Способ автоматического управления температурным режимом теплицы



Способ автоматического управления температурным режимом теплицы
Способ автоматического управления температурным режимом теплицы
Способ автоматического управления температурным режимом теплицы

 


Владельцы патента RU 2589163:

Лазаренко Михаил Леонидович (RU)

Изобретение относится к методам и средствам автоматического управления сельскохозяйственными технологическими процессами и может быть использовано для автоматизации управления температурным режимом теплиц. Способ включает измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган. Дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия. Регулятор повышенного быстродействия содержит два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени. Передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости

Wрег(s)=WПИД(s)+WДП 1(s)+WДП 2(s),

где s - комплексная переменная,

WПИД(s) - передаточная функция ПИД-регулятора,

и

, а

Q1 и Q2 - параметры настройки регулятора.

Способ позволит повысить быстродействие и помехоустойчивость систем автоматического управления.

 

Изобретение относится к методам и средствам автоматического управления сельскохозяйственными технологическими процессами и может быть использовано для автоматизации управления температурным режимом теплиц.

Известны (Патент РФ №2128425, МПК: A01G 9/24, G05D 23/00, 1994 г. ) способы автоматического управления температурным режимом теплиц, включающие измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, реализуя тем самым пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон управления (кн. И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. Автоматизация технологических процессов. М.: КолосС, 2003, с. 58-59).

Недостатками ПИД-регуляторов являются низкие быстродействие и помехоустойчивость, связанные с наличием единственной производной по времени в законе управления. Использование производных выше первого порядка приводит к резкому возрастанию влияния шумов и помех, что существенно снижает качество автоматического управления.

Дробное дифференцирование (Самко С.Г., Калбас А.А., Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. Минск: Наука и техника, 1987. - 688 с.) позволяет усилить присущий операциям дифференцирования по времени эффект предсказания дальнейшего изменения сигналов управляемых технологических процессов и благодаря этому повысить быстродействие управляющих ими систем. При этом не повышаются в выходных сигналах регулятора уровни шумов и помех, по сравнению с традиционным ПИД-регулятором, т.к. в предлагаемом техническом решении максимальный порядок дифференцирования меньше (производные дробных порядков меньше единицы), чем у известного ПИД-регулятора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества управления, в частности быстродействия и помехоустойчивости систем автоматического управления.

Такой технический результат достигается тем, что способ автоматического управления температурным режимом теплицы, включающий измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, причем дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия, содержащего два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени, при этом передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости

Wрег(s)=WПИД(s)+WДП 1(s)+WДП 2(s),

где s - комплексная переменная,

WПИД(s) - передаточная функция ПИД-регулятора,

и , а

Q1 и Q2 - параметры настройки регулятора.

Суть способа заключается в следующем. Известная передаточная функция ПИД-регулятора WПИД(s) имеет следующий вид:

где s - комплексная переменная; Kp - коэффициент передачи регулятора; ТД и ТИ - постоянные времени дифференцирования и интегрирования по времени соответственно.

Поскольку в (1) первой производной по времени d(…)/dt отвечает комплексная переменная s, то дробным производным по времени ниже первого порядка будут отвечать комплексные переменные вида , n и m - целые положительные числа, причем m<n.

При этом передаточная функция регулятора с дробными производными по времени может быть представлена в виде

где

причем N - целое положительное число, при этом N≥1; Q1 и Q2 - параметры настройки, принимающие вещественные значения.

Таким образом, как видно из (2) и (3), введение дробных производных по времени ниже первого порядка позволяет использовать дополнительные параметры настройки Q1 и Q2 для повышения быстродействия, т.к. благодаря их наличию улучшается управляемость системы, что позволяет добиться, к тому же, значительного повышения запаса устойчивости системы. Качество управления автоматической системы при замене известного ПИД-регулятора на регулятор нового вида (2), (3), повышается в той же мере, как при замене пропорционально-интегрального регулятора на ПИД-регулятор.

Способ реализуется следующим образом. Регулятор повышенного быстродействия содержит два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени (различных порядков меньших единицы).

Способ позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость систем автоматического управления.

Способ автоматического управления температурным режимом теплицы, включающий измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, отличающийся тем, что дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия, содержащего два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени, при этом передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости
Wрег(s)=WПИД(s)+WДП 1(s)+WДП 2(s),
где s - комплексная переменная,
WПИД(s) - передаточная функция ПИД-регулятора,
и , а
Q1 и Q2 - параметры настройки регулятора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к плодоводству и виноградарству. Способ включает размещение маточного куста в контейнере, заполнение полости контейнера влагоудерживающим материалом, удаление контейнера с маточного куста после окоренения побегов и отделение отводков.

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к способам автоматического управления свето-температурным режимом в теплицах или других сооружениях защищенного грунта.

Изобретение относится к технологии выращивания растительной продукции в промышленных теплицах. Тепличный процесс для выращивания растений с применением питательных растворов характеризуется тем, что для предотвращения засорения форсунок или трубочек полива осадками солей маточные насыщенные растворы получают с применением ультразвуковых колебаний, которые затем разделяют микрофильтрацией на загрязненный и чистый потоки.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение при выращивании лимонов в условиях защищенного грунта. Лимонарий включает сооружение траншейного типа, оборудованное системами вентиляции, а также дождевания и увлажнения почвы, подключенными с помощью трубопровода к водоисточнику.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности к системам солнечного теплоснабжения, размещенным на строительных конструкциях зданий и сооружений, и предназначенным для обогрева и (или) горячего водоснабжения индивидуальных жилых домов, коттеджей, сельских усадебных домов, офисов, общественных зданий, теплиц и других объектов.

Изобретение относится к тепло- и гелиотехнике, а именно к ресурсосберегающим и энергосберегающим устройствам, основанным на солнечной энергии и обеспечивающим микроклимат в различных сооружениях, использующих водоемы, находящиеся вблизи них.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и касается оборудования для создания в тепличных комплексах для выращивания овощей и цветов оптимальной концентрации газообразной углекислоты в любое время года и суток.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к картофелеводству. Устройство включает стеллаж с подставками и кронштейнами.

Изобретение относится к области устройств, применяемых для выращивания растений в парниках. Устройство состоит из пленки и кольцеобразной формы опор.
Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к тепличному растениеводству и светокультуре растений. Способ включает выращивание растений в оптимизационной биотехнологической натурной модели с размещением ее в теплице с растениями той же культуры и сорта.

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к системам и способам автоматического управления свето-температурным режимом в теплицах или других сооружениях защищенного грунта. Согласно предложенному способу в определенные промежутки времени производят измерение температуры, освещенности, влажности воздуха в теплице, возраста растений, задают длительность фотопериода для работы досвечивающей аппаратуры. Компьютерный задатчик вычисляет и устанавливает многомерные оптимальные значения температуры и освещенности. Кроме того, для работы досвечивающей аппаратуры компьютерный задатчик вычисляет по формулам многомерные оптимальные значения суммарной радиации, паузы-ожидания для двигателя-редуктора и шага-перемещения для кран-балки с облучателями. Система автоматического управления свето-температурным режимом в теплице, осуществляющая заявляемый способ, содержит контуры управления температурой и освещенностью. Компьютерный задатчик формирует задающие сигналы для работы оборудования на основе вычисленных многомерных оптимальных значений по показаниям датчиков контроля внутренней среды. Кроме того, система содержит дополнительные контуры, управляющие включением досвечивающей аппаратуры, размещенной на кран-балке, и ее перемещением вдоль рядков посадок в течение всего заданного светового периода. Движение кран-балки осуществляется двигателем-редуктором, который периодически включается в работу и отключается, перемещая кран-балку с определенной скоростью. Параметры движения кран-балки также вычисляются компьютерным задатчиком. Использование способа и системы позволит более точно поддерживать необходимую освещенность в теплице, сократив при этом количество облучателей как потребителей энергии, уменьшить длительность периода вегетации и увеличить продуктивность растений. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх