人工气候箱温湿度模糊控制粗谈

人工气候箱是一种模拟自然环境中与植物生长有关的温度、湿度和光照等因素,创造局部人工气候的一种实验设备。它为用户提供了一种理想的人工气候试验环境,不仅可用作植物的发芽、育苗、组织细胞、微生物的培养;还可用作昆虫、小动物的饲养,水体分析的BOD测定以及其他用途的人工气候试验。人工气候箱又被叫做智能人工气候箱，人工气候培养箱，与光照培养箱相比，它能够控制更多的参数变化。光照培养箱能够控制温度是光照度，而人工气候箱则可以控制温度、湿度和温度参数，另外还可以自行设定运行时间。通常人工气候箱需要控制箱体内的温度、湿度和光照度。光照是通过各种日光灯照明实现,其控制采用开关控制,实现简单,但是温度和湿度的控制就比较复杂。人工气候箱控制的核心问题是温度和湿度控制的精度以及响应速度等。

人工气候箱内部气流循环控制流程为:气候箱上电后,循环风机就开始运行,循环风机使箱体内的气流不停的流动,使箱体中的气流最终达到相同的温度和湿度。循环过程中气流首先经过加湿器增加气流需要的湿度,再经过制冷器降低气流的温度和湿度,然后经过加热器增加气流的温度,最后回到箱体和其中气体混合,达到需要的温度和湿度。人工气候箱是一种非线性耦合滞后系统,其控制的核心问题是箱体内的温度、湿度。然而,目前复杂非线性耦合及滞后系统完善有效控制策略的缺乏,导致这类系统的实时有效控制存在很大的困难,常规的控制方法通常很难达到要求。目前正在兴起和发展的人工智能研究,为复杂非线性系统的控制开辟了一条新路。当前人工气候箱的温湿度流行的控制方法还是PID控制,而且控制仪表通常都是采用独立、通用的温度控制仪表和湿度控制仪表,由于人工气候箱不同的箱子控制对象变化比较大,这些通用的控制方法适应性比较差,而且温度和湿度的单独控制,没有考虑到它们的强耦合作用,控制的精度一般都无法令人满意。但是，新研究的模糊控制和模糊解耦的方法控制温湿度,既能提高控制精度,又可提高控制算法的鲁棒性和自适应能力。人工气候箱温度和湿度的控制是相互耦合的。这样,温湿度的控制实质上就是一个大滞后、强耦合系统的控制问题。而模糊控制器是不依赖于系统的数学模型的,免去了辨识系统的麻烦,具有很好的鲁棒性和自适应性,很适合模型不确定、参数变化等控制场合,正好可以适应人工气候培养箱温度湿度控制。