基于经济最优目标的温室环境控制策略

将温室作物整个生长季节分为营养生长阶段和生殖生长阶段。在营养生长阶段,以温度优先为控制策略,即以温度为主控参数,根据温室内加温和降温的幅度等级来选择相应的执行机构,实现温室内作物栽培的环境参数控制要求。在作物生殖生长阶段,综合控制成本模型、温室环境的预测调控模型和作物生长模型,以温室产出与投入比最大为温室环境控制目标进行决策,为温室内作物生长提供经济适宜的环境参数和生长条件。以黄瓜为栽培对象,进行了温室周年生产。实践表明,按经济最优目标的控制策略来实现温室环境控制,既保证了作物正常生长的需要,又兼顾了经济成本。     

温室环境控制与温室模拟模型研究现状分

综述了温室环境控制系统、控制策略及环境模拟等研究领域的发展状况.目前温室环境主要采用多处理器的分布式控制系统,控制器以结构通用、价格便宜的单片机为主,也可应用工业控制器,但工业控制器的价格较高.环境控制的研究重点是控制系统的智能化和信号传输的无线化,无线传输适合温室特点,为现场布线及后期维护带来方便.通过模拟模型可以了解结构特征、气象条件及作物生长等对温室环境的影响.综合考虑环境因子、作物生长及经济性的三级模型尚难以达到,目前主要还是采用分段式控制和人工设定相结合的方法.不必过分强调后级控制的精度,应结合作物生长模型进行环境优化调控并注意温室生产的经济性,加强控制理论与温室生产过程的结合.     

基于分段控制策略的温室智能测控系统设

以PID算法和模糊控制理论相结合的分段控制理论为控制策略,嵌入温室作物生长模型和栽培专家知识,基于RS485总线,设计了一个分布式温室智能测控系统,对温室生产环境因子进行实时监测、分析、智能决策输出,调节温室控制设备,创造最佳的温室作物生长环境条件.实践证明,分段控制算法使控制输出准确跟踪设置值.     

基于作物光照需求的温室光调控系统

针对传统的温室光照环境控制方法粗糙、易造成作物光照不足及能源浪费的问题,考虑作物生长对光照的需求,基于光合速率模型,分析环境温度对作物生长光照需求的影响,推导创建了温室补光模型;同时,应用无线通讯技术设计了一个基于作物光照需求的温室光环境远程控制系统,介绍了系统的软硬件结构;最后,针对秋冬季节温室环境在1天内的实际变化情况,对系统的光照调控方法进行验证。结果表明:该方法能够根据环境的实时变化采取不同的光照控制措施,既满足作物生长的需求,又能更有效地利用能源。     

基于奇异摄动理论的综合温室控制系统设计

为了建立集环境因子、作物生长过程和上层指标的综合温室控制系统,分析了现有温室控制研究成果,基于控制周期原则将温室控制系统分为分钟级温室环境因子控制系统(快速时变系统)、天或旬级的作物生长周期控制系统(中速时变系统)、年级的温室上层指标控制系统(慢速时变系统)。通过多时间尺度分析发现3类控制系统具有多时标特性,借助奇异摄动理论,对温室控制系统进行了分层递阶设计,进而得出该理论下的总体温室控制系统模型与控制器求解过程。通过算例演绎该设计方法的步骤,进行了仿真研究,结果表明,基于奇异摄动理论的温室控制系统设计思路清晰、计算量小、易于工程实现。     

温室环境控制方法研究进展分析与展望

温室环境优化调控方法和技术能有效改善温室作物的生产条件,提高光能资源的利用效率,从而实现温室作物的高产、高效、优质生产。为了充分利用国内外的研究成果,促进我国在该领域的研究与应用,从基于设定值、智能算法、多目标优化、多因子耦合和基于作物生长信息的环境控制方法等5方面,综述了温室环境控制方法的国内外研究进展。针对我国该领域的研究现状和存在的问题,提出今后应解决光/温/营养耦合高效控制机理、植物表型高通量检测方法等重大科学问题,突破信息感知、物联网、智慧管控等关键技术,形成具有中国特色的温室智能化测控技术体系。     

基于作物生长模型的温室智能控制系统

在对国内外温室智能控制系统进行调查分析的基础上,针对高档温室自动控制的需要,探索性地将温室作物生长模型引入到温室智能控制系统结构中,开发了基于作物生长模型的温室智能控制系统.该系统基于温室作物生长模型理论,对温室内外环境因子进行实时监测和智能化决策调节,为温室内作物生长创造最优化的生长条件.该系统功能强大,软硬件全中文界面,操作简便,运行可靠.     

温室灌溉控制策略研究进展

灌溉是温室生产中的一个重要环节,不合理的灌溉控制方法会造成水资源的浪费。通过对温室灌溉控制策略的发展和应用情况进行综述,从基于蒸腾模型、土壤/基质湿度传感器、作物特性3个方面阐述当前温室生产中灌溉控制策略的研究进展。针对用于制定灌溉控制策略的不同蒸腾模型分析对比各自优缺点和适用条件;针对常见湿度传感器,分析其测量原理并讨论具体应用;从形态学和生理两个角度对基于作物特性的灌溉控制测量进行分类讨论。最后,对当前温室灌溉控制策略从控制策略融合度、灌溉控制策略与灌溉控制装备匹配度和泛化性以及普适性方面进行总结和展望,通过分析展望发现土壤水分传感器和植物信息传感器很有发展前景。在未来的发展中,灌溉控制策略与灌溉控制装备的发展将会不断交互融合,温室节水灌溉控制技术的发展趋势必定向着更高效、更简便以及更智能化的方向发展。     

国内温室环境在线控制系统的研究进展

综述了温室在线控制系统的研究现状,按照温室在线控制系统的控制方法,将系统分为基于单片机控制、基于PLC控制、基于网络技术控制、基于工控技术控制(IPC)和基于总线技术控制等几类。目前,温室在线控制主要还是采用分段式控制和人工设定相结合的方法。未来温室在线环境控制的研究重点是控制系统的智能化和信号传输的无线化,通过综合考虑环境因子、作物生长及经济性等因素,来获得适合作物最佳生长条件的智能决策支持及控制系统。这将是未来温室在线控制系统的发展方向,能够达到改善作物品质和提高经济效益的目的。     

物联网技术在智能连栋温室中的应用研究

针对现有温室管理过程中出现的人为因素干扰和粗犷管理模式带来的诸多问题,本文设计了一种基于物联网技术的设施农业远程控制系统,对作物生长环境进行精细化的智能管理,精确控制温室内温度、湿度、光照等环境因素,营造农作物生长的最佳环境,实现农业温室作物生产精细化、智能化、多功能的现代农业温室种植模式。     

北方日光温室群智能化环境控制系统的研究

针对我国北方日光温室的结构特点、生产条件及管理现状,应用计算机控制技术、通信技术和网络技术等,研制开发出集多功能于一体的温室群智能化控制系统。通过对温室内环境因子的实时检测,使用模糊控制算法,控制温室内设备,使温室内的环境因子达到适合作物生长的要求。     

南方连栋塑料温室夏季机械通风优化设计

我国南方地区夏季长期高温,严重影响了温室作物生长。为了提高降温效果且减少通风能耗,需要优化温室机械通风系统的设计参数和控制方法。以南方地区典型的连栋塑料温室为研究对象,针对温室机械通风,建立了三维全尺度瞬态及稳态计算流体力学仿真模型。通过在温室内、外均匀布置温、湿度和光照传感器,测量机械通风引起的温室内气温变化和分布,用实验验证了仿真模型瞬态和稳态计算的准确性和有效性。通过仿真模型模拟了室外高温条件下的风机数量、温室长度、入口温度及环境温度变化等参数对机械通风降温效果的影响程度,并模拟了不同数量风机启闭控制的降温效果。本文提供的控制策略最高可减少约60%的能源消耗,而植物冠层平均温度仅升高0.21℃。     

中国温室作物模型研究状况

在分析国内外作物模型研究现状的基础上,对温室作物模型的研究作进一步分析。介绍作物生长模型的主要理论——作物积温机理,对我国温室黄瓜和番茄作物模型的研究作了说明,并对我国开展温室作物生长模型相关研究提出建议。     

温室环境对番茄干重影响的参数优化

番茄是设施蔬菜栽培的主要作物之一.为此,以温室番茄的干重作为温室环境控制的目标进行优化,为温室作物生长提供经济适宜的环境参数和生长条件;重点研究了温室内番茄生长的环境参数(温度、相对湿度、光照强度)对番茄干重的影响规律和温室环境系统最佳参数.试验结果表明,影响试验指标的主要因素是温度、相对湿度、光照强度,其较优组合是温度为31℃、相对湿度为69%、光照强度为71klx.     

温室温湿度的远程监控系统

在科学研究中,为了研究作物在不同环境中的生长情况,需要控制不同的环境参数模型。在实际生产中,为了提供适合作物生长的生态环境,需要对温室环境参数进行实时监控。为此,基于LabVIEW平台,利用DataSocket技术开发了温室温湿度远程监控系统,实现了远程监控终端对温室温湿度的控制以及温湿度数据的实时共享。     

温室小气候环境监测预警技术及应用研究

为避免极端环境对作物生长造成损伤,提出一种基于温室小气候模型的环境监测预警技术。通过无线传感器网络实时获取温室环境数据,建立温室小气候模型,将模型预测结果与预警指标库中作物受灾指标对比,及时预测温室异常环境。该技术以LabVIEW为开发平台,实现温室环境自动监测、数据管理、温室小气候模拟、异常环境预警和远程发布等功能。结果表明,该技术能够有效对温室小气候环境进行实时监测预警,可靠性高,具有较好的实用价值。     

基于嵌入式 Web 服务器的远程温室监控系统设计

针对传统温室监控系统实时性差、监控环境因子单一的问题,设计了一种基于嵌入式 Web 服务器的远程温室监控系统。该监控系统以嵌入式Web 服务器为核心,结合CGI 技术实现多传感器数据与控制界面的动态传输,通过Internet 远程访问嵌入式Web 服务器,实现用户通过 Web 浏览器对温室环境多因子参数的监测与控制。该系统保证了对温室环境因子的精确检测与实时控制,可为温室作物提供适宜的生长环境。     

基于Smith预估模糊控制的温室灌溉决策系统设计

温室设备快速准确控制是设施农业精准调控的关键环节。为解决现有温室灌溉控制系统精度较低,优化蔬菜作物的灌溉管理策略,本文提出了基于Smith模糊控制器的温室灌溉智能决策系统。文章对Smith预估模糊控制器结构组成及结果期西红柿土壤水分数学模型构建进行了阐述。基于Simulink的建模仿真验证了本系统的控制策略具有更好的响应速度和控制精度;温室实地试验结果表明,系统灌溉控制最大误差为7.5%,系统响应达到设定值后,土壤水分平均值能够很好地维持在70.5%左右,符合温室西红柿结果期的生长环境要求。系统工作稳定,针对温室蔬菜灌溉控制具有更高的控制精度和实用性。     

基于CFD的Venlo温室夏季组合降温措施模拟研究

针对我国南方地区夏季高温高湿的气候条件,对采用天窗、外遮阳、内喷雾降温措施的试验Venlo温室内温度状况进行了模拟研究。以室外气候参数为边界条件,考虑作物和环境的相互作用,内喷雾系统和室内环境的质热交换以源项的形式加入到控制方程中,采用CFD(computational fluid dynamics)中的稳态方法求解控制方程,模拟Venlo型温室不同调控措施及组合下的温室内温度分布特点,分析各种调控措施的调控效果。模拟结果表明:采用加入源项的方法模拟内喷雾系统和室内空气的质热交换,其模拟值和实测值均方根误差RMSB为0.514 4℃,最大绝对误差为0.75℃,平均相对误差为1.3%,说明所建立的CFD模型有效。3种降温措施下,以外遮阳+自然通风的降温贡献率最大(80.6%),能耗最高的喷雾系统降温贡献率仅为34.8%,较高的环境湿度影响了喷雾系统的降温效率。CFD夏季降温模型的建立为温室作物系统的环境控制策略的制定提供了科学依据。     

基于SSA-LSTM的日光温室环境预测模型研究

构建日光温室环境预测模型,准确预测温室环境变化有助于精准调控作物生长环境,促进果蔬生长。而温室小气候环境数据多参数并存、耦合关系复杂,且具有时序性和非线性,难以建立准确的预测模型。针对以上问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化的长短期记忆网络(LSTM)温室环境预测模型,实现了温室环境数据的精准预测。实验结果表明,采用SSA自动进行参数选优的方式,解决了LSTM模型参数手动选择的难题,大幅缩短模型训练时间,且最优的网络参数能够发挥模型的最佳性能。对日光温室内空气温湿度、土壤温湿度、CO₂浓度和光照强度6种环境参数进行预测,SSA-LSTM平均拟合指数高达97.6%,相比BP、门控循环单元(GRU)、LSTM,其预测拟合指数分别提升8.1、4.1、4.3个百分点,预测精度明显提升。