Нечеткая логика в системе автоматического управления тепличным комплексом

Введение 5
1 Описание параметров микроклимата теплицы 7
2 Математическая модель тепличного комплекса 9
2.1 Система управления температурой в теплице 10
2.2 Система управления влажностью воздуха в теплице 15
2.3 Система освещения 16
2.4 Система контроля влажности почвы 17
3 Система с нечетким логическим регулятором 19
3.1 Архитектура нечеткого регулятора 20
3.2 Определение лингвистических переменных и термов 21
3.3 Настройка нечеткого регулятора температуры 24
3.3.1 Формирование базы правил 24
3.3.2 Фаззификация входных переменных 25
3.4 Настройка нечеткого регулятора влажности 26
3.4.1 Формирование базы правил 26
3.4.2 Фаззификация входных переменных 27
4 Реализация системы управления в среде Simulink 29
5 Этапы получения желаемых параметров микроклимата 30
5.1 Агрегирование подусловий 30
5.2 Активизация подзаключений 30
5.3 Аккумулирование заключений 31
5.4 Дефаззификация выходных переменных 32
6 Результат работы системы с нечеткими регуляторами 33
Заключение 36
Список использованных источников 37
Приложение А 40
Приложение Б 41
Приложение В 42

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность проблемы. Важнейшей задачей сельскохозяйственного производства является обеспечение населения свежими овощами, фруктами, ягодами и зеленью круглый год. Для решения данной задачи около 25% всех производимых культур должны выращиваться в утепленном грунте, теплицах и парниках [9].
Благодаря своему высокому техническому оснащению сельскохозяйственные теплицы позволяют выращивать овощи круглогодично, во всех климатических зонах России. Они направлены на создание микроклимата, благоприятного требованиям растений, необходимого для их роста и развития, а также для защиты от окружающих погодных условий.
Тепличные комплексы чаще всего применяются в холодных странах, чтобы продлить сезон выращивания растений [9]. На сегодняшний день теплицы применяются по всему миру.
Среди технологических процессов, которые проводятся в теплицах, особую важность имеют процессы контроля и управления параметрами микроклимата теплиц. Важнейшими параметрами микроклимата теплицы являются влажность и температура воздуха внутри теплицы.
Необходимость точного контроля и поддержания параметров микроклимата в теплице обусловлена, с одной стороны, агротехническими требованиями, с другой стороны, соображениями энергосбережения. Так, например, в центральных областях России, когда температура внутренней воздушной среды теплиц превышает требуемую на 1?С, дополнительно расходуется 100 тонн условного топлива в год на 1 га площади теплицы. Примерно такая же величина избыточного расхода топлива возникает при превышении требуемых пределов контроля влажности воздуха в теплицах [9].

Весь текст будет доступен после покупки

1 Описание параметров микроклимата теплицы
Освещенность. Одним из важных параметров микроклимата в теплице является освещенность. Единицей измерения освещенности является Люкс. Данный параметр измеряется с помощью люксометров [1, 2]. Освещенность определяется как энергия света, падающего на поверхность определенной площади в единицу времени.
Скорость перемещения воздуха. Следующим параметром микроклимата теплицы является скорость перемещения воздушной массы в теплице. Единицей измерения служит м/с. Скорость перемещения воздуха в теплице измеряется с помощью анемометров [1, 2].
Температура. Одним из наиболее важных параметров является температура воздуха внутри тепличного комплекса. Температура характеризует степень нагретости воздуха, измеряется в градусах Цельсия, °С. Существуют множество устройств, предназначенных для контроля температуры воздуха. Однако в САУ широко применяются только термопары и термометры сопротивления [1, 2].
Относительная влажность воздуха. Следующим весьма важным параметром микроклимата является относительная влажность воздуха в теплице. Это физический параметр, который определяется как отношение давления водяного пара р к давлению насыщения водяного пара рн, при данной температуре, выраженное в процентах [5-8]. Приборы, используемые для измерения относительной влажности воздуха, называются гигрометрами.
Стоит обратить внимание, что относительная влажность воздуха тесно связана с величиной температуры и давления воздушной массы. Основываясь на известных зависимостях между термодинамическими параметрами влажного воздуха [5-7], в работе [3] была получена зависимость теплосодержания от температуры и относительной влажности воздуха:
I=at^2 ?+bt?+ct+dt, (1)
где a,b,c,d – это коэффициенты аппроксимирующего многочлена, полученные расчетным способом;
t – температура окружающего воздуха;
? - относительная влажность воздуха.
Таким образом, выражение (1) показывает, что, зная только два параметра, температуру и относительную влажность воздуха, можно с высокой степенью достоверности судить о микроклимате в теплице. С одной стороны, это обстоятельство повышает требования к системам контроля влажности и температуры, с другой стороны, позволяет исключить контроль некоторых параметров, которые аналитически связаны с температурой и влажностью воздуха теплицы. Последнее обстоятельство позволяет создавать более простые, надежные и недорогие САУ микроклиматом.
2 Математическая модель тепличного комплекса
Рассматривается теплица А-образного типа с размерами 0.4 м, 0.37 м, 0.3 м (длина, ширина, высота) с покрываемой площадью 14.8 м2. Материалом остекления, использованным при моделировании, является однослойная полиэтиленовая пленка [9].
Уменьшение движения воздуха и воздухообмена приводит к более высокой температуре воздуха, чем температура наружного воздуха. Температуру в теплице можно снизить, используя естественную или принудительную вентиляцию. Наличие урожая внутри теплицы также влияет на температуру. Все эти факторы учтены в модели теплицы.
В рассматриваемой системе температура регулируется скоростью вращения вентилятора (охлаждение) и системой отопления (нагрев). Установленное значение различных датчиков выбирается владельцем теплицы в зависимости от состояния выращиваемого растения.
Как правило, теплица состоит из чтырех частей, показанных на рисунке 1 [9], т. е. покрытия теплицы, почвы, растений и внутреннего воздуха. Покрытие теплицы отделяет внешнюю среду от внутренней среды. Оно может состоять из полиэтилена, стекла или поликарбоната.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Солдатов В. В. Микропроцессорная система автоматизированного контроля влажности зерна и воздуха в хранилище / В. В. Солдатов, Ю. А. Судник, Савосин С.И. - Текст : непосредственный // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве. — М. : изд-во «Известия», 2008. — С. 373–376.
2. Левшина Е. С. Электрические измерения физических величин : Измерительные преобразователи / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. — Л. : Энергоатомиздат, 1983. - 286 с. - Текст : непосредственный.
3. Иванченко О. И. Автоматическая система непрерывного дистанционного контроля влажности и температуры воздуха : Автореф. дис. канд. техн. Наук / О.И. Иванченко ; Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет. – СПб, 2007. — 20 с. Текст : непосредственный.
4. Дорожкин А. А. Рабочие записи по введению в системы нечеткого вывода : Учебно–методическое пособие // ФГАОУ ВО «СПбПУ» / г. Санкт-Петербург — 16 с. : формулы — Текст : непосредственный.
5. Берлинер М. А. Измерения влажности / М.А. Берлинер. — М. : Энергия, 1973. — 25 с. Текст : непосредственный.
6. Берлинер М. А. Оценка погрешностей влагомеров // Измерительная техника. — 1969. - №4. — 65-67 с. Текст : непосредственный.
7. Берлинер М. А. Электрические методы и приборы для измерения и регулирования влажности / М.А. Берлинер. — М., Л. : Госэнергоиздат, 1969. — 78 с. : формула — Текст : непосредственный.

Весь текст будет доступен после покупки