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《东北农业大学》 2014年
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基于改进多目标进化算法的温室环境 PID控制的仿真研究

侯涛  
【摘要】:温室环境控制是为作物营造一个适宜的生长环境以期达到高产,优质,降低成本的目的。温室环境是一个典型的多变量、强耦合的复杂动态系统,具有非线性、时变、大滞后、冲突多目标控制等特点,所以很难对其进行有效控制,常规的PID控制器结构简单,易实现,性能良好,在温室工程应用控制器的设计中被广泛使用。但常规PID控制器参数不易在线调整,容易产生超调,抗干扰能力差,对于复杂非线性温室系统很难到达满意的控制效果。所以需要对常规PID控制器进行优化整定。 许多控制器的优化和设计问题本质上是一种多目标问题,因为它们通常有几个必须同时满足的目标。所以,PID控制器的优化设计需要综合考虑稳定性、快速性和鲁棒性等多重指标,以解决温室系统存在的温度与湿度间的相互作用、控制精度与能耗等冲突问题。近年出现的进化算法是解决多目标优化问题的有效算法,采用群体搜索策略,有很强的全局优化能力,具有并行计算能力,无需先验知识,具有较强的鲁棒性,尤其适合于多变量、多冲突目标控制的非线性系统的优化设计。 本文围绕温室环境控制问题,以温湿度2个主要环境因子为研究对象,根据物质与能量守恒定律建立了温室环境动态模型。提出了一种改进的非支配排序多目标进化算法,并将其与常规PID控制器相结合设计一种智能PID控制器,采用2个PID控制器分别对温度和湿度2个环境变量进行控制。建立了优化PID控制器模型,以误差平方矩的积分型(ITSE)为性能指标,将系统误差和PID控制器输出作为优化目标,使用多目标进化算法对其确立的目标函数进行寻优,求出Pareto最优解,进而对PID控制器的参数进行整定,从而对被控对象进行优化控制,本文以Matlab/Simulink为仿真环境,将此控制策略应用于农业温室控制系统进行仿真研究,验证了温室模型的合理性和多目标进化算法优化的PID控制方法的有效性。
【学位授予单位】:东北农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S625.3

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【参考文献】
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