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《分?jǐn)?shù)階pid控制器在蔬菜大棚》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、第３８卷第１期西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)２０１６年１月Vol?３８No?１JournalofSouthwestUniversity(NaturalScienceEdition)Jan?２０１６DOI:１０?１３７１８/j?cnki?xdzk?２０１６?０１?０２９分?jǐn)?shù)階PID控制器在蔬菜大棚溫度控制中的應(yīng)用研究①秦君琴,李興財(cái),楊有貞１?寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院,銀川７５００２１;２?寧夏沙漠信息智能感知重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,銀川７５００２１摘要:利用分?jǐn)?shù)階PID控制方法,通過基本假設(shè)進(jìn)行模型建立,進(jìn)行了大棚室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)
2、的控制研究．?dāng)?shù)值仿真方法分析并比較了傳統(tǒng)PID控制器、模糊PID控制器以及分?jǐn)?shù)階PID控制器的控制效果．研究結(jié)果表明,分?jǐn)?shù)階PID控制器相對另外兩種控制器具有更快的提高控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性和魯棒性的優(yōu)點(diǎn)．關(guān)鍵詞:蔬菜大棚;溫度控制;分?jǐn)?shù)階PID控制中圖分類號:TK２３３?１＋３文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:１６７３９８６８(２０１６)０１０１７９０４蔬菜的生長,尤其反季節(jié)蔬菜的生長,需要特定的、適宜的溫度．當(dāng)溫度條件達(dá)不到農(nóng)作物生長的需求時,這些植物便生長不良,影響產(chǎn)量甚至枯萎．因此,適時地調(diào)節(jié)蔬菜大棚的溫度,使農(nóng)作物的
3、生長始終處于最佳溫度環(huán)境就顯得尤為重要了．由于溫室的溫度變化是一個非線性的、滯后的復(fù)雜過程,所以借助智[１]能控制器來實(shí)現(xiàn)溫室溫度的控制顯得尤為重要．近幾年,有學(xué)者對此問題進(jìn)行了研究．賈芳云等人、李珂[２][３]等人均采用了模糊PID控制方法,實(shí)現(xiàn)了溫度環(huán)境的有效控制;張素等人利用基于遺傳算法的模糊神[４]經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器來控制溫室的溫度;李倩等人建立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(又稱誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))預(yù)測模型對大棚溫度進(jìn)行控制．可見,對于溫度環(huán)境的控制方面基于模糊PID控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制研究較多．而與傳統(tǒng)的模糊PI
4、D控制方法以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型相比,分?jǐn)?shù)階PID控制器具有更加靈活、更[５]加簡單和好的魯棒性等優(yōu)點(diǎn),因此,現(xiàn)在越來越多的控制系統(tǒng)使用分?jǐn)?shù)階PID控制器．于蓮芝等人將分[６]數(shù)階PID控制器應(yīng)用于勵磁控制系統(tǒng)中．劉順安等人利用分?jǐn)?shù)階PID控制器對配流盤的位置進(jìn)行了精確控制．但關(guān)于大棚溫度的控制研究比較缺乏．為此,鑒于分?jǐn)?shù)階PID控制器在復(fù)雜系統(tǒng)的精確控制方面的顯著優(yōu)點(diǎn),本文探索性地將分?jǐn)?shù)階PID控制器用于對蔬菜大棚的溫度進(jìn)行控制,并通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)分析討論了其有效性．１基本假設(shè)與模型建立１?１左分?jǐn)?shù)階積分與
5、左分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)[７]先給出最常用的與RＧL分?jǐn)?shù)階微積分定義相應(yīng)的左RＧL分?jǐn)?shù)階積分與導(dǎo)數(shù)的定義．定義１(左RＧL分?jǐn)?shù)階積分)設(shè)函數(shù)f(t)定義在開區(qū)間(c,d)上,次數(shù)μ＞０,則μ的左RＧL分?jǐn)?shù)階積分定義為①收稿日期:２０１４１０２１基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(１１２０２１１２)．作者簡介:秦君琴(１９７７),女,寧夏中衛(wèi)人,副教授,主要從事復(fù)分析及在力學(xué)中的應(yīng)用研究．２西南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)http://xbbjb?swu?edu?cn第３８卷t－μ１(t－)μ－１cDtf(t):＝ξf(ξ)dξ(１)Γ
6、(v∫)c其中Γ(x)為伽馬函數(shù)．定義２(左RＧL分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù))設(shè)函數(shù)f(t)定義在開區(qū)間(c,d)上,次數(shù)v＞０,n是大于v的最小整數(shù),且σ＝n－v,則v的左RＧL分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)定義為tnv１d(t－)σ－１aDtf(t):＝∫nξf(ξ)dξ(２)Γ(σ)dta１?２分?jǐn)?shù)階PID控制器分?jǐn)?shù)階PID控制器的一般形式為PIλμ,其中,任意實(shí)數(shù)λ和Dμ分別是積分階次與微分階次．當(dāng)λ＝μ＝１就是整數(shù)階PID控制器．當(dāng)λ＝０,μ＝１為PD控制器,λ＝１,μ＝０時為PI控制器．顯然,這后兩種控制器都是分?jǐn)?shù)階PIλμ控制器的特殊
7、情況．D[５]分?jǐn)?shù)階PID控制器的傳遞函數(shù)為KIμGc(s)＝Kp＋λ＋KDsλ,μ＞０s１?３分?jǐn)?shù)階積分、微分算子的有理函數(shù)逼近l０[８]１)KI(s)＝的有理逼近函數(shù)為λs?s??s??s??＋１÷?＋１÷??＋１÷l１èa１?èa２?èam?gnm(s)＝λ?n＝１,２,３,?,m＝１,２,３,?(３)ω１?s??s??s??＋１÷?＋１÷??＋１÷èω１?èω２?èωn?１１１εl０?l１?λ(１－λ)?l１?１－λλ其中:a１＝,l１＝l０×１０２０,l２＝ε,ωi＝?÷ωi－１,ai＝?÷ωi,l０＝
8、ωc,ωc為KI(s)對數(shù)T１０２０èl２?èl２?幅頻特性的穿越頻率,ε為允許的最大誤差．μ的有理逼近函數(shù)[８]為２)KD(s)＝b０s?s??s??s??＋１÷?＋１÷??＋１÷μè?è?è?ω１b１b２bmrnm(s)＝?n＝１,２,３,?,m＝１,２,３,?(４)k１?s??s??s??＋１÷?＋１÷??＋１÷èω１?èω２?èωn?１１b０ε?l１?μ(１－μ)
