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1、10申请公布号CN102354119A43申请公布日20120215CN102354119ACN102354119A21申请号201110261514922申请日20110901G05B13/0420060171申请人山东省农业科学院科技信息工程技术研究中心地址250100山东省济南市工业北路202号信息中心72发明人不公告发明人54发明名称一种设施农业环境智能控制方法57摘要本发明属设施农业环境控制领域，可以对温室大棚、畜禽舍等环境内的温度、湿度、CO2浓度、有害气体浓度等环境因子进行智能控制，本方法适用于大滞后、多输入多输出、非线性、难以建立数学模型的设施农业环境控制系统。本发明针对温室大。
2、棚和畜禽舍等设施农业环境控制系统特点，提出了一种新型MPT智能控制算法，并加入模糊控制，发明MPT控制算法与模糊控制相结合的分段控制策略。当偏差大于某一域值时，通过操态选择，选择模糊控制，不存在抗饱和积分问题，使用模糊控制规则确定输出；当偏差减小到域值以下时，切换转入MPT算法控制，减小响应过程中的超调，最终消除余差。此方法解决传统PID算法超调大、响应时间长，模糊控制精度欠佳的缺点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102354128A1/1页21MPT控制算法，其特征是对PID算法加以改进，增加了微分积分作用，所以使常规PID。
3、算法中的积分饱和现象得到较大缓解，PID改进算法公式为输出P1/T11/TD1/M1/T11/TD，在式中，T为滞后时间与控制周期的比值，T1，D表示微分作用；P用于调整微分和比例的大小，P增加，相当于同时将微分时间增加及减少比例带；反之，P减少，相当于同时将微分时间减少和增大比例带；M类似积分时间，可用于调整积分和微分积分的大小，T用于调整微分与比例的相互比例成分；如果T1，则微分作用为0，如果M0，则积分作用为0；这样，控制参数还是3个，但是同原参数概念不同，所以，定义为MPT控制算法。2MPT控制算法与模糊控制相结合的分段控制策略当偏差大于某一域值时，通过操态选择，选择模糊控制，不存在抗。
4、饱和积分问题，使用模糊控制规则确定输出；当偏差减小到域值以下时，切换转入MPT算法控制，减小响应过程中的超调，并最终消除余差，其特征在于1把人的经验与控制理论融合在一起的设计方法；2能够处理定性与定量、模糊与精确的信息。权利要求书CN102354119ACN102354128A1/3页3一种设施农业环境智能控制方法技术领域0001本发明属设施农业环境控制领域，可以对温室大棚、畜禽舍等环境内的温度、湿度、CO2浓度、有害气体浓度等环境因子进行智能控制，本方法适用于大滞后、多输入多输出、非线性、难以建立数学模型的设施农业环境控制系统。背景技术0002在温室大棚、畜禽舍等设施农业环境中，其控制系统模。
5、型很难建立，具有大滞后、多输入多输出、非线性等特点。在传统的控制方法中PID算法可以实现精细控制，使系统准确跟踪设定值，但减小超调和提高控制精度是难以两全其美的。在现代控制理论中，模糊控制可充分利用现场及专家的经验，具有响应速度快、超调小、过渡时间短等优点。比PID控制调节速度快、鲁棒性好，但模糊控制稳态精度欠佳，只能实现粗略控制。发明内容0003本发明针对温室大棚和畜禽舍等设施农业环境控制系统特点，提出了一种新型的MPT智能控制算法，对PID算法加以改进和保留，并加入模糊控制，采用在论域内用不同控制方式分段控制，发明MPT控制算法与模糊控制相结合的分段控制策略。当偏差大于某一域值时，通过操态。
6、选择，选择模糊控制，不存在抗饱和积分问题，使用模糊控制规则确定输出；当偏差减小到域值以下时，切换转入MPT算法控制，减小响应过程中的超调，并最终消除余差。具结构如图1所示，这样就综合了MPT控制和模糊控制的优点，从而提高了控制算法的灵敏度和控制精度。取得理想的控制效果。00041、MPT算法0005常规的PID控制算法就是对偏差的比例，积分和微分。数学表达式是00060007其中KDKPTD/T20008KIKPT/TI30009式中K采样序号0010UK第K次采样时刻的控制系统输出0011EK第K次采样时刻输入的偏差0012EK采样开始到第K次采样时刻之间偏差的累积和0013EK第K次与第K。
7、1次采样时刻输入的偏差之差0014KP比例系数0015KI积分系数0016KD微分系数0017T采样周期说明书CN102354119ACN102354128A2/3页40018TI积分时间0019TD微分时间0020算法构成简单表示如下0021输出比例作用P积分作用I微分作用D40022在常规PID控制系统中，减少超调和提高控制精度是难以两全其美的，这主要是积分作用有缺陷造成的。如果减少积分作用，则余差不易消除，而且有扰动时，消除误差速度变慢，而当加强积分作用时，振荡过程加剧，又难以避免超调。因此，对PID算法部分加以改进如下0023输出比例作用P积分作用I微分作用D微分积分作用I50024由。
8、于增加了微分积分作用，所以使常规PLD算法中的积分饱和现象得到较大缓解。不过从5式中可以看到，原有参数已经较难确定了，又增加了一个新参数I，所以这些参数必然互相影响，使得新参数更加难以确定。经过认真研究和实验分析，比例作用与微分作用的比值和积分作用与微分作用的比值可取相同的值，并且比例作用与微分作用的最佳比值同控制对象的滞后时间有关。滞后时间越大，则比例作用响应减少，而微分作用响应增加。两者存在的关系如下0025比例作用K1/T60026微分作用K11/TD70027在6和7两式中，K为系数，T为滞后时间与控制周期的比值，T1，D表示微分作用。0028由此得出PID改进算法公式为0029输出P。
9、1/T11/TD1/M1/T11/TD80030在8式中，P用于调整微分和比例的大小，P增加，相当于同时将微分时间增加及减少比例带。反之，P减少，相当于同时将微分时间减少和增大比例带。M类似积分时间，可用于调整积分和微分积分的大小，T用于调整微分与比例的相互比例成分。如果T1，则微分作用为0，如果M0，则积分作用为0。0031这样，控制参数又减少为3个，由于常规PID参数的定义只根据算法本身，其特点是不需要考虑被控对象的精确模型，而改进后的3个控制参数，由于同原参数概念不同，所以，定义为MPT控制算法，具体含义如下0032M50为保持参数。0033M50定义为输出值为50时，控制对象基本稳定后。
10、的测量值与输出0时稳定后的测量值的差值。M值越小，系统积分作用越强。M值越大，积分作用越弱积分时间增加。如果M0，则系统取消积分作用。0034P为速率参数0035P与每个控制周期内输出变化100时测量值对应变化的大小成反比，其数值定义如下P100每秒钟被控参数的变化值。一般利用自整定方法确定P的最佳值，P值对调节中的比例和微分均有作用。P值越大，比例、微分作用成正比增加，而P值越小，比例、微分作用相应减弱。P参数与积分作用无关。0036T为滞后时间参数0037T定义为升温速率达到最大值的635时所需要的时间，T值单位是秒S。引入说明书CN102354119ACN102354128A3/3页5参。
11、数T并正确设置时可以完全解决温度控制的超调现象及振荡现象，同时使控制响应速度最佳。T值的变化，可对调节作用中的比例和微分起作用，T值越小，比例作用越强，微分作用越弱。T值越大，则比例作用减弱，微分作用增强。如果T小于等于控制周期，则微分作用被完全取消，这时，系统的调节规律将成为比例或比例积分调节规律。00382、智能控制功能0039所谓智能控制，就是具有某种智能特征的控制。这种智能特征包括1把人的经验与控制理论融合在一起的设计方法；2具有在线学习、修改和生成新知识的能力；3能够处理定性与定量、模糊与精确的信息；4具有比传统控制更强的逻辑推理、分析决策的能力。智能控制是传统控制理论方法的发展，它是控制理论、计算机技术和人工智能技术相结合的产物，因此它具有自适应、自学习和自组织的能力。00403、模糊控制功能0041模糊控制方法不依赖于对象模型，它对复杂的和模型不清楚的系统能进行简单而有效的控制，它是利用被控对象的动态信息，依据规则知识进行推理获得合适的控制量，因而具有较强的鲁棒性。附图说明0042图1智能控制方法结构图0043图2智能控制方法软件实现框图具体实施方式0044分段控制智能控制方法应用于智能控制系统的决策模块，其软件实现如图2所示。说明书CN102354119ACN102354128A1/1页6图1图2说明书附图CN102354119A。