基于模糊自适应控制的温室温度调控

为了实现温室在冬季时温度控制精度高、能耗小的目标。该研究提出了一种将热量平衡原理与模糊控制相结合的模糊自适应控制方法,在模糊控制器中加入基于热量平衡方程的输出隶属度函数修正模块,通过监测温室内外温度数据,在上位机中对模糊控制器中的输出隶属度函数进行自适应调整,最终使温室温度稳定在目标温度。结果表明,基于热量平衡方程式的温室温度模糊自适应控制系统具有较好的稳定性和准确性,在设置20℃为目标温度值的情况下,基于热量平衡方程的模糊自适应控制最终使温室温度稳定在(19.8±0.11)℃,一般模糊控制方法最终使温室温度稳定在(13.5±0.5)℃,无法达到目标环境温度值,而阈值控制最终使温室温度稳定在(20.0±0.85)℃;同时,基于热量平衡方程式的温室温度模糊自适应控制能耗较低,且能量利用率更高,模糊自适应控制能量利用率为45.97%,而阈值能量利用率仅为20.21%。研究提出的基于热量平衡方程的模糊自适应控制方法不仅满足温室温度调控需求,而且能够提高能量利用率,降低能耗。     

基于全局变量预测模型的温室环境控制方法

针对传统温室控制系统中存在的控制方案达不到最优化、反应滞后、控制器调节不同步等问题,提出了基于全局变量预测模型的温室环境控制方法。该方法将温室内部温度、湿度、光照等数据,控制器当前状态,温室外部环境的相应数据及当地天气情况进行融合,利用各个全局变量通过数学模型得出温室未来环境状况的短期预测值,通过神经网络实现控制方案,解决了温室控制中的大滞后、大惯性等问题。实验结果证明了该方法的有效性及合理性,并对温室内气候智能控制的发展具有一定的参考价值。     

基于改进肖维涅算法的温室环境数据采集

农业温室采集温湿度数据时,有线网络传输数据存在布线复杂、节点移动困难等缺点,采用Zigbee无线传感器网络传输提取的数据信息可以有效解决上述问题。受电磁干扰、传输信道拥塞等不利因素影响,采用Zigbee无线传感器网络监测的数据会出现不准确的情况,所以剔除误差数据成为关键。该文在温室数据采集系统的计算机软件里加入了针对误差数据剔除的改进肖维涅算法。改进肖维涅算法将误差数据剔除掉,把准确的数据存入数据库,方便系统分析温室环境现状。该文对改进肖维涅算法系统的误差数据处理时间进行了分析,与传统肖维涅算法相比,从主机发布采集命令到显示1组数据的处理结果,改进算法节省了5 s的时间。现场试验结果表明,改进肖维涅算法对采集到的数据进行处理后,数据分布更集中,得到的温室环境数据更加准确快速。     

温室环境控制方法研究现状分析与展望

环境控制方法是实现温室蔬菜高效生产的关键。随着现代控制技术的快速发展,温室环境控制方法逐步从手动、定时控制方法,转变为设定值控制和智能控制等方式。该文概述了以设定值为目标实现环境控制的方法,归纳了模糊控制、解耦控制、人工智能控制和表型控制等智能控制方法的特点,总结了现有温室环境调控领域控光、控温、控气、通风、灌溉和“云-边-端”协同控制系统的优劣。针对现存问题,指出该领域的发展趋势为构建考虑扰动因素影响的温室环境控制方法,研制基于作物生长和表型评价体系的环境调控模型,以及建立多模型融合的“云-边-端”协同温室环境调控系统。相关技术的发展将为温室的智能化与信息化发展提供重要的决策依据和借鉴意义。     

基于改进多目标进化算法的温室环境优化控制

该文围绕温室环境控制问题,以温湿度2个主要环境因子为研究对象,建立了温室环境动态模型。设计1种基于改进的非支配排序多目标进化算法(modified non-dominated sorting evolutionary algorithm,MNSEA-II)的双比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器的多输入、输出温室控制系统,以误差平方矩的积分型(integrated time square error,ITSE)为性能指标,使用多目标进化算法对其确立的目标函数进行寻优,求出Pareto最优解,进而对PID控制器的参数进行整定,使系统获得良好的控制性能。本文以Matlab/Simulink为仿真环境,对此温室控制系统进行了仿真研究。结果表明了温室模型的合理性和多目标进化算法优化的PID控制方法的有效性。     

基于RTOS的单片机系统在温室环境控制中的应用研究

温室环境控制对实时响应和实时处理能力都有较高的要求，针对这一特点，提出了基于实时操作系统RTOS的嵌入式单片机系统作为其环境调控的底层控制器，在温室环境各参数调控中该底层控制器性能优越、效果显著，实际运行表明该系统具有较高的稳定性和可靠性。     

传感器在温室大硼环境控制中的应用

本文介绍了温室环境控制用传感器的类型和每种传感器的使用条件，提出了选择合适的温室环境控制用传感器应考虑的各类问题。     

国外温室小气候环境及控制模式

介绍了国外关于温室环境控制的基本概念和某些科学术语.对70年代以来温室环境数学模拟模型的研究,尤其是以单位地表面积表示的温室内空间平均温度和以单位叶表面积表示的冠层平均温度的热量平衡方程作了重点介绍.对于温室计算机分级管理系统也作了简要论述.     

上海地区荷兰玻璃温室内温、湿控制分析

采用线性回归分析方法分析冬、春、秋季温室内温、湿度与界温、湿度,管道温度,通风窗开窗幅度之间的关系,得出冬、春、秋季温,湿控制的基本规律。     

带前馈的比例积分(PI)控制方法在温室热水加温系统中的应用

由于受到室外温度、空气流动、太阳辐射等的影响，温室室内温度控制较为复杂。针对热水加温温室的特点，提出用带前馈的比例积分(PI)控制方法来控制热水管道温度。在实际应用中设定恰当的参数是取得理想控制效果的关键。本文以室外温度、太阳辐照度、风速及温室的状态等为输入，利用径向基函数神经网络建立室内温度预测模型，在此基础上，通过计算机模拟，快速地确定带前馈的比例积分控制方法中使用的参数。     

基于作物积温理论的温室节能控制策略探讨

为了探讨现代化温室节能与环境控制技术问题,该文对以积温理论为基础的温室节能技术研究进展,以及对基于积温理论管理新技术进行了系统的综述,在此基础上分析了积温理论在中国温室产业发展中应用的可能性,对于温室节能乃至中国现代化温室产业的发展具有重要的指导意义。     

温室环境温度预测自适应机理模型参数在线识别方法

温室小气候模型具有非线性、强干扰、时变等特性,常用的线性化模型或离线辨识模型无法有效预测温室环境动态变化规律,模型精度不高直接影响温室环境控制性能。针对模型的这种复杂特性,该文以温度模型为例,提出利用连续-离散递推预测误差算法,对非线性模型参数和状态进行在线估计,以提高模型精度。首先,考虑加热和通风2种控制输入,建立了温室温度模型。然后,论述了该算法的原理和优势,算法通过引入并调整增益矩阵,对系统噪声进行在线更新,减少了系统噪声初始化偏差对参数估计收敛性的影响。最后,基于试验温室实测数据,对温室温度模型进行了在线辨识仿真,结果表明,利用连续-离散递推预测误差算法辨识模型拟合度为93.7%,扩展卡尔曼滤波器拟合度为89.5%,该文提出的算法在预测温室温度方面更为有效。     

温室环境分析中冬季室外气温日变化及数学表达

在温室热环境准确的动态分析中室外逐时气象数据是不可缺少的,但系统完整的室外逐时气温气象观测资料相对较少,为此,该文研究了2009－2011年冬季1月份室外气温的日变化规律。根据连续2 a的观测数据,分析了华北5省区2009－2011年1月份室外气温的逐时变化情况,并归纳出根据日最高气温和日最低气温采用温度逐时变化系数计算逐时气温的方法。结果表明,该方法所得的室外逐时气温模拟结果与实测温度较为吻合。在此基础上,采用傅立叶级数展开的方法,给出了推算冬季任意时刻室外气温的数学表达式。该文为温室环境的精确模拟分析提供详尽的室外温度数据。     

基于遗传BP算法的温室无线传感器网络定位方法

针对温室移动节点定位的需求,提出了一种基于遗传BP算法的温室无线传感器网络定位方法。该方法主要包括路径损耗指数确定、定位模型训练、未知节点定位3个阶段。首先,锚节点间相互通信,通过高斯校正模型增强定位信息的准确性后,利用最小均方误差估计法确定路径损耗参数;然后,应用遗传BP算法建立未知节点坐标和未知节点至锚节点的距离向量之间的映射关系模型;最后将未知节点接收各锚节点的RSSI值转换为距离向量,输入定位模型中,估算未知节点的位置。试验表明,该方法充分考虑环境对信号传输模型的影响,定位误差≤2m的比例达24%,定位误差≤3.5m的比例达86%,相对定位误差低于4.8%,具有较高的稳定性和定位精度,能够满足实际温室环境的定位需求。     

融合粗糙集和证据理论的温室环境控制推理决策方法

针对温室环境控制专家决策的需求,该文提出了一种融合粗糙集和证据理论的推理方法,建立基于粗糙集和证据理论的决策模型,模型推理流程包括连续属性离散化、专家决策表形成、属性约简、证据组合推理。首先采用模糊C均值聚类方法离散连续的环境指标数据,利用基于信息熵的属性约简算法对决策表进行优化,剔除专家知识中的冗余成分,然后引入证据理论组合优化后的指标,最后依据基于基本可信度分配的决策,判定温室应采取的控制方法。实例研究表明该方法能有效提高控制决策可信度,减小决策的不确定性,将其应用于温室环境控制决策具有可行性。     

日光温室封闭式栽培系统的设计与试验

土壤连作灾害、生产资源严重浪费和环境污染已成为日光温室生产中制约其发展的瓶颈问题,为了解决这些问题,实现节水、节肥、保护环境的目的并提高温室生产的管理水平和自动化水平,该文设计了一种日光温室封闭式栽培系统。与传统栽培管理方式不同,该系统使用基质栽培代替土栽方式,采用基质袋装或塑料薄膜完全包裹的模式,实现了与外界环境的有效隔离;使用水肥一体化营养液滴灌代替水肥分离灌溉方式,回收多余营养液并循环利用;采用无线传感器网络模式,实现了温室环境信息的自动采集和发送。试验结果表明,采用封闭式栽培比传统土栽方式番茄产量提高了11.7%,水、肥用量均节省了2%（基质不同,节省水、肥量不同）,同种基质情况下,采用封闭式栽培方式,由于营养液实现了循环利用,水、肥节省率可以达到17.2%。     

基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统设计

针对当前国内温室群环境智能测控研究现状以及黑龙江省寒地日光温室建设实际,研发了一种基于ZigBee和Internet的温室群环境远程监控系统。该系统由数个独立温室监控系统组成,各独立温室监控服务器将数据汇总至总服务器,由总服务器提供远程监控接入管理服务。各独立温室监控系统传感网部分基于ZigBee网络设计,通信模块采用TI公司新一代片上系统CC2530,ZigBee网络通过RS232-RJ45协议转换器接入局域网。软件算法设计参考了大系统理论,对温室环境因子进行综合调控。通过日光温室实地试验,测试了ZigBee网络通讯稳定性,通讯丢包率控制在4.9%以内,远程监控系统稳定,满足了工程设计需要。     

日光温室后墙蓄放热帘增温效果的性能测试

为了增加日光温室有效蓄热量,改善日光温室夜间温度环境,保障作物安全越冬,该文设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统,白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热,并通过水介质将热量储存于蓄热水池中;夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中,以提高夜晚温室内空气温度。试验结果表明：晴天时应用温室蓄放热帘增温系统能将温室夜间平均气温提高4.6℃,阴天时能提高温室夜间平均气温4.5℃;试验期间当室外最低气温为-12.5℃时,对照温室最低气温仅为5.4℃,而试验温室最低气温为10.1℃;该系统在阴天平均集热效率为42.3%,在晴天时平均集热效率为57.7%;与电加热方式相比该系统的节能率达到51.1%以上。     

不同含水率下日光温室土壤温度变化规律的峰拟合法拟合

为了探讨中国西北寒冷干旱地区冬季日光温室内土壤含水率和温度变化规律,该文对内蒙古呼和浩特市日光温室内土壤温度和含水率进行了测试,并利用峰拟合法对不同含水率下的土壤温度进行了拟合。试验表明,在强蒸发条件下,随着土壤温度的升高,土壤非饱和导水率提高,从而将干湿发生面下方的液态水引入干湿发生面。峰拟合函数的最小拟合度为0.95907。通过计算得知,降低含水率能提高白天和夜间的土壤平均温度。验证估计Extreme函数得知,只要确定偏移y0、中心xc、宽度w、幅值A即可得土壤温度对时间的变化函数。该方法可以有效地减少测试点的数量,并把离散的数据点转化为连续函数从而进行微积分分析,提高检测效率。     

日光温室内传热筒与空气间的换热量及对气温的影响

为探讨热风炉加热期间日光温室内的热量分布规律,根据传热学原理,分析了日光温室加温期间热风炉传热筒与空气间的热量交换量。结果表明,距离炉体越远,日光温室传热筒外壁温度越低,并对筒外壁的递减趋势进行模拟。筒外壁与温室空气间的自然对流换热量和塑料筒放热孔与室内空气的换热量相当。塑料筒上放热孔的数量越多,其与温室空气的换热量也越大。热风炉的位置对室内气温的影响较大,热风炉所在一侧的气温要明显高于远离热风炉一侧的气温,在同一剖面内,夜间加温时气温的分布规律呈现出上部气温高于下部气温,1 m以下南侧气温高于北侧气温的趋势,1 m以上有相反的趋势。通过研究,为日光温室热风炉科学合理地安装与配置提供一定参考。