基于模糊PID控制器的叶菜温室测控系统设计与实现

摘要

随着计算机技术的快速发展，对农业温室环境的控制也向着智能化的方向发展，但农业温室环境是一个多因子相互耦合且时变的控制对象，难以进行精确地描述与建模。且江浙地区四季气候变化明显，夏季炎热潮湿，冬季寒冷干燥，昼夜温差及湿度差较大，而现有的测控系统控制模式固定，不能随着环境的变化而变化，达不到很好的控制效果。　　PID控制器在工业、农业的控制领域中被广泛应用，它具有性能稳定、实现简单的特点。当系统结构不清晰、无法进行精确建模时，使用PID技术较为理想。但如何对PID控制器进行参数整定是系统的关键问题，常规PID控制器的控制规则建立后一般固定不变，对系统运行工况变化的适应能力、抗干扰的能力不足，容易产生较大的超调。由于模糊控制是一种非线性的控制技术，可以根据现场运行环境的变化使用模糊逻辑推理完成决策，所以将模糊算法与PID控制器相结合来减小系统产生的超调，提升系统的响应速度及抗干扰能力。　　本文针对江浙地区气候变化的特点，通过对叶菜生长环境的研究，设计了基于模糊算法的PID控制器，用于实现对叶菜温室环境的调控。在控制器的设计中，以温度实际值与设定值的差值及其变化率为输入来决策输出量，运用模糊推理对PID控制器的三个参数Kp、Ki、Kd进行调整，使PID参数能够在线自整定，完善了PID控制器的自适应性能。　　最后，以江苏省农科院六合农业示范基地为试验对象对系统的实际运行效果进行测试，测试结果表明系统可以根据现场的实际情况对温室环境进行调控，控制过程超调小，响应时间较短，满足了现代精细农业对温室环境的控制需求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 研究内容及论文结构安排

第二章 系统总体设计

2.1 需求分析

2.2 总体方案设计

2.3 关键技术分析

2.4 本章小结

第三章 模糊PID控制器设计

3.1 叶菜生长环境因子分析

3.2 模糊控制的基本理论

3.3 模糊PID控制器的设计

3.4 本章小结

第四章 系统硬件平台设计

4.1 系统硬件设计总体方案

4.2 硬件传输模块

4.3 环境感知模块

4.4 设备控制模块

4.5 本章小结

第五章 系统软件的设计与实现

5.1 嵌入式网关测控模块

5.2 云服务器模块的设计与实现

5.3 基于Web的温室管理平台的设计与实现

5.4 本章小结

第六章 系统测试

6.1 系统软硬件测试环境

6.2 Web管理平台效果分析

6.3 控制效果实验验证与分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 创新点

7.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文