一種人工氣候室控制方法技術

本發明專利技術是一種人工氣候室的控制方法，通過傳感器元件實時檢測氣候室內部的溫度、濕度，并用濾波器對信號進行濾波處理，濾除外界或傳感器干擾帶來的信號擾動。然后在考慮光照產熱作用的情況下，控制器采用帶預測的滯后魯棒控制處理算法，穩定、準確地控制氣候室內部的溫度、濕度，采用燈光分級前饋的方法直接設定光照度，最后通過執行器作用于人工氣候室。該控制方法采用最少的操作動作，在最小能耗下實現人工氣候室溫度、濕度及光照的高效控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于環境控制
，更具體地，涉及。
技術介紹
人工氣候室是人為地在一個密閉空間內，通過嚴格地控制光照、溫度及濕度來模 擬一種氣候環境，常用于研究環境條件對生物生命活動的影響，也可用于某些生物的栽培、 馴化、育種等工作，因此在生物研究領域有著重要的作用。由于人工氣候室空間較大，空氣 中的熱量與水分傳遞較慢，所以其內部溫度與濕度的響應時間具有較大滯后：當某一位置 發生了溫度及濕度的變化，需要較長時間才能在其他位置被檢測發現，這為人工氣候室的 溫濕度精確控制帶來了困難。此外，在進行生物培養實驗時，工作人員會頻繁進入氣候室操 作，其進出難免會帶來氣候室內溫度與濕度的干擾，并且，開啟的光照系統也會產生大量的 熱量，對氣候室內的溫度平衡也會帶來擾動。 由于人工氣候室內部存在大時滯、多干擾情形，簡單地根據設定的目標氣候溫度 與濕度，采用加熱、增濕、降溫、除濕等操作不能良好地控制氣候室內溫度與濕度。并且在未 考慮擾動存在的情況下，對擾動的敏感響應不僅會造成各設備的頻繁開關，減少壽命，增加 能量消耗，而且會帶來氣候室的環境波動，對生物培養不利，甚至造成破壞影響。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了， 充分考慮了人工氣候室存在的擾動，采用信號濾波處理剔除干擾，并設計帶預測的溫濕度 控制算法，穩定、準確、高效地實現人工氣候室溫度、濕度的控制。 為實現上述目的，本專利技術提供了，包括： 步驟1 :利用分布在人工氣候室的多個溫濕度傳感器檢測人工氣候室的溫度和濕 度數據； 步驟2 :對最近N個采樣周期的溫度和濕度數據進行加權濾波，得到最近N個采樣 周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf ;并根據溫度從初始值A1變化到穩定 值B1的采樣周期數Ndl計算在該溫度段[A1，B1]中的溫度變化時滯系數Tdl，Tdl =采樣 周期XNdl ;根據歷史數據中濕度從初始值A2變化到穩定值B2的采樣周期數Nd2計算在 該濕度段[A2, B2]中的濕度變化時滯系數Td2, Td2 =采樣周期XNd2 ; 步驟3 :根據最近N個采樣周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf， 以及溫度變化時滯系數Tdl和濕度變化時滯系數Td2,以及預測權重值X、y，通過帶預測的 溫度和濕度控制算法，得到當前狀態的最佳控制預操作時間，并根據所述最佳控制預操作 時間對人工氣候室的溫度和濕度進行調節。 本專利技術方法通過放置在人工氣候室的多個溫濕度傳感器采集溫濕度數據，并對最 近N1個溫度和濕度數據進行加權濾波，以去除系統的擾動，并通過帶預測的溫度和濕度控 制算法，得到當前狀態的最佳控制預操作時間，能夠避免因溫度、濕度慣性帶來的控制超調 與震湯現象，能減少系統能耗并加速系統進入穩態。 進一步地，所述步驟1中檢測得到的人工氣候室的溫度及濕度為多個傳感器檢測 得到的實時溫度及濕度的加權均值。 進一步地，所述多個傳感器對應不同加權值，處于擾動易產生位置的傳感器對應 的加權值小于處于擾動不易產生位置的傳感器對應的加權值，多個傳感器對應的加權值的 取值范圍均大于0小于1，并且多個傳感器對應的加權值的和為1。 通過放置在不同位置的溫濕度傳感器，并根據溫濕度傳感器所處位置的擾動產生 難易程度設置不同的權值，從而能濾除系統內部產生的各種溫度、濕度擾動，防止控制器接 收到擾動信號而進行誤操作。 進一步地，所述方法還包括：根據傳感器檢測的溫度及濕度數據建立包含最近N 個采樣周期的溫濕度數據庫，其中所述監測數據包括溫度數據和濕度數據，所述溫濕度數 據庫在有限時域N內滾動更新，S卩加入最新的數據并去掉最老的數據，溫濕度數據庫中保 存最近N個采樣周期的溫度和濕度數據。 通過上述方案能實時更新數據庫，使得控制能夠實時跟蹤系統的需求。 進一步地，所述對最近N個采樣周期的溫度和濕度數據進行加權濾波具體為： 根據加權值α ρ α 2··· a N1，通過加權均值濾波計算，得到最近N個采樣周期的溫度 加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf : Tf = (?\Χ α α2+...+ΤΝ1Χ αΝ1)其中 α α2... αΝ1< 1，并且 a ^￠12+...+ ^ =1 Hf = (&Χ α i+H2X α2+…+ΗΝ1Χ αΝ1)其中 α α2... αΝ1< 1，并且 α =1， 為最近Ν個采樣周期的溫度數據，氏汛…心為最近Ν個采樣周期的濕 度數據。 通過上述方案進一步地減少了系統局部擾動產生的影響。 進一步地，所述通過帶預測的溫度和濕度控制算法，得到當前狀態的最佳控制預 操作時間具體包括： 在溫度、濕度分別達到Tm-x/Td和Hm-y/Hd時停止對溫度和濕度進行控制，其中Tm 和Hm分別為目標溫度和目標濕度，X和y分別為預測權重值。 優選地，所述N取大于5的自然數，采樣周期為Is。 進一步地，所述方法還包括：對人工氣候室的光照進行控制，即根據需求光照度 G，選擇G/gl個鈉燈并開啟燈光，其中gl為一個鈉燈能提供的光照度。 通過上述方案能夠在低成本的條件下，良好的控制系統內部的光照度。 總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，由于考慮了多位 置溫濕度測量、數據加權濾波以及根據溫度、濕度時滯系數采用帶預測的控制方案，能夠防 止擾動對系統產生干擾、避免控制超調及震蕩的產生，在大幅度節省控制耗能的情況下，增 強了系統的控制的穩定性與快速性等。 【附圖說明】 圖1是本專利技術一實施例中人工氣候室控制方法的原理圖； 圖2是本專利技術一實施例中濾波器工作示意圖； 圖3是本專利技術一實施例中帶預測溫濕度控制算法工作示意圖； 圖4是本專利技術一實施例中燈光分級前饋控制算法工作示意圖。 【具體實施方式】 為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并 不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。 本專利技術提供了，包括： 步驟1 :利用分布在人工氣候室的多個溫濕度傳感器檢測人工氣候室的溫度和濕 度數據； 步驟2 :對最近N個采樣周期的溫度和濕度數據進行加權濾波，得到最近N個采樣 周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf ;并根據溫度從初始值A1變化到穩定 值B1的采樣周期數Ndl計算在該溫度段[A1，B1]中的溫度變化時滯系數Tdl，Tdl =采樣 周期XNdl ;根據歷史數據中濕度從初始值A2變化到穩定值B2的采樣周期數Nd2計算在 該濕度段[A2, B2]中的濕度變化時滯系數Td2, Td2 =采樣周期XNd2 ; 步驟3 :根據最近N個采樣周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf， 以及溫度變化時滯系數Tdl和濕度變化時滯系數Td2,以及預測權重值X、y，通過帶預測的 溫度和濕度控制算法，得到當前狀態的最佳控制預操作時間，并根據所述最佳控制預操作 時間對人工氣候室的溫度和濕度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種人工氣候室控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：步驟1：利用分布在人工氣候室的多個溫濕度傳感器檢測人工氣候室的溫度和濕度數據；步驟2：對最近N1個采樣周期的溫度和濕度數據進行加權濾波，得到最近N1個采樣周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf；并根據溫度從初始值A1變化到穩定值B1的采樣周期數Nd1計算在該溫度段[A1，B1]中的溫度變化時滯系數Td1，Td1＝采樣周期×Nd1；根據濕度從初始值A2變化到穩定值B2的采樣周期數Nd2計算在該濕度段[A2，B2]中的濕度變化時滯系數Td2，Td2＝采樣周期×Nd2；步驟3：根據最近N1個采樣周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf，以及溫度變化時滯系數Td1和濕度變化時滯系數Td2，以及預測權重值x、y，通過帶預測的溫度和濕度控制算法，得到當前狀態的最佳控制預操作時間，并根據所述最佳控制預操作時間對人工氣候室的溫度和濕度進行調節。

【技術特征摘要】
1. 一種人工氣候室控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟1 :利用分布在人工氣候室的多個溫濕度傳感器檢測人工氣候室的溫度和濕度數 據； 步驟2 :對最近N1個采樣周期的溫度和濕度數據進行加權濾波，得到最近N1個采樣周 期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf ;并根據溫度從初始值A1變化到穩定值 B1的采樣周期數Ndl計算在該溫度段[Al，B1]中的溫度變化時滯系數Tdl，Tdl =采樣周 期XNdl ;根據濕度從初始值A2變化到穩定值B2的采樣周期數Nd2計算在該濕度段[A2， B2]中的濕度變化時滯系數Td2, Td2 =采樣周期XNd2 ; 步驟3 :根據最近N1個采樣周期數據的溫度加權平均值Tf和濕度加權平均值Hf，以及 溫度變化時滯系數Tdl和濕度變化時滯系數Td2,以及預測權重值X、y，通過帶預測的溫度 和濕度控制算法，得到當前狀態的最佳控制預操作時間，并根據所述最佳控制預操作時間 對人工氣候室的溫度和濕度進行調節。2. 如權利要求1所述的人工氣候室控制方法，其特征在于，所述步驟1中檢測得到的人 工氣候室的溫度及濕度為多個傳感器檢測得到的實時溫度及濕度的加權均值。3. 如權利要求2所述的人工氣候室控制方法，其特征在于，所述多個傳感器對應不同 加權值，處于擾動易產生位置的傳感器對應的加權值小于處于擾動不易產生位置的傳感器 對應的加權值，多個傳感器對應的加權值的取值范圍均大于〇小于1，并且多個傳感器對應 的加權值的和為1。4. 如權利要求1至3任一項所述的人工氣候室控制方法，其特征在于，所述方法還包 括：根據傳感器檢測的溫度及濕度數據建立包含最近N1個采樣周期的溫濕度數據庫，其中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李曦，蔣建華，李雙宏，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42