[发明专利]一种密闭畜禽养殖环境解耦模糊调控方法

说明书

本发明公开了一种密闭畜禽舍养殖环境解耦模糊调控方法，属于自动控制领域。包括温度模糊控制器、氨气模糊控制器和温湿度与氨气之间的解耦调控。所述的解耦模糊控制方法输入变量包括温度、湿度和氨气浓度，控制方法采用模糊控制，根据专家经验生成模糊控制规则，输出控制变量包括风机、加热器和加湿器。风机受湿度和氨气浓度控制，当湿度高于设定值时，风机受湿度控制，当湿度低于设定值时，风机受氨气浓度偏差和偏差变化率控制，加湿器受湿度控制，加热器受温度控制。当开启风机造成温度和湿度下降时，分别开启加热器和加湿器进行温度和湿度补偿，从而实现三个环境变量的解耦，使畜禽舍整体环境达到舒适状态。

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种密闭畜禽养殖环境解耦模糊调控方法。

背景技术

养殖环境对畜禽生长发育起到至关重要的作用，且动物疫病的暴发和传播与养殖环境密切相关。适宜的生长环境可以有效提高畜禽的健康水平、繁殖能力以及肉品质量，同时可以减小疾病和疫病的发生与传播，因此营造适宜的养殖环境具有重要的意义。对于北方寒冷地区，畜禽舍一般采用密闭形式，而密闭的畜禽舍内环境非常恶劣，氨气、硫化氢、二氧化碳等有害气体严重超标，为了实现良好的养殖环境，需要对畜禽舍环境进行有效的调控。畜禽舍养殖环境是一个时变的、非线性的和滞后的多环境变量相互耦合的复杂的系统，对系统任一变量的控制，都可能引起其他变量状态的变化。由于畜禽舍内部环境的复杂性无法对其精确建模，因此模糊控制更适用于对养殖环境的调控。

发明专利“禽畜养殖环境调控装置”(授权公告号：CN101650574B)，公开了一种禽畜养殖环境调控装置，该装置采用模糊控制，主要设计了温度模糊控制器，通过控制风机和雾化器来降低温度，而没有考虑到温度和湿度、氨气之间的耦合关系。

发明内容

本发明针对以上不足之处，提供了一种温度、湿度和氨气浓度解耦的模糊调控方法，其技术方案如下：

一种密闭畜禽养殖环境解耦模糊调控方法，包括温湿度、氨气解耦模糊控制器和配合所述控制器工作的其他系统或装置，具体包括数据采集系统、无线数据传输系统、控制系统和上位机软件系统；

所述的数据采集系统主要包括温度传感器、湿度传感器、氨气传感器、微处理器、存储器等，所述的无线数据传输系统主要包括ZigBee射频模块、DTU和微处理器，控制系统主要包括继电器、风机、加热器、变频器和送风管道、工业雾化加湿器，上位机软件系统主要负责信息的接收、存储、分析和处理，其中模糊调控算法在上位机系统中实现；

所述的解耦模糊调控方法工作流程为：安装在畜禽舍内的数据采集系统将采集的温度、湿度和氨气浓度信息通过无线数据传输系统传输给上位机软件系统，上位机软件系统根据采集的环境参数和环境解耦模糊调控算法，生成环境调控指令，然后将调控指令通过无线数据传输系统传送给控制系统，控制相应的调控设备工作，从而对畜禽舍环境起到调节的作用。

所述的温湿度、氨气解耦模糊控制器主要包括温度模糊控制器、通风模糊控制器、湿度控制器以及温度和湿度的解耦控制部分，模糊控制器采用二维结构，输入为偏差和偏差变化率，输出为控制变量；首先根据养殖对象所需的适宜环境参数标准设置模糊控制器输入的物理论域，环境参数包括温度、湿度和氨气浓度，各个参数使用相同的模糊论域，偏差E的模糊论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3}，对应的模糊集合为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，偏差变化率Ec的模糊论域{-2,-1,0,1,2}，对应的模糊集合为{NB,NS,ZO,PS,PB}，根据物理论域和模糊论域计算不同环境变量的量化因子，对环境变量进行模糊化，输出控制变量的模糊论域为{0,1,2,3}，对应的模糊集合为{ZO,PS,PM,PB}，模糊控制规则如下表所示：

根据不同控制变量物理论域和模糊论域计算得到不同的比例因子，然后通过模糊推理和反模糊化，得到最终的输出控制变量，各个控制变量模糊集含义如下表所示：