北方寒地密闭猪舍环境精细调控方法研究

摘要

上世纪90年代以来，随着我国经济飞速发展，人民生活水平不断提高，人们对肉类需求也在不断增长。在政府及政策的大力支持下，我国在养猪业也取得了举世瞩目的成就，成为世界第一养猪大国。随着养猪业的大规模发展，我国的养猪方式也发由传统的散养方式逐渐向规模化养殖转变。从2001年至今，我国养猪业规模化程度逐年提高，然而，快速发展的同时，在规模化养猪过程中存在的问题也逐渐暴露出来。其中，猪舍环境的恶劣所导致的卫生条件差、疾病易传播、猪肉品质较低、动物福利差等问题严重地制约着我国规模化养猪的进一步发展。本文针对我国现阶段规模化养猪所存在的猪舍环境恶劣问题进行研究，以北方寒地密闭猪舍为研究对象，提出了一种可以自动调控多个猪舍环境参数的方法。研究内容包括以下几个方面:
　　(1)猪舍环境气候模型构建。主要包括了猪舍内的温度模型构建、湿度模型构建、有害气体浓度预测模型构建。其中，温度模型通过分析影响猪舍内温度变化的因素，根据热平衡方程构建;湿度模型通风分析影响猪舍水汽质量变化的因素，根据质量守恒定律构建;有害气体浓度预测模型则基于BP神经网络与RBF神经网络进行构建，并分别对猪舍的氨气(NH3)浓度、二氧化碳(CO2)浓度进行预测仿真，两种预测方法对比实测数据均有高于0.92的拟合度，预测效果良好。
　　(2)通风与环境参数关系模型构建。主要研究了通风对猪舍环境参数变化所产生的影响。构建了通风-温度关系模型、通风-相对湿度关系模型、通风-有害气体浓度关系模型。同时，针对北方寒地冬季的实际情况，进一步构建了通风-温度补偿关系模型、通风-湿度补偿关系模型，并给出确定补偿系数的计算方法。
　　(3)猪舍环境精细调控模型构建。主要针对北方寒地冬季时，通风与保温、保湿之间的矛盾，基于模糊控制理论，设计了两种解耦模糊控制器，通过模糊控制算法对猪舍内的温度、湿度、有害气体浓度等参数进行调控并对调控算法进行仿真。
　　(4)猪舍环境精细调控性能分析。根据环境精细调控的仿真结果，分析两种解耦模糊控制器调控下各环境参数稳态波动方差大小、调控设备耗电量等问题。结果表明，其中一种解耦模糊控制器具有更优异的调控性能，可使猪舍各环境参数均以较小的稳态波动方差在适宜的范围内变化，与人工调控相比较，调控设备可节电35％。
　　综上，本文提出的调控方法可有效地对北方寒地密闭猪舍的环境参数进行精细调控，可调控的参数包括温度、湿度、有害气体浓度(NH3、CO2)，同时还可以节省电量，降低养殖成本，因此，具有较大的实践意义。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景与目的意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究的目的与意义

1．2 猪舍环境参数对猪只健康的影响

1．2．1 温度对猪只的影响

1．2．2 湿度对猪只的影响

1．2．3 有害气体对猪只的影响

1．3 国内外研究现状

1．3．1 基于模糊控制技术的畜舍环境调控研究现状

1．3．2 基于数学模型的环境调控研究现状

1．3．3 基于无线传感技术的环境调控研究现状

1．4 论文主要工作与章节安排

2 猪合环境实时监测平台构建与数据采集

2．1 猪舍环境实时监测平台构建

2．1．1 平台整体构架

2．1．2 多源感知层

2．1．3 网络传输层

2．1．4 应用软件系统层

2．2 猪舍环境数据采集

2．3 本章小结

3 猪舍环境气候模型构建

3．1 温度模型构建

3．2 湿度模型构建

3．3 有害气体浓度预测模型构建与仿真

3．3．1 BP神经网络模型构建与有害气体浓度预测仿真

3．3．2 RBF神经网络模型构建与有害气体浓度预测仿真

3．4 本章小结

4 猪舍环境精细调控模型构建与仿真

4．1 通风与环境参数关系模型构建

4．2 多变量解耦模糊调控模型构建

4．2．1 模糊控制基本过程

4．2．2 解耦模糊控制器设计

4．3 猪舍环境精细调控模型仿真与分析

4．3．1 环境精细调控模型仿真

4．3．2 仿真结果分析

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文