變量各個取值情況輸入變量物理論域[-10，+10][-1，+1][-15，+15]%[-5，+5]模糊子集：{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}量化等級13131313模糊論域：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}X1X2X3X4量化因子0.66.00.41.2輸出變量模糊子集E語言范圍為：{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}在MATLAB中依據(jù)系統(tǒng)真實輸入、輸出量個數(shù)來確定模糊控制器結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)設計中有兩個模糊控制器，不過一個模糊邏輯控制器有兩個輸入和一個輸出，即誤差e和誤差改變率ec為兩個輸入，和控制量u為輸出。值得注意是這里多個變量全部還是正確值。后面還要把它們轉(zhuǎn)化成模糊值。e，ec，u分別對應模糊量為E，EC和U。本系統(tǒng)輸入輸出設置圖4-4所表示：圖4-4輸入輸出設置圖2.隸屬函數(shù)確實定隸屬函數(shù)(membershipfunction)，是表示模糊集合數(shù)學工具。為了實現(xiàn)簡單、實時計算設計，本系統(tǒng)采取最簡單三角形隸屬函數(shù)，其隸屬度函數(shù)賦值如表4-2所表示表4-2模糊變量隸屬度賦值表模糊變量E/EC/U-6-5-4-3-2-10123456NB10.5NM0.510.5NS0.510.5Z0.510.5PS0.510.5PM0.510.5PB0.51在MATLAB中輸入輸出隸屬函數(shù)設計方法圖4-5所表示：圖4-5隸屬函數(shù)設計4.2.2模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則確實立是有一定標準:即系統(tǒng)輸出響應動靜態(tài)特征最好。系統(tǒng)穩(wěn)定性是最關(guān)鍵，假如偏差出現(xiàn)偏大或較大時應該以最快消除偏差來選擇控制量，假如偏差小時，這是控制量目標就是要阻止超調(diào)。拿溫度環(huán)境原因來說，她們模糊控制規(guī)則為：IFisandisTHENis模糊規(guī)則就確定就是依據(jù)領(lǐng)域教授學者權(quán)威經(jīng)驗，針對本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和對應輸入模糊集，得到了模糊控制規(guī)則條數(shù)為49條。在MATLAB中設計模糊規(guī)則圖4-6所表示：圖4-6模糊控制規(guī)則設計圖4.2.3模糊推理從不正確前提集合中得出可能不正確結(jié)論推理過程，又稱近似推理。在教授系統(tǒng)中，“if-then”規(guī)則并不總是表示邏輯公式，它們能夠看成是用于特殊情形產(chǎn)生式規(guī)則或決議規(guī)則。于是“ifx是AthenB”能夠解釋為：“假如x滿足條件A，則實施動作B”這里B能夠是對知識庫更新，也能夠是對某個過程驅(qū)動等等。模糊產(chǎn)生式系統(tǒng)和模糊邏輯系統(tǒng)不一樣之處關(guān)鍵是，模糊產(chǎn)生式規(guī)則被視為元級規(guī)則，且模糊產(chǎn)生式系統(tǒng)推理機是顯式，而模糊邏輯規(guī)則是經(jīng)過本身隱含推理機實施。模糊推理在模糊邏輯控制器設計過程中是很關(guān)鍵。本系統(tǒng)采取推理方法模糊模型，依據(jù)目前時間模糊控制輸入變量量化對應隸屬度值，然后找到對應模糊控制規(guī)則，這么我們就能夠得到控制量輸出模糊集。對于大滯后特點，對信號量應控制在EC=0周圍，經(jīng)過對量化模糊論域中偏差及偏差改變率依據(jù)領(lǐng)域教授知道及實際工作人員親身經(jīng)驗能夠推理出模糊控制規(guī)則，納入內(nèi)存中，方便以后用到。4.2.3反模糊化模糊邏輯控制器輸出量是一個模糊集合，反應是不一樣控制語言組合，所以輸出模糊子集中正確數(shù)量控制輸出，這是從模糊集一般集映射判決(清楚化)。判決方法有多中，前面已經(jīng)介紹過，在本系統(tǒng)中為了得到正確控制要求，所以本系統(tǒng)利用是加權(quán)平均法來得到模糊控制輸出控制量。其表示式為(4-4)上述公式中，n是模糊變量數(shù)量個數(shù)；而是模糊變量；是對應模糊變量隸屬度。經(jīng)過反模糊化后，就能夠得到非模糊正確量輸出，由一系列計算過程能夠得到模糊控制響應表，模糊控制響應規(guī)則表以下4-3所表示。表4-3模糊控制規(guī)則表UENBNMNSZPSPMPBECNBPBPBPMPMPSZZNMPBPMPSPSZZZNSPBPSZZZNSNMZPMPSZZNSNSNMPSPMZZZNSNMNBPMZZNSNSNMNBNBPBZNSNMNMNBNBNB第5章系統(tǒng)仿真和調(diào)試5.1系統(tǒng)仿真模型建立計算機仿真過程是依據(jù)所研究控制系統(tǒng)試驗要達成目標而建立起來系統(tǒng)仿真模型，并在不一樣條件下經(jīng)過計算機對建立系統(tǒng)模型進行動態(tài)運行過程。本系統(tǒng)采取是模糊解耦控制算法對溫室大棚溫濕度進行MATLAB仿真，使用其中simulink進行系統(tǒng)仿真。5.1.1Simulink仿真環(huán)境介紹Simulink是Simu和Link合成，所以它擁有仿真和連接功效，簡單地說就是這個軟件能夠使用鼠標在模型窗口上組建連接出自己想要控制系統(tǒng)模型，然后在模型窗口直接進行系統(tǒng)仿真。在實際工程中，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常全部比較復雜，要想輸入復雜控制系統(tǒng)到計算機中，并深入分析和仿真，只能利用專業(yè)能夠建立系統(tǒng)模型軟件來實現(xiàn)，由此可見，為了自己在未來工作中能夠愈加好發(fā)展一定要熟練掌握Simulink。Simulink是MATLAB軟件擴展，它和MATLAB不一樣之處它是基于Windows模型化圖形輸入而不是編程語言。經(jīng)過模型化圖形輸入，用戶只要明白模塊輸入、輸出和模塊作用。模型化圖形輸入就是Simulink中依據(jù)功效不一樣分類也不一樣基礎模塊，沒有必需知道模塊內(nèi)部是怎么連接實現(xiàn)。把這些已經(jīng)調(diào)用模塊在模塊窗口中搭建成自己想要系統(tǒng)模型（保留為.mdl文件），就能夠?qū)崿F(xiàn)仿真和分析。5.1.2Simulink仿真模型組成Simulink中仿真模型有認為多個基礎特點：(1)Simulink內(nèi)有很多接收模塊比如Scope（示波器），能夠看到清楚明了圖形顯示。(2)Simulink模型能夠經(jīng)過建設底層子系統(tǒng)構(gòu)建高層次母系統(tǒng)。(3)Simulink提供有子系統(tǒng)封裝功效，用戶能夠自己設置系統(tǒng)圖標和參數(shù)設置對話框。Simulink仿真基礎過程打開Simulink后，就能夠在Simulink中進行結(jié)構(gòu)自己需要模型然后進行仿真。其基礎方法是：打開空白模型窗口圖5-1所表示：圖5-1simulink建立模型窗口2.在Simulink模塊庫瀏覽界面,能夠找到自己需要模塊。把已經(jīng)選中那個模塊拖到已經(jīng)創(chuàng)建好模型窗口中，在模型窗口中就會出現(xiàn)剛才拖過來那個模塊。Simulink仿真模型庫圖5-2所表示：圖5-2simulink模型庫3.編輯窗口中模塊參數(shù)。渲染模塊只能經(jīng)過設置模型默認參數(shù)以此來滿足用戶需要，但有些時候要求有指定一組參數(shù)。此時就能夠打開模塊參數(shù)對話框，在彈出對話框中查看模塊默認參數(shù)，也能夠改變模塊參數(shù)設置。圖5-3所表示：圖5-3模型參數(shù)對話框4.在模型創(chuàng)建窗口，把自己所選擇各模塊連接，建立自己所需系統(tǒng)模型。5.在對話窗口輸入自己需要仿真模塊，然后連接進行仿真分析，同時仿真結(jié)果也能夠?qū)崟r顯現(xiàn)。在進行仿真時候假如到了自己需要地方，能夠點擊停止按鈕則仿真臨時停止，進行修改參數(shù)。6.假如對結(jié)果滿意，能夠保留模型。經(jīng)過Simulink進行仿真時，對于平時小簡單模型仿真，建模時方法等沒有太多要求；不過伴隨模型復雜，系統(tǒng)變得龐大，在采取Simulink建模擬真時，則需要進行科學、系統(tǒng)計劃。Simulink建模有以下多個基礎標準。子系統(tǒng)劃分要清楚往往一個大系統(tǒng)是把很多個小系統(tǒng)搭建起來而成，所以，對應大系統(tǒng)模型一樣由多個子模型組建而成。兩個子模型之間，除了必需信息聯(lián)絡，相互耦合作用較小，結(jié)構(gòu)清楚一樣也是很關(guān)鍵。(2)模型精度要合適系統(tǒng)工程不一樣，對系統(tǒng)要求正確程度也是不一樣。根據(jù)正確程度不一樣一樣系統(tǒng)模型能夠分成好多個等級。比如用在研究飛行器方面模型對正確度要求就比通常模型高，通常要考慮部分細小參數(shù)對整個系統(tǒng)影響，這類復雜系統(tǒng)仿真模型，需要相對高性能計算機來實現(xiàn)，也有對模型精度要求相對較低，比如飛行員平時訓練飛行模擬器。模型要有針對性系統(tǒng)模型應該只包含跟研究內(nèi)容相關(guān)模塊，一個系統(tǒng)不一定只有一個模型，假如研究目標不一樣那么所選擇模型就不一樣。建模要從總體角度出發(fā)指是假如要想把部分模塊做成更大模塊，首先要考慮那些合成模塊。按以上方法本文所畫系統(tǒng)仿真模型圖5-4所以：圖5-4系統(tǒng)仿真模型5.2仿真調(diào)試該系統(tǒng)性能是經(jīng)過設置各模塊參數(shù)和DecouplingControlSubsystem這個子系統(tǒng)解耦參數(shù)來進行改善。當設定溫度設為20%，濕度設定值為70%，幾次調(diào)試后發(fā)覺αT=0.09，αH=0.02（正確到小數(shù)點后兩）時仿真結(jié)果最合理。5.3仿真結(jié)果分析經(jīng)過數(shù)次參數(shù)修改和系統(tǒng)調(diào)試，得到最終仿真結(jié)果圖5-5所表示：圖5-5系統(tǒng)仿真結(jié)果圖結(jié)論本課題屬于交叉學科，相對于其它課題而言綜合性比較大。本文提出了一個多輸入多輸出智能解耦控制系統(tǒng)基于MATLAB，并采取了很多新知識和新研究結(jié)果在學術(shù)領(lǐng)域上。在最終試驗調(diào)試中，系統(tǒng)表現(xiàn)出運行可靠，測量數(shù)據(jù)也較為正確，能夠滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科學生產(chǎn)和現(xiàn)代化管理要求?？傮w看來，本系統(tǒng)含有以下特點:(1)本系統(tǒng)采取了模糊解耦控制技術(shù)，使溫室大棚內(nèi)溫度和濕度調(diào)整能夠達成理想控制效果。和傳統(tǒng)溫室環(huán)境控制技術(shù)相比較，使得系統(tǒng)運行費用有了一定降低，能夠節(jié)省很多人力和物力資源，降低了資源浪費，也對溫室能源起到了一定節(jié)省。(2)在軟件方面，用是MATLAB進行系統(tǒng)仿真設計，不僅能增加測量和控制過程穩(wěn)定性，而且還能避免因人失誤而造成讀取數(shù)據(jù)和進行技術(shù)時誤差。(3)本系統(tǒng)擁有很好圖形界面，結(jié)果一目了然，操作起來也很方便。本課題僅僅是在溫室溫濕度之間智能解耦控制方面進行了一定研究和仿真，因為時間倉促和試驗條件不完善，還有很多細節(jié)存在一定不足需要深入研究和學習。而且本系統(tǒng)關(guān)鍵以溫室大棚秋季溫度和濕度調(diào)控為研究對象，研究范圍不完整，應該選擇十二個月中各個季節(jié)進行全方面研究，這么能夠使得控制范圍更廣泛更含有應用性，在農(nóng)業(yè)中推廣起來也更可靠。謝辭本課題是在指導老師XX細心教導和不停督促和監(jiān)督下完成。經(jīng)過多個月斷斷續(xù)續(xù)學習和交流，我學到了很多東西，這些全部是以往在大學課堂上不愿意去學習不過又對我未來有很大幫助東西，對于老師給我?guī)椭谶@里我想表示對她真誠謝意。在本課題開題過程和中期檢驗中，還得到了眾多同學和老師熱心指導和幫助，在此表示真摯感謝。最終，再次尤其感謝我導師XX老師，還有那些無私幫助我同學，她們在課題進展、學習、研究和仿真設計中給我?guī)椭驼樟希@些全部是我完成本課題源動力和后背力量。參考文件盧佩，劉效勇.溫室大棚溫濕度模糊解耦控制系統(tǒng)設計和仿真.農(nóng)機化研究，（1）：44-47黃力櫟，胡斌，羅昕.溫濕度解耦模糊控制系統(tǒng)研究.農(nóng)機化研究，（2）：56-59朱虹.基于模型溫室環(huán)境控制算法研究.南京：東南大學，師黎.智能控制試驗和綜合設計指導.北京：清華大學出版社,張瑞華.溫室環(huán)境自動監(jiān)控.計算機和農(nóng)業(yè),（2）：8-10馮冬青，謝宋和等.模糊智能控制.北京：化學業(yè)出版社，魯燕，何曉娥，陸海燕，李萍萍.中國正確農(nóng)業(yè)發(fā)展情況及前景展望.江蘇農(nóng)機和農(nóng)藝，，30（3）：8-10張曾科.模糊數(shù)學在自動化技術(shù)中應用.北京：清華大學出版社，鄧璐娟.智能溫室模型和控制策略研究.上海：上海大學，楊汝清.智能控制工程.上海：上海交通大學出版社，孫優(yōu)賢.多變量解耦控制系統(tǒng).浙江大學學報，1980（3）：17-19章衛(wèi)國，楊向忠.模糊控制理論和應用.西北工業(yè)大學出版社，1999王濤，王艷平等.模糊控制系統(tǒng)設計及穩(wěn)定性分析.科學出版社，李秋紅，葉志峰，徐愛民.自動控制原理試驗指導.國防工業(yè)出版社，王沫然，陳懷坤.Simulink4建模及動態(tài)仿真.電子工業(yè)出版社，MohandMokhtari.MATLAB和Simulink工程應用.電子工業(yè)出版社，陳曉平，李長杰.MATLAB及其在電路和控制理論中應用.中國科學技大學出版社，石辛民.模糊控制及MATLAB仿真.北京：清華大學出版社,外文資料翻譯UltrasonicdistancemeterDocumentTypeandNumber:UnitedStatesPatent5442592Abstract:Anultrasonicdistancemetercancelsouttheeffectsoftemperatureandhumidityvariationsbyincludingameasuringunitandareferenceunit.Ineachoftheunits,arepetitiveseriesofpulsesisgenerated,eachhavingarepetitionratedirectlyrelatedtotherespectivedistancebetweenanelectroacoustictransmitterandanelectroacousticreceiver.Thepulsetrainsareprovidedtorespectivecounters,andtheratioofthecounteroutputsisutilizedtodeterminethedistancebeingmeasured.PublicationDate:08/15/1995PrimaryExaminer:Lobo,IanJ.A.BACKGROUNDOFTHEINVENTIONThisinventionrelatestoapparatusforthemeasurementofdistanceand,moreparticularly,tosuchapparatuswhichtransmitsultrasonicwavesbetweentwopoints.Precisionmachinetoolsmustbecalibrated.Inthepast,thishasbeenaccomplishedutilizingmechanicaldevicessuchascalipers,micrometers,andthelike.However,theuseofsuchdevicesdoesnotreadilylenditselftoautomationtechniques.Itisknownthatthedistancebetweentwopointscanbedeterminedbymeasuringthepropagationtimeofawavetravellingbetweenthosetwopoints.Onesuchtypeofwaveisanultrasonic,oracoustic,wave.Whenanultrasonicwavetravelsbetweentwopoints,thedistancebetweenthetwopointscanbemeasuredbymultiplyingthetransittimeofthewavebythewavevelocityinthemediumseparatingthetwopoints.Itisthereforeanobjectofthepresentinventiontoprovideapparatusutilizingultrasonicwavestoaccuratelymeasurethedistancebetweentwopoints.Whenthemediumbetweenthetwopointswhosespacingisbeingmeasuredisair,thesoundvelocityisdependentuponthetemperatureandhumidityoftheair.Itisthereforeafurtherobjectofthe,presentinventiontoprovideapparatusofthetypedescribedwhichisindependentoftemperatureandhumidityvariations.B.SUMMARYOFTHEINVENTIONTheforegoingandadditionalobjectsareattainedinaccordancewiththeprinciplesofthisinventionbyprovidingdistancemeasuringapparatuswhichincludesareferenceunitandameasuringunit.Thereferenceandmeasuringunitsarethesameandeachincludesanelectroacoustictransmitterandanelectroacousticreceiver.Thespacingbetweenthetransmitterandthereceiverofthereferenceunitisafixedreferencedistance,whereasthespacingbetweenthetransmitterandreceiverofthemeasuringunitisthedistancetobemeasured.Ineachoftheunits,thetransmitterandreceiverarecoupledbyafeedbackloopwhichcausesthetransmittertogenerateanacousticpulsewhichisreceivedbythereceiverandconvertedintoanelectricalpulsewhichisthenfedbacktothetransmitter,sothatarepetitiveseriesofpulsesresults.Therepetitionrateofthepulsesisinverselyrelatedtothedistancebetweenthetransmitterandthereceiver.Ineachoftheunits,thepulsesareprovidedtoacounter.Sincethereferencedistanceisknown,theratioofthecounteroutputsisutilizedtodeterminethedesireddistancetobemeasured.Sincebothcountsareidenticallyinfluencedbytemperatureandhumidityvariations,bytakingtheratioofthecounts,theresultantmeasurementbecomesinsensitivetosuchvariations.C.DETAILEDDESCRIPTIONA.principleofultrasonicdistancemeasurement1,theprincipleofpiezoelectricultrasonicgeneratorPiezoelectricultrasonicgeneratoristheuseofpiezoelectriccrystalresonatorstowork.Ultrasonicgenerator,theinternalstructureasshowninFigure1,ithastwopiezoelectricchipandaresonanceplate.Whenit'stwopluspulsesignal,thefrequencyequaltotheintrinsicpiezoelectricoscillationfrequencychip,thechipwillhappenpiezoelectricresonance,andpromotethedevelopmentofplatevibrationresonance,ultrasoundisgenerated.Conversely,ifthetwoarenotinter-electrodevoltage,whentheboardreceivedultrasonicresonance,itwillbeforvibrationsuppressionofpiezoelectricchip,themechanicalenergyisconvertedtoelectricalsignals,thenitbecomestheultrasonicreceiver.Thetraditionalwaytodeterminethemomentoftheecho'sarrivalisbasedonthresholdingthereceivedsignalwithafixedreference.Thethresholdischosenwellabovethenoiselevel,whereasthemomentofarrivalofanechoisdefinedasthefirstmomenttheechosignalsurpassesthatthreshold.Theintensityofanechoreflectingfromanobjectstronglydependsontheobject'snature,sizeanddistancefromthesensor.Further,thetimeintervalfromtheecho'sstartingpointtothemomentwhenitsurpassesthethresholdchangeswiththeintensityoftheecho.Asaconsequence,aconsiderableerrormayoccurEventwoechoeswithdifferentintensitiesarrivingexactlyatthesametimewillsurpassthethresholdatdifferentmoments.Thestrongeronewillsurpassthethresholdearlierthantheweaker,soitwillbeconsideredasbelongingtoanearerobject.2,theprincipleofultrasonicdistancemeasurementUltrasonictransmitterinadirectiontolaunchultrasound,inthemomenttolaunchthebeginningoftimeatthesametime,thespreadofultrasoundintheair,obstaclesonhiswaytoreturnimmediately,theultrasonicreflectedwavereceivedbythereceiverimmediatelystoptheclock.Ultrasoundintheairasthepropagationvelocityof340m/s,accordingtothetimerrecordsthetimet,wecancalculatethedistancebetweenthelaunchdistancebarrier(s),thatis:s=340t/2B.UltrasonicRangingSystemfortheSecondCircuitDesignSystemischaracterizedbysingle-chipmicrocomputertocontroltheuseofultrasonictransmitterandultrasonicreceiversincethelaunchfromtimetotime,single-chipselectionof8751,economic-to-use,andthechiphas4KofROM,tofacilitateprogramming.CircuitschematicdiagramshowninFigure2.Drawonlythefrontrangeofthecircuitwiringdiagram,leftandrightinfrontofRangingRangingcircuitsandthesamecircuit,itisomitted.1,40kHzultrasonicpulsegeneratedwiththelaunchRangingsystemusingtheultrasonicsensorofpiezoelectricceramicsensorsUCM40,itsoperatingvoltageofthepulsesignalis40kHz,whichbythesingle-chipimplementationofthefollowingprocedurestogenerate.puzel:mov14h,#12h;ultrasonicfiringcontinued200msRanginginfrontofsingle-chipterminationcircuitP1.0inputport,singlechipimplementationoftheaboveprocedure,theP1.0portina40kHzpulseoutputsignal,afteramplificationtransistorT,thedrivetolaunchthefirstultrasonicUCM40T,issued40kHzultrasonicpulse,andthecontinuedlaunchof200ms.Rangingtherightandtheleftsideofthecircuit,respectively,theninputportP1.1andP1.2,theworkingprincipleandcircuitinfrontofthesamelocation.2,receptionandprocessingofultrasonicUsedtoreceivethefirstlaunchofthefirstpairUCM40R,theultrasonicpulsemodulationsignalintoanalternatingvoltage,theop-ampamplificationIC1AandafterpolarizationIC1BtoIC2.IC2islockedloopwithaudiodecoderchipLM567,internalvoltage-controlledoscillatorcenterfrequencyoff0=1/1.1R8C3,capacitorC4determinetheirtargetbandwidth.R8-conditioninginthelaunchofthecarrierfrequencyontheLM567inputsignalisgreaterthan25mV,theoutputfromthehighjump8feetintoalow-level,asinterruptrequestsignalstothesingle-chipprocessing.Ranginginfrontofsingle-chipterminationcircuitoutputportINT0interruptthehighestpriority,rightorleftlocationoftheoutputcircuitwithoutputgateIC3AaccessINT1portsingle-chip,whilesingle-chipP1.3andP1.4receivedinputIC3A,interruptedbytheprocesstoidentifythesourceofinquirytodealwith,interruptprioritylevelforthefirstleftrightafter.Partofthesourcecodeisasfollows:3,thecalculationofultrasonicpropagationtimeWhenyoustartfiringatthesametimestartthesingle-chipcircuitrywithinthetimerT0,theuseoftimercountingfunctionrecordsthetimeandthelaunchofultrasonicreflectedwavereceivedtime.Whenyoureceivetheultrasonicreflectedwave,thereceivercircuitoutputsanegativejumpintheendofINT0orINT1interruptrequestgeneratesasignal,single-chipmicrocomputerinresponsetoexternalinterruptrequest,theimplementationoftheexternalinterruptservicesubroutine,readthetimedifference,calculatingthedistance.Foraflattarget,adistancemeasurementconsistsoftwophases:acoarsemeasurementand.afinemeasurement:Step1:Transmissionofonepulsetraintoproduceasimpleultrasonicwave.Step2:Changingthegainofbothechoamplifiersaccordingtoequation,untiltheechoisdetected.Step3:Detectionoftheamplitudesandzero-crossingtimesofbothechoes.Step4:Settingthegainsofbothechoamplifierstonormalizetheoutputat,say3volts.Settingtheperiodofthenextpulsesaccordingtothe:periodofechoes.Settingthetimewindowaccordingtothedataofstep2.Step5:Sendingtwopulsetrainstoproduceaninterferedwave.Testingthezero-crossingtimesandamplitudesoftheechoes.Ifphaseinversionoccursintheecho,determinetootherwisecalculatetobyinterpolationusingtheamplitudesnearthetrough.Derivetsubm1andtsubm2.Step6:Calculationofthedistanceyusingequation.D.Fourth,theultrasonicrangingsystemsoftwaredesignSoftwareisdividedintotwoparts,themainprogramandinterruptserviceroutine,showninFigure3(a)(b)(c)below.Completion