温室温度控制系统的神经网络PID控制_屈毅

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1、第27卷第2期农业工程学报Vol.27No.22011年2月TransactionsoftheCSAEFeb.2011307温室温度控制系统的神经网络PID控制12111屈毅，宁铎，赖展翅，程琪，穆丽宁（1．咸阳职业技术学院电信系，咸阳712000；2．陕西科技大学电信学院，西安710021）摘要：建立温室温度控制系统的数学模型。针对温室温度控制系统存在的大滞后、大惯性等问题,考虑到常规PID控制器自适应能力差、鲁棒性不强等缺陷，提出采用将具有较强的自组织、自学习和自适应能力的径向基神经网络与常规PID相结合构成R

2、BF-PID控制策略，自适应调整PID控制器的参数。在该控制策略中，采用RBF神经网络辨识器实现温度控制系统的Jacobian矩阵信息在线辨识，对RBF-PID控制器控制参数在线自整定。研究结果表明：RBF-PID控制器可使温室温度控制系统动态响应快、鲁棒性强、稳态精度高、超调量小、抗扰动能力强，具有良好的控制效果。关键词：温室，神经网络，自适应，数学模型温度控制doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.02.053中图分类号：TP183文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011

3、)-02-0307-05屈毅，宁铎，赖展翅，等.温室温度控制系统的神经网络PID控制[J].农业工程学报，2011，27(2)：307－311.QuYi,NingDuo,LaiZhanchi,etal.NeuralnetworksbasedonPIDcontrolforgreenhousetemperature[J].TransactionsoftheCSAE,2011,27(2):307－311.(inChinesewithEnglishabstract)藉此可忽略温室内空气与土壤表层间的热量交换；2）在0引言本

4、文计算土壤传热时，可忽略温室内土壤的横向传热，现代温室能够通过人工控制温室内环境因素，满足只考虑纵向方向的一维传热；3）温室内的农作物(如西红农作物的最佳生长条件，使农作物生长环境得到优化，柿)冠层温度分布均匀。有效地改善农业生态，提高土地的产出率和社会经济效考虑到农作物蒸腾作用对于温室内温湿度的影响，益。大量的理论和实践研究结果表明：合适的生态环境，采用文献[1]提出的含控制量的温室温度数学模型,见式尤其是合适的温度环境，能够大幅提高农作物的产量。（1）。等式（1）右边各项依次为通过温室覆盖层交换的但温室环境系统

5、由于自身的复杂性，各种环境因素之间热量、通风时温室内外的热量交换、温室吸收的太阳能、相互影响，采用传统的控制方法很难达到最佳的控制效作物蒸腾作用吸收的热量和温度调控设施所提供的热[1]果。量。为此，将神经网络与常规PID控制律相融合，充分dTinVcρρ=hATtTt(()(−+))cVtTt()(()−ρρccoutininout利用径向基函数神经网络（radicalbasisfunction，RBF）dt非线性映射能力和学习力，实时调整PID控制器的控制TtkQt())+−+−()λEtAQtt()()inra

6、dcheatd参数，构成的参数可调、自适应性强的神经网络RBF-PID（1）控制器。该控制器可以很好的实现温室温度系统的高品温室内种植的农作物蒸腾作用会影响到温室环境温[2]质控制。度和湿度，是进行温室温度控制所必需考虑的因素。通1温室温度控制系统数学模型过对陕西关中中部地区，夏季和冬季温室小气候和蒸腾速率的实验数据分析，参照文献[3]提出的方法，计算得因不同地区温、光、水、气、肥等条件的不同，所出夏季和冬季陕西关中地区温室农作物蒸腾速率与温室建立的温室温度控制系统模型从结构到控制方法有很大环境气候要素之间的定量关

7、系式见式（2）～式（4）所的不同。本文以陕西关中地区温室的物理过程进行分析。示。此类温室结构是热水管道加热、单层透明覆盖物（薄膜⎧winter:λE=+0.24Q75.2VPDradin或玻璃）、天窗通风以及农作物生长环境的自动控制。⎨（2）⎩summer:λEQ=0.25依据该地区温室的实际情况，为了重点突出研究对rad象的本质，在建立温室温度控制系统的数学模型时必须17.4Tine=0.6107exp（3）in对研究对象作必要的简化：1）温室内农作物生长的空气239+Tin环境均匀，温室内空气温度与土壤表层温度

8、可视为相同，VPD=e(1−RH)（4）ininin温室的温度控制模型如式（1）所示，其中Qheat(t)的收稿日期：2010-07-22修订日期：2010-12-12表达式如式（5）所示。作者简介：屈毅（1974－），男，陕西乾县人，博士研究生，主要从事随QtCH()=⋅eat()t（5）机分布控制、鲁棒控制以及非线性系统研究。咸阳咸阳职业技术学院电信he