玻璃温室小气候模型及控制策略研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangma2009
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设施玻璃温室作为设施农业的重要组成部分,在计算机控制系统及各类现代化设备介入温室设施的今天,建立一个通过各项设备的有效操作来改善室内环境因子的控制系统是十分必要的。温室小气候模型的建立是实现温室有效控制的关键环节,温室内温湿度环境因子不仅受温室结构、温室设施以及温室环境的影响,还受室外气候条件的相互影响,故而需要有效调控对温室环境有较大影响的环境因子。本文提出建立基于各生育期作物生长发育最优参数以及温室小气候模型来综合控制的温室模糊控制系统,该系统结合作物自身发育要求及温室环境的影响来调控温室设施,促使温室环境更趋于作物生产发育环境。本文以温室番茄为研究对象,采用基质栽培方式,利用温室小气候预测模型及模糊控制来实现玻璃温室室内气候的调控,课题主要研究内容及结果如下:(1)建立适合我国北方气候特征的现代化温室温湿度预测模型。充分考虑室内外环境因子及围护结构的影响,应用改进的热量传递理论及质能平衡方程,对温室小气候环境进行研究分析,主要展开对温室外气体层、温室覆盖层、温室内气体层、加热管道层、植物覆盖层以及地表土壤层的热量平衡,建立温室作物与室内外环境因子的质量平衡关系,建立温室小气候的温湿度动态预测模型,并具体分析各环境参数对温室小气侯所造成的影响。此研究旨在考查温室环境参数对温室小气候的敏感程度,同时也涉及了温室结构以及介入设施等的影响程度。(2)通过改进的热量传递理论及质能平衡方程,考虑室内外太阳辐射量、室内外温度、风速、通风率、围护结构等因素建立温室内温湿度动态预测模型,其结论是室外温度及太阳辐射量是影响室内温度的主要因素(冬季尤其要考虑加热设施的介入),室内湿度变化主要受植物蒸腾速率、室内温度以及通风换气的影响。该模型在各个生育期(幼苗期、开花期、结果期)预测温度的相对误差分别为6.8%、6.1%、5.2%,绝对误差为1.33℃、1.32℃、1.04℃,标准误差均方根为1.43℃、1.36℃、1.21℃;预测湿度的相对误差分别为5.2%、3.3%、1.55%,绝对误差为4.94%、2.65%、1.40%,标准误差均方根为3.46%、2.22%、1.50%,验证该模型可靠有效,可为后续温室环境模糊控制与决策管理提供支持。(3)利用番茄各生育期温度、湿度、太阳辐射度的最优参数值,将其与预测值(微控制器采集到的环境数据带入温室小气候预测模型所得)进行对比,获得最优值同预测值的偏差及其变化率和其变化率的变化率,再利用三维模糊控制器来确定控制量,进而调节七个执行机构(遮阳帘、保温被、天窗、供暖设备、湿帘外翻窗、风机、湿帘水泵)的启停促使温室环境更趋于作物最佳生长环境,具有良好的控制效果。
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