基于混合逻辑动态系统的温室建模与控制

本项目研究温室小气候建模与控制问题，将混合逻辑动态的理论引入温室小气候系统，根据温室系统强干扰性、慢时变的特点，建立温室小气候的在线模型，并结合该模型与室外气象变化特点，对温室内的温湿度系统进行预测控制。. 目前温室的建模研究主要运用连续系统的建模理论。但是，我国从价格、可靠性、安装/调试/使用/维护的复杂性角度考虑，调节环境的执行机构大多数采用技术要求较低的开关设备。由于环境输入变量是连续的，而控制量是离散的，传统的古典控制理论和现代控制理论无法描述这一类系统。而采用常规的开关控制会加剧装备磨损和能源浪费。. 本项目将温室的开关逻辑变量与室外值等连续的输入变量归纳到一个体系，建立温室小气候的混合逻辑动态模型，并基于在线模型进行预测控制，反映了系统的本质特征，预测准确，减少设备开关次数，在应用上具有工程实际背景。

本项目针对中国温室控制系统主要由开关设备和可连续控制但无位置伺服反馈的设备构成，具有混杂系统的特性,研究基于混合逻辑动态系统的温室建模与控制，主要成果如下：.（1）在实验条件方面，更新简化了温室数据采集和控制模块，重新编写由现场监控子系统、数据库子系统和远程监控子系统三部分组成的功能软件，实现了温室不同区域的无线温湿度节点信息实时采集和远程智能监控系统。采用“轮询”法实现现场监控子系统和远程监控子系统中设备状态的同步，将基于Zernike矩的图像识别技术应用于双向型设备的状态检测，实现设备的自动校准。系统在中国科学技术大学信息学院试验温室部署，测试与运行表明，该系统操作简单、性能稳定、数据传输可靠，满足现代温室智能监控的需求。.（2）在温室作物研究方面，本研究以温室内的光温环境为参照，连续测定温室内环境因子的变化，通过对观赏植物金鱼草及鸡爪槭、大马士革玫瑰不同生长期的生长发育规律, 采用TEP法建立可以预测温室金鱼草及鸡爪槭、大马士革玫瑰出叶数、叶片长度、单株叶面积及叶面积指数的模拟模型, 可为温室盆栽作物生产中的光温精准调控提供理论依据与决策支持。.（3）研究建立了温室基于能量平衡和物质平衡的机理模型，在基质栽培金鱼草的试验温室条件下,将机理模型与实际运行数据得到的辨识模型相结合，建立了温室小气候的温度、湿度等在线模型，研究了有外源输入的自回归模型、稀疏有限脉冲响应的模型，并对模型进行了验证与仿真。.（4）研究在单一设备（天窗、风机、湿帘）以及多种环境调控设备协同工作时的混合逻辑动态模型。以实际数据分析、验证模型的有效性。在此模型基础上，提出包括温室小气候控制目标、设备开关次数和能耗为依据的预测控制性能指标，并研究控制量的快速求解算法，实现了温室小气候混合逻辑动态模型的预测控制。