基于人工氣候室的溫濕度控制
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1 控制方案
人工氣候室是具有恒溫、恒濕、恒CO2、恒光照功能，同時也具備調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)CO2、調(diào)光照功能的大型實驗設(shè)備，是生物、遺傳、醫(yī)學(xué)、農(nóng)林業(yè)等生產(chǎn)和科研部門的理想實驗設(shè)備，廣泛應(yīng)用于植物的發(fā)芽、育苗、組織細胞和微生物的培養(yǎng)等。它主要由主控制柜、溫濕度控制設(shè)備、CO2濃度控制設(shè)備及光照強度控制設(shè)備等組成。
在內(nèi)蒙古大學(xué)生物學(xué)院人工氣候室控制系統(tǒng)性能要求中，對溫度的控制要求最高，要求控制精度在±1℃，其次是對濕度的控制要求，控制精度要求在±5～±10％。同時，為了模擬植物生長環(huán)境的周期性特點，系統(tǒng)設(shè)有分時段運行控制，不同時段的溫濕度設(shè)定值不同。因此，人工氣候室溫濕度控制的主要難點有：
1)溫濕度控制對象的非線性時變性、大滯后性等；
2)溫度濕度的耦合性；
3)在由一個時段運行結(jié)束跳轉(zhuǎn)至下一時段運行時，系統(tǒng)溫濕度瞬時誤差可能很大，對控制造成很大困擾；
4)對光照、CO2進行控制時的內(nèi)部干擾和系統(tǒng)本身的外部環(huán)境干擾嚴重。
由理論可知，PID控制能夠做到無靜差控制，模糊控制抗干擾能力強適應(yīng)性強，同時響應(yīng)速度快。根據(jù)以上理論同時綜合考慮該人工氣候室溫濕度控制的難點，提出以下控制方案如圖1所示，即：
1)相對于溫度變化對濕度的影響，濕度變化對溫度的影響可忽略，因此先對溫度進行控制，直到溫度控制滿足系統(tǒng)要求再對濕度進行控制，解決溫濕度耦合問題；
2)濕度控制精度要求不高，但需要克服多種干擾，因此，用模糊控制對濕度進行控制既可以滿足要求；
3)溫度控制除了涉及精度、干擾等問題，同時還有時段跳轉(zhuǎn)時的平滑快速控制問題，因此用模糊控制與模糊PID控制分時復(fù)用的方法對溫度進行控制。用模糊控制的快速適應(yīng)性實現(xiàn)平滑快速的控制，用模糊PID控制實現(xiàn)強抗干擾性的精確控制。
2 控制器設(shè)計
2．1 濕度模糊控制器
模糊控制是建立在模糊數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，模仿人的思維方式，總結(jié)人的操作經(jīng)驗，并用模糊語言和一系列的模糊條件語句，描述控制策略；然后通過計算機或?qū)Ｓ媚K實現(xiàn)這些規(guī)則，完成控制作用。模糊控制的一個優(yōu)越性在于它不依賴被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，因此，在工業(yè)過程中，對于那些無法獲得數(shù)學(xué)模型或模型粗糙復(fù)雜的、非線性的、時變的或是耦合十分嚴重的系統(tǒng)，模糊控制非常適合。就二維模糊控制，其原理圖如圖2所示。
濕度模糊控制器的輸入為濕度誤差eh和濕度誤差變化率ehc，輸出為濕度控制執(zhí)行器加濕器的開和關(guān)狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)實際運行環(huán)境可知，濕度誤差eh和濕度誤差變化率ehc的實際論域均為[-30％，30％]。
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