融合多环境参数的鸡粪氨气排放预测模型研究

NH₃是影响舍内肉鸡生长发育的主要有害气体,对其排放量的准确测量与预测有助于建立鸡舍环境调控模型,提升畜禽福利化养殖的水平。生产中,NH₃监测多采用电化学传感器,精度差且寿命短,较难直接获取NH₃排放量。结合NH₃产生和释放的机理过程,选择相对较易获取的CO₂排放量(E_CO2)和H₂O排放量(E_H2O)等环境参数建立NH₃排放量的预测模型。建立了肉鸡厚垫料养殖模式下,舍内鸡粪气体排放的模拟试验装置,连续多日向试验装置内投入等量鸡粪以模拟鸡舍每日粪便生成,监测温度、相对湿度以及CO₂、H₂O、NH₃排放量数据。基于多种机器学习方法和环境参数,构建了NH₃排放量预测模型,并运用特征和排列重要性探究参数重要程度,运用部分依赖图和个体条件期望图探究模型对参数的依赖关系。...     

猪舍氨气与二氧化碳浓度变化时序预测模型优化

NH₃质量浓度和CO₂质量浓度是猪舍环境精准控制的重要指标。由于畜禽舍气体浓度具有时变性、非线性耦合等特点,目前有害气体浓度预测模型存在预测精度低的问题。提出了基于门控制循环单元(Gated recurrent unit, GRU)、改进麻雀搜索算法(Improved sparrow search algorithm, ISSA)并融合差分整合移动平均自回归模型(Autoregressive integrated moving average model, ARIMA)的有害气体浓度时序数据预测模型ISSA-GRU-ARIMA。首先构建了GRU气体浓度时序预测模型,然后通过引入Tent混沌序列、混沌扰动和高斯变异增强ISSA算法的局部寻优能力,实现GRU模型超参数优化;然后利用统计学习ARIMA方法提取优化后的ISSA-GRU模型预测残差的线性特征,最终达到提升模型预测精度的目的。以采集的52 d猪舍环境的1 248组数据对模型进行训练和测试。结果表明,ISSA-GRU-ARIMA模型NH₃质量浓度预测的均方根误差(RM...     

后备母猪舍夏季环境调控影响因子变化规律试验与分析*

为掌握夏季后备母猪舍环境调控的影响因子变化规律,以云南保山某规模后备母猪舍为试验对象,在猪舍内布置环境因子传感器,通过改变开启风机数量、风机组合和湿帘等措施,测试后备母猪舍内的温度、相对湿度和氨气的变化规律。试验结果表明:风机开启数量越多,舍内温度下降幅度越大(最大幅度为2.66 ℃),相对湿度上升幅度越大(最大幅度为9.76%),后备母猪舍内温湿度在通风方向上的分布越均匀。开启湿帘对后备母猪舍内降温效果明显,最大降温幅度为4.27 ℃,舍内相对湿度最大增加幅度为24.17%。开启左右两侧风机时,舍内温湿度分布较开启左中或右中侧风机均匀,后备母猪舍内平均THI指数为79.5,下降幅度为3.86%,能有效缓解猪只热应激;后备猪舍内的温度场不均匀系数为0.42,相对湿度场不均匀系数为0.5,舍内温湿度分布较为均匀。     

基于高斯曲率最大化的蓝莓温室光照与CO2综合调控策略

针对目前温室光照、CO₂调控效益不高等问题,提出了一种基于高斯曲率最大化的蓝莓温室光照和CO₂综合调控策略。首先通过采集不同温度、光照强度、CO₂浓度嵌套下的蓝莓净光合速率,建立不同温度下包含光照强度、CO₂浓度的蓝莓净光合速率机理模型;接着根据不同温度下蓝莓光合速率机理模型的高斯曲率函数构造适应度函数,并采用粒子群算法进行最大值寻优,计算高斯曲率最大值所对应的光照强度和CO₂浓度,获得不同温度下光照强度、CO₂浓度高斯曲率最大点;最后基于多项式拟合,建立不同温度下光照、CO₂综合调控策略。通过与最大净光合速率饱和点的调控对比发现,平均光照强度下降60.73%,CO₂浓度下降25.00%,而平均净光合速率仅下降14.29%。与实际蓝莓净光合速率对比发现,采用本文提出的光照、CO₂综合调控策略,蓝莓净光合速率较实际值平均提高1.87倍以上。说明本文提出的光照、CO₂综合调...     

碳氮磷交互作用对高浓度氨氮鸡粪沼液培养小球藻的影响

为降低鸡粪沼液对环境污染的同时寻求资源的再生利用，以鸡粪沼液膜过滤出水作为小球藻培养基，研究了二氧化碳(CO₂)体积浓度(0.03%～10%)及氮磷比(N/P=10～260)对小球藻生物量与色素累积，以及对氨氮、磷酸盐去除的影响。试验结果表明：在CO₂体积浓度为7.5%、N/P=80的条件下，小球藻干重最高可达3.38 g·L^-1,叶绿素(Chlorophyl, Chl a+b)浓度为30.78 mg·L^-1,氨氮去除率为68.6%。CO₂浓度对小球藻累积生物量的影响更大，培养20 d后，额外补偿CO₂的各处理组中磷酸盐去除率均>98%。研究为鸡粪沼液膜过滤出水培养微藻的工业化应用奠定了基础。     

华东地区典型保育猪舍温湿度和空气质量监测

为探究畜禽舍温湿度与空气质量情况,获得较可靠的监测数据,并为畜禽舍环境改善提供依据,以华东地区某典型规模猪场的两间自然通风保育猪舍为对象,应用多点连续监测方法对猪舍内的温湿度以及主要污染气体(二氧化碳(CO_2)、氨气(NH_3)、硫化氢(H_2S)和甲烷(CH_4))的质量浓度进行了为期1年的监测。监测结果显示,该保育猪舍内温度、相对湿度以及CO_2、NH_3、H_2S、CH_4质量浓度的小时平均值范围分别为0.9~42.0℃、31.1%~97.7%、423~3 534 mg/m~3、0.11~49.7 mg/m~3、0.9~41.7μg/m3和0.1~17.7 mg/m~3;对应的(年平均值±方差)分别为(25.6±8.6)℃、(71.4±11.7)%、(1 982±744)mg/m~3、(10.9±8.4)mg/m~3、(8.2±5.2)μg/m~3和(2.9±1.9)mg/m~3。研究结果还揭示了这些指标每日和四季的变化规律以及舍内环境状况。全年的最低和最高小时平均温度和相对湿度,以及小时平均最高CO_2和NH_3质量浓度超出了国家标准中规定的规模猪场环境参数的临界值。但舍内的H_2S和CH_4质量浓度很低,不会对猪的健康生长以及猪舍的安全造成危害。     

保育舍冬季湿热环境与颗粒物CFD模拟研究

为对保育舍内环境质量状况进行评估和改善舍内环境提供有益参考,应用CFD对采用负压通风和水泡粪保育猪舍的气流场、温度场、湿度场和颗粒物浓度场进行三维稳态模拟。由模拟结果可知:在冬季送入气流,舍内动物所在区域高度为0.2 m的风速基本保持在0~0.2 m/s,大部分区域风速在0.1 m/s以下,相对湿度则基本在60%~70%之间,舍内的平均温度保持在26~34℃,大部分区域的PM_(2.5)、PM_(10)和TSP质量浓度分别在0~0.1 mg/m~3、0~0.7 mg/m~3和0~1.0 mg/m~3之间。由《规模猪场环境参数及环境管理》可知,舍内环境质量基本满足保育猪对冬季环境需求,但在单元入口及墙角处仍有优化空间。     

基于深度学习的密闭式猪舍内温湿度预测模型

针对目前猪舍环境控制中传感器只能实现对当前环境状况的监测,无法对猪舍内环境变化趋势作出预判,不能提前对环境控制设备运行状态进行调节,在一定程度上造成环境控制效果滞后的问题,基于深度学习方法,结合实际传感器监测的历史数据和猪舍外影响数据,建立了长短时记忆（Long short term memory,LSTM）网络预测模型,实现了精确的猪舍内温湿度变化预测。结果表明,猪舍内冬季和夏季温湿度预测值与实测值变化趋势一致,温度最大误差1.9℃,平均误差为0.5℃;相对湿度最大误差为13.5%,平均误差为2.3%;温度和相对湿度预测的平均决定系数分别为0.821和0.645。本文建立的预测模型具有较优性能,可为制定优化的猪舍内环境控制策略,解决环境控制效果滞后问题提供可行的参考。     

工业烟气中CO2直接用于增施气肥的流动及扩散特性分析

工业烟气中的CO₂浓度较低,并且含有不同污染物,能否直接用作增施气肥存在一定的不确定性。为研究将工业烟气中CO₂直接用于农业生产中增施气肥的可行性,对工业烟气排放后的烟气特性、CO₂组成、污染特性进行了分析和评估。基于CFD数值模拟技术,对工业烟气在大棚内的CO₂扩散特性进行了模拟分析。研究结果表明,工业烟气中含有不同的污染物成分可能会对大棚内的环境空气质量产生影响,需经过合理评估并采取适当措施后方可满足农业生产的要求。基于燃煤电厂排放的烟气特点,在CO₂吸收速率为5×10?8 m3/s、烟气稀释倍数为100,控制进入大棚内的SO₂、NO₂、Hg、HF和PM等污染物浓度达到15 mg/m3、8 mg/m3、5 μg/m3、0.2 mg/m3和7.5 mg/m3时,可实现大棚内的污染物浓度达到环境空气质量标准的一级标准（GB 3095—2012）,并且CO₂浓度满足植物生长的浓度要求。不同入口布置方式对大棚内的CO₂浓度影响较大,采用两边和中间同时布点的方案可以较好实现CO₂浓度在大棚内的均匀性要求。因此,工业烟气中的CO₂直接用于农业生产具有可行性,但在实际应用中,应结合烟气中的CO₂浓度、植物的吸收速率、CO₂喷入位置、稀释倍数和污染物浓度进行综合评估,并应用于农业生产。      

猪舍消杀巡检机器人系统设计与试验

针对规模化猪舍人工劳动强度大、重复作业多、疫病传播与防控形势严峻等问题,设计了猪舍消杀巡检机器人系统。该系统融合基于2D激光雷达的即时定位与建图(Simultaneous localization and mapping, SLAM)和超宽带(Ultra wide band, UWB)技术,实现舍内地图构建和系统实时定位;在确定热红外模组安装高度为125cm和安装倾角水平向下夹角5°的基础上,运用Jetson Xavier NX边缘计算单元进行视觉处理与识别算法的部署,完成在线猪只体温巡检;边缘计算单元依据终端指令对消杀模块中超声波雾化单元、紫外线辐射单元等进行决策控制,实现多模式舍内环境消杀;通过传感器技术对舍内环境参数进行实时监测;并搭建人机交互界面,实现监测信息的显示、报警、存储等。测试结果表明,该系统可完成地图构建、自动导航、猪只体温检测,记录异常猪只热红外图像及圈舍所在位置;依据设定的消杀模式,在目标点开启相应消杀功能的准确率为100%;机器人在巡检状态和静止状态下,舍内CO2浓度、温度、相对湿度的相对误差分别为0.04%、3.00%、2.10%。本研究可为疫情形势下猪舍巡检消杀少人化/无人化作业提供技术装备参考。     

水轮机调节系统控制技术研究

介绍了水轮机调节系统控制技术目前的应用情况和存在的问题,着重阐述了现代控制技术和智能控制技术的主要研究方法和研究成果及其应用情况;并提出将多种控制技术相结合形成综合控制技术,将是水轮机调节系统控制技术的发展方向.     

智能车辆横向混合切换控制器设计

考虑到智能车辆在不同工况下表现出不同的系统特性,设计了由线性二次型最优控制律和利用模糊逻辑推理得到的模糊控制律组成的混合切换控制器。当偏差和偏差变化率较小时(小角度转弯),假设系统特性固定不变,切换到最优控制律;而在偏差和偏差变化率较大时(大角度转弯),车辆具有强非线性、时变、耦合和参数不确定性等特性,切换到模糊控制律。采用ADAMS和Matlab/Simulink联合控制仿真的方法对该智能车辆的横向控制算法进行仿真,并通过试验验证。仿真和试验结果表明:该横向控制器可保证智能车辆在路径跟踪过程中的准确性和平稳性。     

智能车辆横向混合切换控制器设计

考虑到智能车辆在不同工况下表现出不同的系统特性,设计了由线性二次型最优控制律和利用模糊逻辑推理得到的模糊控制律组成的混合切换控制器。当偏差和偏差变化率较小时(小角度转弯),假设系统特性固定不变,切换到最优控制律;而在偏差和偏差变化率较大时(大角度转弯),车辆具有强非线性、时变、耦合和参数不确定性等特性, 切换到模糊控制律。 采用ADAMS和Matlab/Simulink联合控制仿真的方法对该智能车辆的横向控制算法进行仿真,并通过试验验证。仿真和试验结果表明：该横向控制器可保证智能车辆在路径跟踪过程中的准确性和平稳性。     

波浪补偿控制算法综述

为了实现对船舶在波浪中的运动响应进行补偿,提高海上作业的效率,需要对波浪补偿设备采用更为先进的运动控制技术.采用前馈控制和反馈控制的分类方式,简述了适合用于波浪补偿设备的控制算法研究现状,以便于更好地了解波浪补偿控制技术的发展.其中属于前馈控制类算法的主要有卡尔曼滤波法、神经网络和时间序列分析法;属于反馈控制类的主要算法有PID控制算法和模型预测控制算法.分析这些算法在波浪补偿控制中的理论原理和研究进展,并且通过对相关学者的研究文献进行了对比分析,指出了卡尔曼滤波法、神经网络和时间序列分析法以及PID控制算法和模型预测控制算法的关键特征.在结论中根据不同控制算法的原理和特征给出了这些算法在波浪补偿控制中可能的研究方向,可以为波浪补偿控制系统的研究和发展提供指导意见.     

Drainage control in water management of polders in the Netherlands

One of the impacts drainage has on the downstream part of a water system is a higher risk of peak flows caused by heavy precipitation. In the polders of the Netherlands this is a well-known problem. The heavy precipitation flows easily from paved areas and with some delay from unpaved areas into many small canals and through these canals towards the downstream pump station. Here, high water levels can result in an unacceptable high groundwater table. This problem has grown over the past years as more area has been paved and storm events have become more extreme. Until recently in the Netherlands, the solution for this problem was to increase the pump capacity, but nowadays the Dutch Government's opinion and that of the local Water Boards about solving this problem is changing. Rather than shifting the problem to more downstream lying parts of the water system, the philosophy has become “first retain, then store, only then discharge” (Nationaal Bestuursakkoord Water, 2003. Dutch National Policy on Water Management for the 21st Century). A way to retain water in upstream parts of the waters system is to use real-time control structures in the upstream canals. In this paper a control method is presented that can effectively retain water in the upstream parts, until the downstream part can accommodate this amount of water. The method is based on upstream Proportional Integral-control with adaptation of the set point. The control is referred to as Cascade PI-Control. Basically, the goal of the control method is to fill the available storage equally in the whole area. Tests have been performed with a calibrated model of an existing polder in the Netherlands. Results show that application of the control method is sufficient to avoid such drainage problems.     

农机导航自校正模型控制方法研究

针对运动学模型中的近似条件对模型控制方法曲线路径跟踪精度的影响,提出了一种农机导航自校正模型控制方法。该方法采用模型控制方法设计控制律,并采用模糊控制方法自适应地在线调节模型控制律的控制量。农业机械的路径跟踪实验结果表明,该方法既保留了模型控制方法在直线路径跟踪方面的优点,又弥补了模型控制方法在曲线路径跟踪方面的缺陷。当速度为1.0 m/s时,直线路径跟踪最大横向偏差小于0.064 9 m,曲线路径跟踪的最大横向偏差小于0.185 7 m。     

基于模糊控制的播种机精密单体播深控制仿真研究

为了提高播种机单体播深控制的精度和速度及研究播种机作业过程中土壤的变化规律,设计了一种新的播种机单体控制系统,在播种自动化控制环节中引入了模糊算法和PID闭环控制,建立了播深模糊控制的数学模型,并通过多软件联合仿真的方式对控制系统进行了仿真实验,验证了算法的有效性和可靠性。利用MatLab线性回归算法得到播深和施加力的线性回归方程,通过播深的反馈调节对施加力进行模糊控制,使用Mat Lab模糊控制工具箱设置了控制参数,最终实现播种机精密PID闭环控制。应用Pro/E软件设计了精密播种机三维参数化模型,将模型导入到ADAMS软件中进行了运动仿真,将结果和Mat Lab计算得到的结果进行对比发现:其误差小于10%,说明仿真结果是可靠的。     

气动位置控制技术的发展

简要叙述了气动位置控制技术的发展，分析了气动位置控制的基本方法、控制策略以及现有的研究成果，并时气动位置控制发展趋势作了展望。     

PLC与模糊控制在名优茶杀青加工中的应用

目前,大多数名优茶的加工都是用传统手工杀青和锅式的半机械半人工操作杀青,不能保证名优茶的品质,而且操作不当容易出现大量劣质茶叶和废茶叶,不能形成标准化。为此,运用现代控制技术,通过引入PLC和模糊控制相接合的智能控制设计思想,使整个操控过程实现自动控制。通过这种思想的引入,可以在全部制茶业中实现无人化和标准化生产。     

现代汽车电控巡航系统控制原理浅谈

介绍了巡航电控技术的作用、特点、类型、控制原理,其中着重介绍巡航电控系统两种执行器的控制原理.