人工氣候箱溫濕度模糊控制粗談

人工氣候箱是一種模擬自然環(huán)境中與植物生長有關(guān)的溫度、濕度和光照等因素,創(chuàng)造局部人工氣候的一種實驗設(shè)備。它為用戶提供了一種理想的人工氣候試驗環(huán)境,不僅可用作植物的發(fā)芽、育苗、組織細胞、微生物的培養(yǎng);還可用作昆蟲、小動物的飼養(yǎng),水體分析的BOD測定以及其他用途的人工氣候試驗。人工氣候箱又被叫做智能人工氣候箱，人工氣候培養(yǎng)箱，與光照培養(yǎng)箱相比，它能夠控制更多的參數(shù)變化。光照培養(yǎng)箱能夠控制溫度是光照度，而人工氣候箱則可以控制溫度、濕度和溫度參數(shù)，另外還可以自行設(shè)定運行時間。通常人工氣候箱需要控制箱體內(nèi)的溫度、濕度和光照度。光照是通過各種日光燈照明實現(xiàn),其控制采用開關(guān)控制,實現(xiàn)簡單,但是溫度和濕度的控制就比較復(fù)雜。人工氣候箱控制的核心問題是溫度和濕度控制的精度以及響應(yīng)速度等。

人工氣候箱內(nèi)部氣流循環(huán)控制流程為:氣候箱上電后,循環(huán)風機就開始運行,循環(huán)風機使箱體內(nèi)的氣流不停的流動,使箱體中的氣流最終達到相同的溫度和濕度。循環(huán)過程中氣流首先經(jīng)過加濕器增加氣流需要的濕度,再經(jīng)過制冷器降低氣流的溫度和濕度,然后經(jīng)過加熱器增加氣流的溫度,最后回到箱體和其中氣體混合,達到需要的溫度和濕度。人工氣候箱是一種非線性耦合滯后系統(tǒng),其控制的核心問題是箱體內(nèi)的溫度、濕度。然而,目前復(fù)雜非線性耦合及滯后系統(tǒng)完善有效控制策略的缺乏,導(dǎo)致這類系統(tǒng)的實時有效控制存在很大的困難,常規(guī)的控制方法通常很難達到要求。目前正在興起和發(fā)展的人工智能研究,為復(fù)雜非線性系統(tǒng)的控制開辟了一條新路。當前人工氣候箱的溫濕度流行的控制方法還是PID控制,而且控制儀表通常都是采用獨立、通用的溫度控制儀表和濕度控制儀表,由于人工氣候箱不同的箱子控制對象變化比較大,這些通用的控制方法適應(yīng)性比較差,而且溫度和濕度的單獨控制,沒有考慮到它們的強耦合作用,控制的精度一般都無法令人滿意。但是，新研究的模糊控制和模糊解耦的方法控制溫濕度,既能提高控制精度,又可提高控制算法的魯棒性和自適應(yīng)能力。人工氣候箱溫度和濕度的控制是相互耦合的。這樣,溫濕度的控制實質(zhì)上就是一個大滯后、強耦合系統(tǒng)的控制問題。而模糊控制器是不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學模型的,免去了辨識系統(tǒng)的麻煩,具有很好的魯棒性和自適應(yīng)性,很適合模型不確定、參數(shù)變化等控制場合,正好可以適應(yīng)人工氣候培養(yǎng)箱溫度濕度控制。