论文部分内容阅读
现代温室特殊的结构及材料(透光、密闭、保温等)形成了一个与外界大气候环境相对隔离的特殊的内部小气候环境,影响温室小气候环境的环境因子主要包括光辐射、温度、湿度、CO<,2>浓度、空气流速等,它受到温室外气象环境条件、温室结构及材料特性、温室环境调控设备、温室内作物生理活动以及人为干扰等因素的影响。温室小气候环境具有强非线性、大时滞、强耦合、强干扰、时变等特点,是一个非常复杂的动力学系统。
为深入理解和把握温室小气候系统的动力学特性,特别是非线性和时变特性,从而更好地设计温室小气候计算机实时监控系统,需要对其进行建模、仿真和分析。温室小气候调控,是现代温室生产控制中最重要最基础的组成部分之一。研究温室小气候建模,是建立适合我国气候特征、能够自动调控温室小气候的可控环境农业的基础。
本文首先介绍国内外现代温室产业发展概况,阐述温室小气候的特点及其研究意义,简述温室小气候建模领域研究进展与成果,并提出存在的不足之处和需要深入研究的问题。
机理建模是温室小气候系统建模最基本的方法。基于传热学、传质学等物理学定律和蒸腾作用、呼吸作用、光合作用等作物生理学原理分析温室小气候系统机理,通过能量平衡建立温室温度系统机理模型,通过物质平衡建立温室湿度系统机理模型;然后对机理模型进行分析,总结机理模型的优点和局限性,并获取一些先验知识以指导试验建模工作。
在分析温室小气候系统机理模型的基础上,分别采用ARMAX和ARIMAX两种线性自回归滑动平均模型描述多输入单输出的温室温度系统和湿度系统。选择温室外温度、相对湿度、太阳辐射强度和风速(可忽略)作为系统扰动输入,选择温室内温度和相对湿度作为系统输出。采用统计假设检验和模型拟合度分析相结合的方法确定模型结构,采用渐消记忆递推增广最小二乘法(RELS)在线辨识模型参数,并构造智能监督级监控在线建模过程。最后对4输入或3输入(忽略风速)的ARMAX或ARIMAX相互组合共4种模型的在线建模及仿真结果进行对比分析。
为进一步改进对温室小气候系统动力学特性(特别是非线性和时变特性)的实时跟踪效果,本文又采用一种非线性函数拟合方法——加权最小二乘支持向量机回归(WLS-SVMR)进行在线建模。采用非线性模型——支持向量机回归(SVMR)决策函数描述温室温度系统和湿度系统;选择温室外温度、相对湿度、太阳辐射强度和风速(可忽略)作为模型扰动输入变量(4输入或3输入),选择温室内温度和相对湿度作为模型输出变量;采用WLS-SVMR方法在线辨识非线性模型参数。最后将加权最小二乘支持向量机回归(WLS-SVMR)方法和基于智能监督级的渐消记忆递推增广最小二乘(RELS)方法的在线建模及仿真结果进行对比分析。最后,总结全文,指出本课题研究的创新点,提出现有工作仍需继续改进之处,并对温室小气候建模领域的研究工作进行设想和展望。