[发明专利]RNA交叉操作共生生物算法的温室温度PID控制方法

说明书

本发明公开了一种RNA交叉操作共生生物算法的温室温度PID控制方法，属智能优化控制领域。温室控制系统是具有强非线性、强耦合、大时滞的复杂系统，要达到高精度、高性能的控制效果，如何确定PID控制器的参数是至关重要的基础。本发明针对温室温度控制系统强非线性、强耦合、大时滞的特点，采用智能优化算法对PID控制器参数进行寻优。受遗传过程分子交叉、变异的启发，结合共生生物搜索算法，抽象出RNA交叉操作共生生物算法，通过该算法对PID控制器参数进行寻优，获得PID控制器参数后将其用于温室温度控制。仿真实验结果显示，本发明对温室温度控制系统具有较好的控制效果，例如较短的响应时间、较小的控制误差。

技术领域

本发明涉及智能优化控制技术领域，特别是涉及一种RNA交叉操作共生生物算法的温室温度PID控制方法。

背景技术

温室作物栽培的生产方式是现代农业生产发展的新阶段，以其不受外界环境制约、能够提供作物正常生长所需要的光、水和温度条件而受到重视。温室作物生产和大田作物生产的主要区别在于温室的小环境气候能够在温室实时控制系统的作用下改变，使之与作物需要的气候条件相符合，最终有利于农作物的生长和丰产。

温室温度控制技术随着温室栽培产业的发展受到广泛关注，在控制方法方面取得了不少成果，人们一直探讨能有效用于实际温室控制的方法。温室温度系统的复杂性和完成温度控制过程经济性是制约控制应用的主要因素。一方面复杂性使得温室温度控制系统精确数学模型难以获得；另一方面，完成温度控制过程的经济性要求控制方法必须相对简单。

由于结构简单，易于实现，PID控制是使用最为广泛的控制方法。但是由于温室温度控制系统是具有强非线性、强耦合、大时滞的复杂系统，传统PID控制器参数整定方法难以达到高性能的控制效果。学者们针对此采用了智能优化算法进行PID控制器参数整定。

本发明提出了一种RNA交叉操作共生生物算法(RNA-SOS)，用于复杂温室温度控制系统的PID控制器参数优化，通过仿真实验表明该方法取得了较为理想的效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种RNA交叉操作共生生物算法的温室温度PID控制方法。本发明针对各种参数，例如温湿度、

光照度、CO₂浓度等随时间变化对温室温度控制的影响，本发明采用PID控制器作为温室温度控制方法，提出了RNA交叉操作共生生物算法对PID控制器参数进行寻优。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种RNA交叉操作共生生物算法的温室温度PID控制方法，其包括如下步骤：

步骤1：通过现场测试或实验获得温室温度控制系统输出数据，即温室实际温度y，计算温室实际温度y与设定温度r的差值e，作为温室温度控制系统输入；

步骤2：将PID控制器用于步骤1中所述的温室温度控制系统中，PID控制器的输入为温室实际温度y与设定温度r的差值e，PID控制器输出即为温室温度控制系统中控制执行机构的输出量；PID控制器的待优化参数包含：比例系数K_P、积分系数K_I、微分系数K_D；

步骤3：设置PID控制器参数范围；

步骤4：通过将遗传进化的交叉操作和共生生物搜索算法的互利阶段搜索相融合，形成一种RNA精英交叉操作；

步骤5：将步骤4所述的RNA精英交叉操作和遗传进化的变异操作结合到共生生物搜索算法中，形成RNA交叉操作共生生物算法；

步骤6:将在采样时间即采样次数kn与采样周期Ts乘积内温室温度控制系统误差e的积分式、温室实际温度y大于设定温度r时温室温度控制系统误差e_σ的积分式的加权和作为RNA交叉操作共生生物算法寻优的目标函数，目标函数值的计算公式为：