基于模糊解耦PID控制的微型植物工廠溫濕度控制系統

樊文建，夏昕

（亳州職業技術學院，安徽 亳州 236800）

微型植物工廠是在一個半封閉的生產系統，其內部植物的生長受到很多因素的影響和制約，本課題選取影響植物生長的兩個重要因素—溫度和濕度進行研究，現階段研發的植物工廠控制系統，普遍采用PLC作為主控制器，并結合PID算法進行控制，這種控制方式存在非線性和大滯后，不能很好地滿足控制要求，控制效果不太理想。本文提出以傳統PID控制為基礎，通過模糊解耦解決溫濕度控制過程中存在的強耦合作用。

1 系統控制原理

傳統的PID控制是根據控制系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的，但無法對溫濕度之間的耦合作用進行補償。本文提出在傳統PID控制基礎上加上模糊解耦，控制系統原理圖如圖1所示，該系統能根據溫濕度之間的耦合作用大小，自動將補償量加到原有的溫濕度控制輸出量上，既有傳統控制系統的穩定性，又有自適應性，可有效解決溫濕度控制的控制精度。

圖1 系統控制原理圖

2 系統建模仿真

圖2 系統仿真模型

圖3 系統溫濕度仿真結果

本文采用Simulink軟件建立溫濕度控制系統的仿真模型，溫濕度控制子系統的數學模型都設置為帶有純滯后的二階慣性環節，在傳統PID控制基礎上，通過設置模糊補償器對溫濕度控制過程中存在的強耦合作用進行補償，系統建模如圖2所示，采用示波器模塊進行仿真結果的輸出。系統仿真結果如圖3所示，通過分析可以看出，溫度控制過程比較平穩，系統的超調量比較小，經過60min后基本趨于穩定，濕度控制過程中，前60min以內波動比較大，但后面逐漸趨于穩定。通過分析可以看出，本文提出的基于模糊解耦PID控制系統超調量較小，控制過程比較穩定。

3 結語

本文提出了基于模糊解耦的PID微型植物工廠溫濕度控制系統，并對該系統進行了建模仿真分析，分析表明該控制系統有效地解決了溫濕度控制過程中的強耦合作用，控制過程比較平穩，可以很好地實現微型植物工廠中溫濕度的控制要求。