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境中與植物生長有關的溫度、濕度和光照等因素,創造局部人工氣候的一種實驗設備。它為用戶提供了一種理想的人工氣候試驗環境,不僅可用作植物的發芽、育苗、組織細胞、微生物的培養;還可用作昆蟲、小動物的飼養,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，人工氣候培養箱，與光照培養箱相比，它能夠控制更多的參數變化。光照培養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，另外還可以自行設定運行時間。通常人工氣候箱需要控制箱體內的溫度、濕度和光照度。光照是通過各種日光燈照明實現,其控制采用開關控制,實現簡單,但是溫度和濕度的控制就比較復雜。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速度等。

人工氣候箱內部氣流循環控制流程為:氣候箱上電后,循環風機就開始運行,循環風機使箱體內的氣流不停的流動,使箱體中的氣流最終達到相同的溫度和濕度。循環過程中氣流首先經過加濕器增加氣流需要的濕度,再經過制冷器降低氣流的溫度和濕度,然后經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,其控制的核心問題是箱體內的溫度、濕度。然而,目前復雜非線性耦合及滯后系統完善有效控制策略的缺乏,導致這類系統的實時有效控制存在很大的困難,常規的控制方法通常很難達到要求。目前正在興起和發展的人工智能研究,為復雜非線性系統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,溫濕度的控制實質上就是一個大滯后、強耦合系統的控制問題。而模糊控制器是不依賴于系統的數學模型的,免去了辨識系統的麻煩,具有很好的魯棒性和自適應性,很適合模型不確定、參數變化等控制場合,正好可以適應人工氣候培養箱溫度濕度控制。