基于多变量模糊控制的人工气候室系统设计

摘要

随着城镇化进程的加快，农业现代化水平的发展越来越受到国家的重视。人工气候室迎合我国农业发展的大趋势，能够有效的提高农业生产率和农业科研水平，具有很高的研究价值。本文完整开发了一套人工气候室系统，从各方面对人工气候室进行了详尽的设计。
　　首先，针对气候室气象因子难以调控的问题，分析了气候室具有大滞后，惯性等特点，提出采用模糊控制的方法。结合多变量模糊控制理论，对模糊控制的一般建立过程进行了讨论，创新性的将分层多规则集结构应用于实际工程中。通过确定模糊控制器结构、模糊化、建立隶属函数、制定模糊控制规则、模糊推理、反模糊化等一系列过程，得到最终的控制规则查询表，为各气象因子的控制提供了理论指导。
　　其次，对气候室进行了结构设计，规划了人工气候室的总体布局，进行了密封保温设计，选择了各气象因子的控制设备并确定了安装位置。提出了控制系统硬件总体设计方案，选择威纶通触摸屏作为系统上位机，选择西门子S7-200 PLC作为系统下位机控制器，对模拟量及数字量模块、各类传感器、报警模块等进行了硬件设计，绘制了电气控制原理图，完成了电气控制柜的安装及布局布线等工作。
　　再次，开发了上位机各个复杂的功能界面，对主要界面进行了详细的介绍。对“设定数据”与“采集数据”这两大类数据进行了管理，对趋势图显示、历史记录等功能进行了开发。对下位机的控制算法、时段切换、短信报警功能以及PC机网络监控功能进行了具体设计。
　　最后，进行了现场调试，得到了最终的实验结果。分析了调试过程中所遇到的各类硬件干扰问题、软件缺陷问题，提出了解决问题的办法。通过现场试运行，得到了实验数据，对照趋势图进行分析，发现气候室运行稳定，且满足精度要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国外人工气候室的研究现状

1．2．2 国内人工气候室的研究现状

1．2．3 模糊控制算法研究现状

1．2．3 国内人工气候室的主要问题

1．3 主要研究内容和论文结构

第2章 总体设计方案

2．1 系统功能

2．2 技术指标

2．3 系统总体设计

2．3．1 总体设计方案

2．3．2 控制系统总体设计方案

2．4 本章小结

第3章 人工气候室模糊控制算法研究

3．1 人工气候室的特点

3．2 模糊控制算法概述

3．2．1 模糊控制器结构

3．2．2 模糊控制的一般设计过程

3．3 人工气候室模糊控制算法的具体设计

3．3．1 温度控制

3．3．2 湿度控制

3．3．3 CO2浓度控制

3．4 本章小结

第4章 人工气候室结构设计及控制系统硬件方案

4．1 气候室结构设计

4．1．1 总体布置

4．1．2 密封保温设计

4．1．3 设备选择及安装

4．2 控制系统硬件选择与设计

4．2．1 上位机选择

4．2．2 下位机控制器选择及设计

4．2．3 模拟量扩展模块

4．2．4 数字量扩展模块

4．2．5 传感器的选择

4．2．6 短信报警模块

4．3 电气控制柜的设计

4．3．1 电气原理图设计

4．3．2 工艺设计

4．4 本章小结

第5章 人工气候室控制系统软件设计

5．1 软件开发环境介绍

5．1．1 下位机软件开发环境

5．1．2 上位机软件开发环境

5．2 下位机软件设计

5．2．1 气象因子控制

5．2．2 时段切换

5．2．3 短信报警软件设计

5．3 上位机软件设计

5．3．1 界面设计

5．3．2 数据管理

5．3．3 通信

5．4 网络监控设计

5．4．1 局域网监控

5．4．2 互联网监控

5．5 本章小结

第6章 系统调试及实验结果

6．1 所遇问题

6．1．1 硬件干扰问题

6．1．2 软件问题

6．2 实验结果

6．3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢