温室温湿度解耦控制策略

陈俐均 杜尚丰 梁美惠

摘要：生产型温室的温湿度调控大多采用简单的比例积分微分（proportional integral derivative，PID）控制策略，但温湿度模型具有强耦合特性，导致基于PID控制的温湿度变化相互影响，设定点跟踪效果不理想。本研究提出一种温湿度解耦控制方法，首先构建温室温湿度机理模型，将其转换为仿射非线性系统，利用坐标变换和非线性状态反馈，将原系统解耦为2个独立的积分加时延系统;然后基于此等价系统设计PID控制器，使系统状态有效跟踪设定值;最后进行仿真验证。结果表明，提出的解耦策略可以解除温湿度间的耦合关系，基于PID控制器的解耦温湿度系统设定值跟踪效果良好。

关键词：温室;温湿度;非线性控制系统;解耦;PID控制

中图分类号： S625. 5+1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）01-0216-05

温室特殊的结构形成了一个与外界大气候环境相对隔离的内部小气候环境，内部环境的调控直接影响作物产量、品质以及整个生产周期的经济效益[1-2]。温室环境因子受到室外可测不可控干扰以及控制设备输入等的影响[3]，具有强耦合特性[4]，这种特性使得基于模型的温室环境调控算法设计复杂度增大，各环境因子的控制并不完全独立，控制回路相互耦合[5]。

对于温室环境调控，国内外研究集中于设计一系列优化算法来调控温湿度2种关键因子。优化控制方法主要包括模糊逻辑算法、神经网络算法、遗传算法以及预测控制等[6]。其中模糊控制[7]为不依赖模型的控制，这类控制策略在一定程度上可以提高温室生产的自动化程度，但究其本质仍是一种经验控制，此类控制较少涉及实际系统状态与设定值的偏差大小。……