[發明專利]人工生態系統的模糊邏輯控制器

無效

• 申請號: 201210291039.4
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102799106A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 胡大偉;劉紅;李樂園;周瑞;張厚凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種自動調控人工生態系統的方法，主要針對空間受控生態生命保障系統和地面設施農業系統運行過程的控制與調節。?

背景技術

當前空間科技的發展已經解決了將人類送入太空的問題，但是怎樣支持人在太空數月甚至數年的長期生存，成了空間科技領域迫切需要解決的關鍵問題。最終的解決方案是將地面上的生態系統移植到外太空，使之成為受控的人工生態系統，通過有效地調控物質循環、能量流動和信息傳遞為航天員提供長期可持續的生命支持與保障。同時地面設施農業系統也屬于受控人工生態系統，與前者類似，也需要在人的正確干預下才能正常運行，并創造良好的經濟效益和生態效益。人工生態系統是由生物的生命活動及其與人工環境之間復雜的交互作用所驅動的，屬復雜系統，具有高度的非線性、時變性和不確定性，其運行過程常常也不會停留在固定的工作點上，并會受到各種內部變化和外部擾動的影響，因此傳統的方法如開環控制和PID控制等，都無法有效地對人工生態系統進行控制與調節，從而導致系統無法按照要求正常運行，甚至崩潰。人工生態系統非線性控制器的數學模型同樣難以通過解析和綜合的方法加以確定，或者通過該方法得到的控制器模型復雜，魯棒性和自適應性比較差，很難適應不斷變化的環境條件。?

目前模糊推理系統(Fuzzy?Inference?System,FIS)已經成功地運用到復雜系統的控制當中，由于能夠根據專業知識和專家經驗，通過自然語言而非數學語言對復雜系統的控制策略進行研制，使得它普遍應用于非線性系統控制器的實現。因此我們能夠運用FIS建立對系統運行過程進行模糊綜合評價和閉環控制的模糊邏輯控制器(Fuzzy?Logic?Controller,FLC)，使人工生態系統能夠按照要求穩定地運行，并具有良好的動態響應和抗擾動性能。它對我國空間生命保障系統的建立和地面設施農業的發展具有一定的意義。?

發明內容

本發明的目的是研制能夠調控包含小麥(Triticum?aestivum?L.)、蚯蚓(Eisenia?foetida?Savignnny)、微生物和人工環境的人工生態系統運行的FLC，使系統保持健康穩定地運行。為達到上述目的，采取的技術方案是：對實時在線測量系統的運行狀態進行模糊綜合評價，通過改變系統的4個關鍵因子——光強、溫度、濕度和曝氣速率來影響各生物的生長與代謝，進而對系統進行有效地調節，使之穩健地運行在理想的水平上。為實現自動控制，在MatLab/Simulink中建立FLC控制器的仿真模型，并通過MatLab/Real-Time?Workshop生成C代碼嵌入到單片機中，對FLC控制器進行快速原型設計，作為實際控制器。?

盡管本發明是針對特定的人工生態系統的FLC控制器，但其他人工生態系統可以在其具體特性和知識經驗的基礎上，對實現FLC功能的FIS的結構(隸屬度函數和模糊規則)及參數加以校正即可。?

附圖說明

圖1為本發明自動控制人工生態系統的方法流程圖；?

圖2為本發明建立的模型邏輯控制器結構圖。?

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的描述。?

1.基于數值仿真的FLC控制器設計?

在MatLab/Simulink平臺上，對FLC進行數值仿真設計，它包括7個輸入，同時也是運行的評價指標：小麥的生長速率(x₁)、蚯蚓的數量(x₂)、兩種主要微生物群落數量的乘積(x₃)、蚯蚓對植物不可食生物量的取食速率(x₄)、微生物對蚓糞的利用速率(x₅)、類土壤基質中小分子有機物的含量(x₆)和氣相中O₂與CO₂濃度的比值(x₇)和5個輸出：光強(u₁)、溫度(u₂)、濕度(u₃)、曝氣速率(u₄)和FIS的模糊綜合評價結果(u)。?