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设施农业的发展对环境模型的要求越来越高,迫切需要研究开发适合我国国情且便于实现计算机控制的设施内环境模型和相应的有效控制策略。
混杂系统是一类既包括连续时间动态又包括离散事件动态的系统。温室温度环境系统既含有温度连续动态,又含有操作约束和开关设备动作等离散动态,是典型的混杂系统。对于混杂系统的模型描述有很多种方法,本文采用混合逻辑动态模型来描述温室温度环境系统。
论文首先研究了温室温度的机理模型,在假设作物叶面积指数较小的情况下,忽略温室作物的蒸腾作用,给出了温室温度的离散状态空间模型。然后根据混合逻辑动态建模方法,将操作约束和温室开关设备动作等以命题逻辑表述,并将这些命题逻辑转化为混合整数线性不等式,引入辅助的逻辑变量和连续变量。将辅助变量和不等式约束统一到温度系统的离散状态空间模型中,构成了温室温度的混杂逻辑动态模型。试验表明,建立的温度混合逻辑动态模型能较好模拟和预测温室温度。
目前,对混杂逻辑动态系统的控制,采用较多的是基于二次型性能指标的预测控制策略。由于混杂逻辑动态系统本质上是一个非线性系统,因而无法给出预测控制器的解析解。在上述模型的基础上,本文给出了温室温度混合逻辑动态模型的混合整数预测控制器的设计,并将预测控制策略转化为混合整数二次型规划问题,给出了仿真结果。