[發(fā)明專利]基于多目標(biāo)灰色粒子群算法的溫室環(huán)境優(yōu)化控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710173446.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN107037728A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張武;張雪花;楊旭;王露嬌;蔡芮瑩;朱小倩;胡瑋煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫室環(huán)境控制方法領(lǐng)域，具體是一種基于多目標(biāo)灰色粒子群算法的溫室環(huán)境優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

溫室作物生產(chǎn)是高度密集型設(shè)施產(chǎn)業(yè)，相對(duì)于大田作物，溫室生產(chǎn)中不易受到外界氣候的干擾，可以滿足在不同發(fā)育周期生產(chǎn)者對(duì)作物的需求。農(nóng)業(yè)溫室通過控制器對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照條件等)進(jìn)行調(diào)控，使其處于溫室作物生長較適宜的狀態(tài)，并且提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)降低能源消耗。傳統(tǒng)的溫室控制模式多數(shù)依賴于生產(chǎn)者的先驗(yàn)知識(shí)，主觀性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性差、誤判率高，缺乏科學(xué)依據(jù)，不適用于當(dāng)今溫室生產(chǎn)的需求。目前解決實(shí)際溫室系統(tǒng)調(diào)控問題的關(guān)鍵在于研究功能強(qiáng)大的溫室環(huán)境控制技術(shù)，而高效的技術(shù)是以精確的模型結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，因此，研究適應(yīng)于現(xiàn)代溫室控制的模型結(jié)構(gòu)勢在必行。

目前溫室環(huán)境控制的研究主要集中在構(gòu)建實(shí)用的溫度、濕度模型和選取有效的優(yōu)化控制方法兩方面。在溫室環(huán)境建模方面，主要有Vanthoor模型、Bennis模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊模型、DSSAT模型等。在溫室環(huán)境控制方法研究中，主要采用各種智能控制方法，如PID控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、解耦控制、多目標(biāo)控制、進(jìn)化算法等。

在面向溫室環(huán)境優(yōu)化控制的模型領(lǐng)域，溫室系統(tǒng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，模型間存在性能差異，能夠滿足溫室環(huán)境控制需求的模型有限。在溫室環(huán)境控制領(lǐng)域，常規(guī)PID控制器會(huì)出現(xiàn)諸多問題，如參數(shù)整定不良、抗干擾能力差和對(duì)溫室環(huán)境的適應(yīng)性較差等情況；模糊控制器的參數(shù)易發(fā)生變化，且難以確定模糊規(guī)則和隸屬函數(shù)等，直接影響該控制器的使用性能；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在應(yīng)用中容易陷入局部極小點(diǎn)，收斂精度低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于多目標(biāo)灰色粒子群算法的溫室環(huán)境優(yōu)化控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)溫室控制方法存在的不足問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

基于多目標(biāo)灰色粒子群算法的溫室環(huán)境優(yōu)化控制方法，其特征在于：通過引入人工控制因素，以擴(kuò)展的自回歸模型ARX為基礎(chǔ)，構(gòu)建溫度、濕度及能耗成本多目標(biāo)模型函數(shù)，在此基礎(chǔ)上，采用灰色關(guān)聯(lián)理論和粒子群優(yōu)化算法PSO，面向溫室環(huán)境模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化控制，具體包括以下步驟：

(1)、多點(diǎn)采集溫室環(huán)境的溫度、濕度信息，運(yùn)用自適應(yīng)加權(quán)融合估計(jì)算法對(duì)采集的溫度、濕度信息在數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，以用于溫室環(huán)境建模和優(yōu)化控制；

(2)、通過引入人工控制因素，以擴(kuò)展的自回歸模型ARX為基礎(chǔ)，運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)的方法辨識(shí)出模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，構(gòu)建溫室環(huán)境溫度、濕度的擴(kuò)展的自回歸模型，并以溫室調(diào)控設(shè)備運(yùn)行中消耗的電量為參考建立能耗成本模型，具體過程如下：

(2.1)建立溫室環(huán)境溫度、濕度的擴(kuò)展的自回歸模型：

將溫室外環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速和光照強(qiáng)度視為擾動(dòng)輸入量，將溫室調(diào)控設(shè)備風(fēng)機(jī)、濕簾、遮陽、噴淋、頂窗視為決策輸入量，輸出變量為溫室內(nèi)的溫度和濕度，以此建立溫室環(huán)境溫、濕度的擴(kuò)展的自回歸模型結(jié)構(gòu)，溫、濕度的擴(kuò)展的自回歸模型的形式如下列公式所示：