深液流栽培試驗溫室溫度系統(tǒng)的建模與控制.pdf

1、溫室環(huán)境控制是在充分利用自然資源的基礎上，通過改變溫室內部的溫度、濕度、光照強度、CO2濃度和作物根際的水分、營養(yǎng)組分等環(huán)境因子來獲得作物生長的最佳條件，從而達到增加作物產量、改善品質、調節(jié)生產周期、提高經濟效益的目的。溫室小氣候環(huán)境具有強非線性、大時滯、強耦合、強干擾、時變等特點，是一個非常復雜的動力學系統(tǒng)，而溫室控制涉及多個學科的知識，包括作物生態(tài)生理學、園藝學、溫室物理學、控制工程、儀器儀表和計算機科學。 溫室小氣候建模為

2、溫室控制提供了理論依據(jù)和決策支持。機理建?？梢灶A測溫室內環(huán)境，但是測量參數(shù)多、成本昂貴。基于輸入輸出數(shù)據(jù)的非線性模型系統(tǒng)辨識建模精度高，但是計算復雜，難以實時應用?；谳斎胼敵鰯?shù)據(jù)的線性模型系統(tǒng)辨識大都沒有結合機理模型考慮模型結構的合理性，以及栽培方式、氣候特征、外部擾動對于模型的影響，建模精度不高。因此，研究綜合考慮以上因素的溫室小氣候建模具有重要的理論及應用價值。 國內溫室環(huán)境控制設備大多數(shù)為開關控制設備，控制設備沒有位置反

3、饋，無法使用國外的基于連續(xù)控制裝備的溫室建模和控制理論；采用常規(guī)的開關控制會導致設備的頻繁開關，造成設備損耗和能源浪費。為了解決上述問題，本文將混雜系統(tǒng)建模與控制理論應用到溫室環(huán)境的設備控制中。 本文的主要工作成果如下： (1)將溫室能量平衡方程與作物的蒸騰作用等生理學原理相結合，建立了深液流栽培條件下的試驗溫室溫度系統(tǒng)的機理模型。仿真結果驗證了機理模型的有效性。在此基礎上對機理模型進行深入分析，獲取試驗建模的先驗知識。

4、 (2)研究了有智能監(jiān)督級的試驗溫室溫度系統(tǒng)的在線建模方法。針對我國氣候環(huán)境、溫室控制裝備的特點，選用有外源輸入的線性自回歸滑動平均模型，根據(jù)機理建模所獲得的先驗知識，提出用統(tǒng)計假設檢驗法和擬合度分析相結合的方法確定模型結構，采用智能監(jiān)督級保障辨識正常進行，并對殘差進行白性檢驗。不同季節(jié)實測數(shù)據(jù)的仿真與預測表明：建模精度較高、計算速度快、抗干擾能力強，適合用于實時控制。 (3)研究了深液流栽培條件下網紋甜瓜和番茄的環(huán)境建

5、模、管理與控制。給出了作物生長的溫室小氣候環(huán)境(溫度、濕度、光照強度)和作物的根際環(huán)境(營養(yǎng)液的溫度、EC值、pH值及主要離子濃度)的調控方法和實際的效果。證明了自主開發(fā)的基于CAN總線的溫室環(huán)境與營養(yǎng)液測控系統(tǒng)的可靠性。 (4)研究了基于混合邏輯動態(tài)建模的溫室溫度系統(tǒng)的預測控制。引入輔助變量，將溫室天窗開關動作、溫度控制的約束條件以混合整數(shù)線性不等式表示，與溫度系統(tǒng)的離散狀態(tài)空間模型統(tǒng)一起來，分別建立了基于機理的混合邏輯動態(tài)模