CN101971874B - 一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统，包括供气系统、供水系统、控制系统、信号采集模块和喷雾装置，所述供气系统、供水系统和信号采集模块分别与控制系统相连，所述供气系统和供水系统分别与喷雾装置相连。本发明还公开了一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统的实现方法，采用模糊PID算法实现对气路电控阀和液路比例电磁阀的控制，同时采用了防滴漏设计有效防止在停止加湿状态下喷雾装置容易出现的滴水现象。本发明具有准确度高、防止堵塞、清洁环保、液位监控功能、防滴漏设计等优点。

Description

一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及果蔬保鲜运输的加湿领域，具体涉及一种具有变量控制的果蔬保鲜运输用加湿系统及其实现方法。

背景技术

湿度是保持水果新鲜度和商品性的重要参数之一。大多果蔬产品要求高湿的贮藏环境。干燥会促进呼吸，产生生理伤害，所以较高的贮藏湿度，不仅有利于休眠，还可抑制其呼吸速率。传统的保鲜运输车主要采用降温的方式进行低温贮藏，而在降温过程中，大量水蒸气在蒸发盘管凝结，导致环境相对湿度大大降低，从而引起果蔬在运输过程中的品质下降和干耗等问题。据统计，运输过程中，香蕉的干耗率可达到1％/天，果蔬在运输过程中的平均干耗可达5％。当果蔬的失水量达到它们初始重量的3％～5％时，果蔬表面出现可见的皱缩或萎蔫，严重影响果蔬的品质和商品价值。因此控制适宜的空气湿度对减轻果蔬萎蔫、保持果蔬耐贮性、减少果蔬的干耗等具有重要的作用。2008年我国水果总产量为9700万吨，蔬菜总产量为5.6亿吨，果蔬在运输过程中产生的品质下降和干耗等问题直接导致农产品大量损失，影响农民增收，使地方特色优势农业缺乏市场优势。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统。本发明具有准确度高、有效防止堵塞、加湿过程清洁无污染、液位监控功能、防滴漏设计和人机交互等优点。

本发明的目的之二还在于提供一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统的实现方法。

本发明的目的之一是通过下述技术方案实现的：一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统，包括供气系统、供水系统、控制系统、信号采集模块和喷雾装置，所述供气系统、供水系统和信号采集模块分别与控制系统相连，所述供气系统和供水系统分别与喷雾装置相连。

所述供气系统包括依次相连的空气压缩机、气路稳压器和气路电控阀；所述供水系统包括依次相连的液位传感器、储水箱、水泵和液路比例电磁阀；所述控制系统包括相连的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)和人机交互界面，所述ECU包括主机模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入输出模块；所述气路电控阀分别与ECU和喷雾装置相连，所述液位传感器与ECU相连，所述液路比例电磁阀分别与喷雾装置和ECU相连，所述ECU与信号采集模块相连。

所述供气系统还包括空气过滤器，所述空气压缩机通过空气过滤器与气路稳压器相连。

所述供水系统还包括净水装置，所述水泵通过净水装置与液路比例电磁阀相连。

所述液位传感器安装于储水箱内，用于监测储水箱内水位，当储水箱内液位低时，液位传感器触发，将信号传输给控制系统，ECU通过人机交互界面显示报警信息，提醒加水。

所述水泵安装于储水箱内，将储水箱的水加压后送入供水系统的管路，并保持供水系统管路的压力。

信号采集模块为单点或多点湿度传感器，用于实时监测环境湿度，其采用24V直流供电方式，输出为4～20mA电流信号。

所述液路比例电磁阀用于根据ECU的控制信号调节供水系统中管路的流量，当信号采集模块监测到的环境湿度与ECU内存储的目标湿度相差较多时，液路比例电磁阀根据ECU的控制信号开启大流量；当信号采集模块监测到的环境湿度与ECU内存储的目标湿度相差较小时，液路比例电磁阀根据ECU的控制信号开启小流量，ECU对液路比例电磁阀采用模糊PID(Proportional-Integral-Derivative)控制方式，以更精确调节保鲜环境的湿度。

所述人机交互界面采用触摸屏显示，人机交互界面用于实时显示果蔬品种、最佳保存湿度、实际湿度值，还可以通过人机交互界面添加、修改、删除果蔬品种及最佳保存湿度。

所述空气过滤器用于过滤从空气压缩机出来的高压空气中含有的杂质；所述的净水装置用于过滤水泵输出水的杂质；设置空气过滤器和净水装置的目的在于防止喷雾装置堵塞。

所述喷雾装置为精密不锈钢高压喷嘴，其接入端分别与供气系统和供水系统相连。

所述气路稳压器用于稳定供气系统管路中的气压，并可调整供气系统管路中的气压。

所述气路电控阀用于根据ECU输出的控制信号控制高压气体的通断。

ECU具有信号输入、运算、输出、记录等功能，并可实现以无线方式更新程序；用于根据液位传感器监测储水箱内水位，并通过人机交互界面显示提醒信息；根据信号采集模块采集的信号，判断当前环境湿度并发送控制信号给气路电控阀和液路比例电磁阀。

本发明的目的之二是通过下述技术方案实现的：一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统的实现方法，具体包括以下步骤：

S1、初始化设置：管理人员将控制系统ECU开关推至ON档，通过人机交互界面设定目标相对湿度，进入步骤S2；

S2、信号采集模块对环境湿度进行采样并把采样值发送给ECU，进入步骤S3；

S3、ECU判断当前信号采集模块的采样值是否小于目标值，若否，则返回步骤S2；若是，则系统通过液位传感器实时监测储水箱的水位，并判断储水箱内水位是否正常，若储水箱水位过低时，液位传感器发送信号至ECU，ECU将信号传送至人机交互界面，人机交互界面提醒操作人员补充水源，并返回至步骤S2；若水位正常，则进入步骤S4；

S4、ECU根据湿度差和湿度变化率，进行运算求出控制量，形成流量控制信号或/和数字开关信号，进入步骤S5；

S5、ECU将流量控制信号输出至液路比例电磁阀，控制液路比例电磁阀的纯净水流量；ECU将数字开关信号输出至气路电控阀，控制气路电控阀的通断，进入步骤S6；

S6、液路比例电磁阀根据流量控制信号控制输出到喷雾装置的纯净水流量，气路电控阀根据数字开关信号控制开关的开启和关闭，控制输出到喷雾装置的空气量，进入步骤S7；

S7、喷雾装置利用压缩空气和高压纯净水产生水雾，通过二次蒸发变为水蒸气，提高环境的相对湿度，进入步骤S8；

S8、ECU通过信号采集模块实时监测环境湿度，并判断当前环境湿度是否达到步骤S1的设定值，若不是，则返回步骤S2；若是，则停止加湿，ECU发出停止加湿的控制信号到液路比例电磁阀和气路电控阀，接收到信号后，液路比例电磁阀和气路电控阀同时关闭，液路比例电磁阀断开供水系统，气路电控阀断开供气系统，此时，系统停止加湿工作，进入下一步骤；

S9、ECU判断是否收到管理员的关闭信号，若是，则退出操作；若否，则返回步骤S2。

为更好的实现本发明，所述一种果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统的实现方法，所述步骤S9替换为：

S9、待气路电控阀关闭N秒钟后，ECU将气路电控阀重新开启N秒钟，然后再将其关闭N秒钟，进入步骤S10；所述N值由管理员设置；

S10、ECU判断液路比例电磁阀关闭后，气路电控阀是否已开启M次，若不是，则返回步骤S9；若是，则进入步骤S11；所述M值由管理员设置；

S11、ECU判断是否收到管理员的关闭信号，若是，则退出操作；若否，则返回步骤S2。

优选的，所述N值为5；所述M值为3。

优选的，所述S4中ECU根据湿度差和湿度变化率，进行运算求出控制量，具体包括以下步骤：

S4.1、启动系统，初始化设置，，进入步骤S4.2；

S4.2、将量化因子置入ECU，其中量化因子具体包括模糊论域、模糊规则表和隶属函数，具体为：

S4.2.1将模糊论域置入ECU：其中湿度差e和湿度变化率ec的论域均为{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}，控制量修正量ΔKp的论域为{-0.6、-0.4、-0.2、0、0.2、0.4、0.6}；控制量修正量ΔKi的论域为{-0.09、-0.06、-0.03、0、0.03、0.06、0.09}；控制量修正量ΔKd的论域为{-1.5、-1、-0.5、0、0.5、1、1.5}；

与e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd对应的模糊集均为{NB NM NS ZO PS PM PB}，其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZO代表零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大，进入步骤S4.2.2；

S4.2.2将隶属函数置入ECU：所述e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd的隶属函数均采用三角函数形式，该三角函数的通用表达式为：

式中μ(x)表示隶属度，a、b、c分别表示与模糊集元素对应的论域值；将隶属函数置入ECU中，进入步骤S4.2.3；

S4.2.3将模糊规则表置入ECU：利用输入量和输出量相应的模糊语言，分别建立PID控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表，并将模糊规则表置入ECU中，进入步骤S4.3；其中PID控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表，见表1、表2和表3：

表1ΔKp的模糊控制规则表

表2ΔKi的模糊控制规则表

表3ΔKd的模糊控制规则表

S4.3、计算湿度差e和湿度变化率ec：其中e为目标湿度值T与采样值t的差值，即e＝T-t；湿度变化率ec为第k次湿度采样值t_k与第k-1次湿度采样值t_k-1的差值，即ec＝t_k-t_k-1；进入步骤S4.4；

S4.4、比较湿度差e与预先设定的模糊控制临界值E，当e＜E时，则直接选取PID的初始参数Kp₀、Ki₀、Kd₀进行控制，跳转到步骤S4.9；当e≥E时，则进入步骤S4.5；

S4.5、读取预先存储在ECU内的模糊规则表，判断步骤S4.3中计算出的湿度差e是否超出系统设定的上限值或下限值，若e超出系统设定的上限值或下限值，则令e变为上限或下限值，若e没有超出设定的数值范围，则将湿度差e量化为模糊论域中的语言变量；判断步骤S4.3中计算出的湿度变化率ec是否超出系统设定的上限值或下限值，若ec超出系统设定的上限值或下限值，则令ec变为上限或下限值，若ec没有超出设定的数值范围，则将湿度变化率ec量化为模糊论域中的语言变量；

查找模糊控制规则表选取合适的P、I、D的控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊输出变量；进入步骤S4.6；

S4.6、利用隶属函数，采用重心法，将控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊输出变量进行清晰化计算，得到控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的清晰输出量，进入步骤S4.7；

S4.7、将计算出的控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的清晰输出量存入ECU的PID模块中，并进行修正计算，得出修正后的PID参数，其中参数修正算式为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Kp}={\mathrm{Kp}}_0+\mathrm{\ΔKp}\\ \mathrm{Ki}={\mathrm{Ki}}_0+\mathrm{\ΔKi}\\ \mathrm{Kd}={\mathrm{Kd}}_0+\mathrm{\ΔKd}\end{array}\right.$

式中，Kp、Ki、Kd是PID控制器的参数值；Kp₀、Ki₀、Kd₀分别是Kp、Ki、Kd的初始参数；ΔKp、ΔKi、ΔKd分别是通过模糊控制得到的Kp、Ki、Kd的修正值，进入步骤S4.8；

S4.8、将Kp、Ki、Kd置入ECU中的PID控制模块，进行PID运算，求出控制量；

S4.9、将P、I、D默认值置入ECU的PID控制模块，进行PID运算，求出控制量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一、准确度高：ECU对液路比例电磁阀采用模糊PID控制方式，以更精确调节保鲜环境的湿度；根据外界湿度环境，自动调控加湿量的大小。当外界湿度值与设定值差距较大时，ECU输出控制信号，使液路比例电磁阀开度增大，液路液体流量加大，加湿量增大；当外界湿度值与设定值差距较小时，ECU输出控制信号，使液路比例电磁阀开度减小，液路液体流量减小，加湿量减小。

第二、有效防止堵塞：本发明设置空气过滤器和净水装置，所述空气过滤器用于过滤从空气压缩机出来的高压空气中含有的杂质；所述的净水装置用于过滤水泵输出水的杂质，有效防止喷雾装置堵塞。

第三、加湿过程清洁无污染：本发明采用气液二相流高压混合的技术方式进行雾化加湿，雾化液滴清洁无污染，有效避免了超声波加湿等其他加湿装置在加湿过程中产生的白色粉末污染。

第四、液位监控功能：本发明的储水箱中安装有液位传感器，能够实时监控储水箱内水位，当储水箱内液位过低时，液位传感器触发，将信号传输给控制系统，ECU通过人机交互界面显示报警信息，提醒加水。

第五、防滴漏设计：本发明为了防止在停止加湿状态下喷雾装置容易出现的滴水现象，进行了独特的程序设计。停止加湿时，液路比例电磁阀与气路电控阀同时关闭，5秒钟后，气路电磁阀重新开启5秒钟，然后再关闭5秒钟。如此反复动作3次，将喷雾装置中的水完全雾化，从而防止出现滴漏现象。

第六、人机交互界面：为了能够实现人性化的智能控制，本发明的人机交互界面采用触摸屏显示，实时显示果蔬品种、最佳保存湿度、实际湿度值，还可以通过人机交互界面添加、修改、删除果蔬品种及最佳保存湿度。

附图说明

图1是实施例中一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统结构方框图；

图2是实施例中一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统的接线示意图；

图3是实施例中一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统的工作流程图；

图4是实施例中一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统采用模糊PID控制的工作流程图；

图5是实施例中湿度差e和湿度变化率ec的隶属函数图；

图6是实施例中修正量ΔKp的隶属函数图；

图7是实施例中修正量ΔKi的隶属函数图；

图8是实施例中修正量ΔKd的隶属函数图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统，包括供气系统10、供水系统7、控制系统、信号采集模块8和喷雾装置9，所述供气系统10、供水系统7和信号采集模块8分别与控制系统相连，所述供气系统10和供水系统7分别与喷雾装置9相连。

如图2所示，所述供气系统10包括依次相连的空气压缩机14、空气过滤器13、气路稳压器12和气路电控阀11；所述供水系统7包括依次相连的液位传感器3、储水箱2、水泵4、净水装置5和液路比例电磁阀6；所述控制系统包括相连的ECU15和人机交互见界面1，所述ECU15采用西门子S7-300型PLC(Programmable Logic Controller，可编程控制器)，所述ECU15包括型号为6ES7314-1AG13-0AB0的主机模块19、型号为6ES7331-7KF02-0AB0的模拟量输入模块18、型号为6ES7332-5HD01-0AB0的模拟量输出模块17、型号为6ES7323-1BL00-0AA0的数字量输入输出模块16；

人机交互界面1供电接口正极与主机模块19的正极KB-1连接，负极与主机模块19的接地端GD-1连接。人机交互界面1的RS485串口与主机模块的RS485串口通过MPI(Multi Point Interface，多点接口)通信线连接。储水箱2内部安装液位传感器3和水泵4，其中水泵4接24V直流电源；液位传感器3信号线正极与数字量输入输出模块16的输入端口I8.0连接，液位传感器3信号线负极与数字量输入输出模块16的接地端GD-4连接。水泵4出液口通过管材与净水装置5进液口连接；净水装置5出液口与液路比例电磁阀6进液口连接，液路比例电磁阀6出液口与喷雾装置9的入液口连接。液路比例电磁阀6正极信号线与模拟量输出模块17正接线端Y1-1连接，液路比例电磁阀6负极信号线与模拟量输出模块17负接线端Y1-2连接。

所述空气压缩机14供气口连接空气过滤器13进气口；空气过滤器13出气口与气路稳压器12进气口相连，气路稳压器12出气口与气路电控阀11进气口相连接，气路电控阀11出气口与喷雾装置9的进气口连接。气路电控阀11的正极信号线与数字量输入输出模块16的输入端口Q8.0连接，气路电控阀11的负极信号线与数字量输入输出模块16的接地端GD-5连接。

所述信号采集模块8为单点湿度传感器，采用24V直流供电，所述信号采集模块8的正极信号线与模拟量输入模块18的输入端X1-1相连接，信号采集模块8的负极信号线与模拟量输入模块18的X1-2相连接。

所述人机交互见界面1采用触摸屏显示，人机交互见界面1实时显示果蔬品种、最佳保存湿度、实际湿度值，还可以通过人机交互见界面1添加、修改、删除果蔬品种及最佳保存湿度。

喷雾装置9为精密不锈钢高压喷嘴。

供气系统10中空气压缩机14产生的高压气体通过空气过滤器13的净化作用和气路稳压器12的稳压作用后，经气路电控阀11进入喷雾单元；供水系统7中储水箱2的水经过水泵4加压后通过净水装置5进行过滤，经液路比例电磁阀6进入喷雾装置9。ECU15分别与气路电控阀11和液路比例电磁阀6连接，控制气路的通断与液路流量的大小。同时，ECU15还分别与液位传感器3和信号采集模块8连接，实现水位监控功能和外界湿度的检测功能。

本发明还提出了一种果蔬保鲜运输用变量加湿系统的实现方法，如图3所示，具体包括以下步骤：

S1、初始化设置：管理人员将控制系统主机模块19开关推至ON档，通过人机交互界面1设定目标相对湿度，进入步骤S2；

S2、信号采集模块8对环境湿度进行采样并把采样值发送给ECU15，进入步骤S3；

S3、ECU15判断当前信号采集模块8的采样值是否小于目标值，若否，则返回步骤S2；若是，则系统通过液位传感器3实时监测储水箱2的水位，并判断储水箱2内水位是否正常，若储水箱2水位过低时，液位传感器3发送信号至主机模块19，主机模块19将信号传送至人机交互界面1，人机交互界面1的警示灯持续闪烁，提醒操作人员补充水源，并返回至步骤S2；若水位正常，则进入步骤S4；

S4、主机模块19根据湿度差和湿度变化率，进行运算求出控制量，形成流量控制信号或/和数字开关信号，进入步骤S5；

S5、主机模块19将流量控制信号通过模拟量输出模块17输出至液路比例电磁阀6，控制液路比例电磁阀6的纯净水流量；主机模块19将数字开关信号通过数字量输入输出模块16输出至气路电控阀11，控制气路电控阀11的通断，进入步骤S6；

S6、液路比例电磁阀6根据流量控制信号控制输出到喷雾装置9的纯净水流量，气路电控阀11根据数字开关信号控制开关的开启和关闭，控制输出到喷雾装置9的空气量，进入步骤S7；

S7、喷雾装置9利用压缩空气和高压纯净水产生水雾，通过二次蒸发变为水蒸气，提高环境的相对湿度，进入步骤S8；

S8、ECU15通过信号采集模块8实时监测环境湿度，并判断当前环境湿度是否达到步骤S1的设定值，若不是，则返回步骤S2；若是，则停止加湿，ECU15发出停止加湿的控制信号到液路比例电磁阀6和气路电控阀11，接收到信号后，液路比例电磁阀6和气路电控阀11同时关闭，液路比例电磁阀6断开供水系统7，气路电控阀11断开供气系统10，此时，系统停止加湿工作，进入步骤S9；

S9、待气路电控阀11关闭5秒钟后，ECU15将气路电控阀11重新开启5秒钟，进入步骤S10；

S10、ECU15判断液路比例电磁阀6关闭后，气路电控阀11是否已开启3次，若不是，则返回步骤S9；若是，则进入步骤S11；

S11、ECU15判断是否收到管理员的关闭信号，若是，则退出操作；若否，则返回步骤S2。

上述步骤S9和步骤S10有得于将喷雾装置9中的水完全雾化，从而防止喷雾装置9出现滴漏现象。

所述S4中主机模块19根据湿度差和湿度变化率进行运算求出控制量，具体是指采用模糊PID算法，求出控制量，如图4所示，具体包括以下步骤：

S4.1、启动系统，初始化设置，进入步骤S4.2；

S4.2、将量化因子置入ECU15的主机模块，其中量化因子具体包括模糊论域、模糊规则表和隶属函数，具体为：

S4.2.1将模糊论域置入ECU15的主机模块：其中湿度差e和湿度变化率ec的论域均为{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}，控制量修正量ΔKp的论域为{-0.6、-0.4、-0.2、0、0.2、0.4、0.6}；控制量修正量ΔKi的论域为{-0.09、-0.06、-0.03、0、0.03、0.06、0.09}；控制量修正量ΔKd的论域为{-1.5、-1、-0.5、0、0.5、1、1.5}；

与e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd对应的模糊集均为{NB NM NS ZO PS PM PB}，其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZO代表零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大，进入步骤S4.2.2；

S4.2.2将隶属函数置入ECU15的主机模块：为将精确的输入量和输出量转变为相应的模糊量，根据e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊论域、模糊集以及ECU15的控制性能建立隶属函数，并将隶属函数置入ECU15的主机模块；

在本实施例中e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd的隶属函数均采用三角函数形式，如图5、图6、图7和图8，其中，图5为湿度差和湿度变化率的隶属函数，图6为ΔKp的隶属函数，图7为ΔKi的隶属函数，图8为ΔKd的隶属函数，该三角函数的通用表达式为：

式中μ(x)表示隶属度，a、b、c分别表示与模糊集元素对应的论域值，进入步骤S4.2.3；

S4.2.3将模糊规则表置入ECU15的主机模块：利用输入量和输出量相应的模糊语言，分别建立PID控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表，并将模糊规则表置入ECU15的主机模块中，进入步骤S4.3；具体控制规则为：

(1)当/e/较大时，为使系统具有较好的跟踪性，应取较大的ΔKp与较小的ΔKd，同时，为避免系统出现较大的超调，ΔKi也应选取较小值；/ec/较大时，ΔKd的值适当减小；

(2)当/e/和/ec/为中等大小时，为使系统具有较小的超调，ΔKp、ΔKi应取中等值，ΔKd的值应适当减小；

(3)当/e/较小时，为使系统具有较好的稳定性，ΔKp与ΔKi的值均应取得大些；/ec/较小时，ΔKd的值应适当增大；

根据上述控制规则，建立PID控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表，如表1、表2和表3所示：

表1ΔKp的模糊控制规则表

表2ΔKi的模糊控制规则表

表3ΔKd的模糊控制规则表

S4.3、计算湿度差e和湿度变化率ec：其中e为目标湿度值T与采样值t的差值，即e＝T-t；湿度变化率ec为第k次湿度采样值t_k与第k-1次湿度采样值t_k-1的差值，即ec＝t_k-t_k-1；进入步骤S4.4；

S4.4、比较湿度差e与预先设定的模糊控制临界值E，当e＜E时，则直接选取PID的初始参数Kp₀、Ki₀、Kd₀进行控制，跳转到步骤S4.9；当e≥E时，则启用模糊控制，使用模糊规则进行控制，即进入步骤S4.5；

S4.5、首先读取预先存储在ECU15内的模糊规则表，然后判断步骤S4.3中计算出的湿度差e是否超出系统设定的上限值或下限值，若e超出系统设定的上限值或下限值，则令e变为上限或下限值，若e没有超出设定的数值范围，则将湿度差e量化为模糊论域中的语言变量；判断步骤S4.3中计算出的湿度变化率ec是否超出系统设定的上限值或下限值，若ec超出系统设定的上限值或下限值，则令ec变为上限或下限值，若ec没有超出设定的数值范围，则将湿度变化率ec量化为模糊论域中的语言变量；

最后通过查找模糊控制规则表选取合适的P、I、D的控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊输出变量；进入步骤S4.6；

S4.6、利用隶属函数，采用重心法，将控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊输出变量进行清晰化计算，得到控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的清晰输出量，进入步骤S4.7；

S4.7、将计算出的控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的清晰输出量存入ECU15的PID模块中，并进行修正计算，得出修正后的PID参数，其中参数修正算式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Kp}={\mathrm{Kp}}_0+\mathrm{\ΔKp}\\ \mathrm{Ki}={\mathrm{Ki}}_0+\mathrm{\ΔKi}\\ \mathrm{Kd}={\mathrm{Kd}}_0+\mathrm{\ΔKd}\end{array}\right.$

其中，Kp、Ki、Kd是PID控制器的参数值；Kp₀、Ki₀、Kd₀分别是Kp、Ki、Kd的初始参数；ΔKp、ΔKi、ΔKd分别是通过模糊控制得到的Kp、Ki、Kd的修正值，进入步骤S4.8；

S4.8、将Kp、Ki、Kd置入ECU15主机模块中的PID控制模块(PID控制模块是在主机模块中出产时内置有的)，进行PID运算，求出控制量；

S4.9、将P、I、D默认值置入ECU15主机模块中的PID控制模块，进行PID运算，求出控制量。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统，其特征在于，包括供气系统、供水系统、控制系统、信号采集模块和喷雾装置，所述供气系统、供水系统和信号采集模块分别与控制系统相连，所述供气系统和供水系统分别与喷雾装置相连，所述供气系统包括依次相连的空气压缩机、气路稳压器和气路电控阀；

所述供水系统包括依次相连的液位传感器、储水箱、水泵和液路比例电磁阀，所述水泵、液位传感器安装于储水箱内；

所述控制系统包括相连的ECU和人机交互界面，所述ECU用于根据液位传感器监测储水箱内水位，并通过人机交互界面显示提醒信息；根据信号采集模块采集的信号，判断当前环境湿度并发送控制信号给气路电控阀和液路比例电磁阀， ECU对液路比例电磁阀采用模糊PID控制方式；

所述气路电控阀分别与ECU和喷雾装置相连，所述液位传感器与ECU相连，所述液路比例电磁阀分别与喷雾装置和ECU相连，所述ECU与信号采集模块相连；

所述供气系统还包括空气过滤器，所述空气压缩机通过空气过滤器与气路稳压器相连；所述供水系统还包括净水装置，所述水泵通过净水装置与液路比例电磁阀相连；

所述供水系统还包括净水装置，所述水泵通过净水装置与液路比例电磁阀相连。

2.根据权利要求1所述一种果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统，其特征在于，所述人机交互界面采用触摸屏显示。

3.根据权利要求1所述一种果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统，其特征在于，所述信号采集模块为单点或多点湿度传感器。

4.一种果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统的实现方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、初始化设置：管理人员将控制系统ECU开关推至ON档，通过人机交互界面设定目标相对湿度，进入步骤S2；

S2、信号采集模块对环境湿度进行采样并把采样值发送给ECU，进入步骤S3；

S3、ECU判断当前信号采集模块的采样值是否小于目标值，若否，则返回 步骤S2；若是，则系统通过液位传感器实时监测储水箱的水位，并判断储水箱内水位是否正常，若储水箱水位过低时，液位传感器发送信号至ECU，ECU将信号传送至人机交互界面，人机交互界面提醒操作人员补充水源，并返回至步骤S2；若水位正常，则进入步骤S4；

S4、ECU根据湿度差和湿度变化率，进行运算求出控制量，形成流量控制信号或/和数字开关信号，进入步骤S5，所述ECU根据湿度差和湿度变化率，进行运算求出控制量，具体包括以下步骤：

S4.1、启动系统，初始化设置，进入步骤S4.2；

S4.2、将量化因子置入ECU，其中量化因子具体包括模糊论域、模糊规则表和隶属函数，具体为：

S4.2.1将模糊论域置入ECU：其中湿度差e和湿度变化率ec的论域均为{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}，控制量修正量ΔKp的论域为{-0.6、-0.4、-0.2、0、0.2、0.4、0.6}；控制量修正量ΔKi的论域为{-0.09、-0.06、-0.03、0、0.03、0.06、0.09}；控制量修正量ΔKd的论域为{-1.5、-1、-0.5、0、0.5、1、1.5}；

与e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd对应的模糊集均为{NB NM NS ZO PS PM PB}，其中NB代表负大，NM代表负中，NS代表负小，ZO代表零，PS代表正小，PM代表正中，PB代表正大，进入步骤S4.2.2；

S4.2.2将隶属函数置入ECU：所述e、ec、ΔKp、ΔKi和ΔKd的隶属函数均采用三角函数形式，该三角函数的通用表达式为：

式中μ(x)表示隶属度，a、b、c分别表示与模糊集元素对应的论域值；将隶属函数置入ECU中，进入步骤S4.2.3；

S4.2.3将模糊规则表置入ECU：利用输入量和输出量相应的模糊语言，分别建立PID控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表，并将模糊规则表置入ECU中，进入步骤S4.3；其中PID控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊控制规则表，见表1、表2和表3：

表1ΔKp的模糊控制规则表

表2ΔKi的模糊控制规则表

表3ΔKd的模糊控制规则表

S4.3、计算湿度差e和湿度变化率ec：其中e为目标湿度值T与采样值t的差值，即e＝T-t；湿度变化率ec为第k次湿度采样值t_k与第k-1次湿度采样值 t_k-1的差值，即ec＝t_k-t_k-1；进入步骤S4.4；

S4.4、比较湿度差e与预先设定的模糊控制临界值E，当e＜E时，则直接选取PID的初始参数Kp₀、Ki₀、Kd₀进行控制，跳转到步骤S4.9；当e≥E时，则进入步骤S4.5；

S4.5、读取预先存储在ECU内的模糊规则表，判断步骤S4.3中计算出的湿度差e是否超出系统设定的上限值或下限值，若e超出系统设定的上限值或下限值，则令e变为上限或下限值，若e没有超出设定的数值范围，则将湿度差e量化为模糊论域中的语言变量；判断步骤S4.3中计算出的湿度变化率ec是否超出系统设定的上限值或下限值，若ec超出系统设定的上限值或下限值，则令ec变为上限或下限值，若ec没有超出设定的数值范围，则将湿度变化率ec量化为模糊论域中的语言变量；

查找模糊控制规则表选取合适的P、I、D的控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊输出变量；进入步骤S4.6；

S4.6、利用隶属函数，采用重心法，将控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的模糊输出变量进行清晰化计算，得到控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的清晰输出量，进入步骤S4.7；

S4.7、将计算出的控制参数修正值ΔKp、ΔKi和ΔKd的清晰输出量存入ECU的PID模块中，并进行修正计算，得出修正后的PID参数，其中参数修正算式为：

式中，Kp、Ki、Kd是PID控制器的参数值；Kp₀、Ki₀、Kd₀分别是Kp、Ki、Kd的初始参数；ΔKp、ΔKi、ΔKd分别是通过模糊控制得到的Kp、Ki、Kd的修正值，进入步骤S4.8；

S4.8、将Kp、Ki、Kd置入ECU中的PID控制模块，进行PID运算，求出控制量；

S4.9、将P、I、D默认值置入ECU的PID控制模块，进行PID运算，求出控制量；

S5、ECU将流量控制信号输出至液路比例电磁阀，控制液路比例电磁阀的纯净水流量；ECU将数字开关信号输出至气路电控阀，控制气路电控阀的通断，进入步骤S6； 

S6、液路比例电磁阀根据流量控制信号控制输出到喷雾装置的纯净水流量，气路电控阀根据数字开关信号控制开关的开启和关闭，控制输出到喷雾装置的空气量，进入步骤S7；

S7、喷雾装置利用压缩空气和高压纯净水产生水雾，通过二次蒸发变为水蒸气，提高环境的相对湿度，进入步骤S8；

S8、ECU通过信号采集模块实时监测环境湿度，并判断当前环境湿度是否达到步骤S1的设定值，若不是，则返回步骤S2；若是，则停止加湿，ECU发出停止加湿的控制信号到液路比例电磁阀和气路电控阀，接收到信号后，液路比例电磁阀和气路电控阀同时关闭，液路比例电磁阀断开供水系统，气路电控阀断开供气系统，此时，系统停止加湿工作，进入下一步骤；

S9、待气路电控阀关闭N秒钟后，ECU将气路电控阀重新开启N秒钟，然后再将其关闭N秒钟，进入步骤S10；所述N值由管理员设置；

S10、ECU判断液路比例电磁阀关闭后，气路电控阀是否已开启M次，若不是，则返回步骤S9；若是，则进入步骤S11；所述M值由管理员设置；

S11、ECU判断是否收到管理员的关闭信号，若是，则退出操作；若否，则返回步骤S2。

5.根据权利要求4所述果蔬保鲜运输用高压变量喷雾加湿系统的实现方法，其特征在于，所述N值为5；所述M值为3。 

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