基于模糊自整定PID的温室温度控制系统设计及仿真-江苏农业科学.PDFVIP

江苏农业科学　２０１６年第４４卷第１２期 — ３８３— 余欢乐，方永锋．基于模糊自整定ＰＩＤ的温室温度控制系统设计及仿真［Ｊ］．江苏农业科学，２０１６，４４（１２）：３８３－３８６． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１６．１２．１１８ 基于模糊自整定 ＰＩＤ的温室温度控制系统设计及仿真 余欢乐，方永锋 （贵州工程应用技术学院机械工程学院，贵州毕节５５１７００） 　　摘要：温室温度系统是一个大时滞、非线性的复杂系统，传统的控制方法效果不甚理想。因此，本研究设计一种基 于模糊自整定ＰＩＤ控制方法的温室温度控制系统，可根据温度偏差和温度偏差变化率实时整定ＰＩＤ控制器的参数。 控制系统以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机为控制核心，采用ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器实现对温室温度的采集，通过控制电加热炉的加 热功率来调节温室的热量输入，起到控制温室温度的作用。并在Ｍａｔｌａｂ１１．０／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，建立模糊自整定ＰＩＤ 控制器的仿真模型，通过仿真发现该方法比常规ＰＩＤ控制方法具有更好的鲁棒性，能够实现良好的控制效果。 　　关键词：温室大棚；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真；单片机；温室温度；控制系统；鲁棒性 ＋ 　　中图分类号：ＴＰ２７３；Ｓ６２５．５１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０１６）１２－０３８３－０３ 　　随着大棚技术的发展和普及，温室大棚已经成为农业生 产活动的重要场所。但是，我国的温室目前大都比较简单，自 动化程度低下，基本上各项操作作业都靠人工完成。由于人 工操作的不准时、不精确，影响农作物的生长环境，从而影响 温室生产效率和经济性。目前，单片机技术被广泛应用到工 业生产的各个领域，为人们的生产生活提供了极大的便利。 本研究将单片机应用于温室温度控制系统，对温室温度实行 智能化控制，满足农作物的最佳生长温度，使农作物的生长环 ２　系统硬件设计 境得到优化，有效提高土地产出和社会经济效益。而对于温 室温度系统而言，因其具有非线性、大时滞和大惯性等特点， 温室温度控制系统硬件主要包括温度采集模块、温度设 采用常规的ＰＩＤ控制方法难以取得满意的控制效果。因此， 定和显示模块、核心控制模块、Ｄ／Ａ转换模块和可控硅调功 本研究还提出一种模糊自整定ＰＩＤ控制方法，通过建立模糊 模块，下面主要介绍核心控制模块、温度采集模块、Ｄ／Ａ转换 控制规则，在线整定ＰＩＤ控制器的３个参数Ｋ、Ｋ、Ｋ，使其 模块和可控硅调功模块。 ｐ ｉ ｄ 保持最佳控制状态。 ２．１　核心控制模块 本研究选用ＳＴＣ８９Ｃ５２芯片作为控制器，它是 ＳＴＣ公司 １　系统简介 生产的一种低功耗、高性能ＣＭＯＳ８位微控制器，具有８ｋＢ在 在温室大棚中，为了提高温室所培育作物的产量和生产 系统可编程 Ｆｌａｓｈ存储器。ＳＴＣ８９Ｃ５２使用经典的ＭＣＳ－５１ 效率，须要辅助以一定的人工热源对温室温度进行有效控制。 内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统５１单片机不具备 通常以电加热炉作为管道端头的热源，通过调节电加热炉的 的功能。它的工作电压范围很宽，可在５．５～３．８Ｖ范围内稳 加热功率进行温度控制。温室温度控制系统也是个典型的嵌 定工作，且有各种封装，极大地方便了用户。在单芯片上，拥 入式应用系统，在目前低端嵌入式系统微处理器的市场中，５１ 有灵巧的８位ＣＰＵ和在系统可编程Ｆｌａｓｈ，使得ＳＴＣ８９Ｃ５２为 ［１］ ［１］ 单片机占有绝对主