温室小气候的建模及其智能控制研究

摘要

该文提出了一种基于能量和物质守恒的温室环境智能化控制的建模思路和方法,分析了温室小气候中辐射、通风、对流和作物蒸腾作用引起的热质交换物理过程,分别研究和建立了温度和湿度的模型.在浙江省农业高科技示范园区内智能温室中实验采集相关数据,对模型进行了计算机仿真研究.根据均方根误差RMSE标准分析了模拟值与测量值的误差,结果分析表明,建立的温室小气候动态模型能可靠地估计温室内空气的温湿度值.根据建立的模型,提出了运用计算机仿真的方法预测温室小气候的温度,并结合温室实际运行情况,分析温室小气候特点以及各种调控设施的调控能力,为温室小气候的控制奠定前提条件和基础.模型仿真结果与实验测量方法结果相吻合,验证了采用计算机仿真的方法取代实验测量的繁琐方法是可行的.然而一个模糊控制器所要确定的参数很多,专家的经验只能起一个指导作用,很难根据它准确地定出各项参数.该文提出了运用遗传算法来优化模糊控制器的控制系统.通过对温度偏差和温度偏差变化率两个模糊控制器的输入参数的高斯隶属函数进行遗传优化,并根据建立的温室小气候模型进行控制仿真,得到了温室温度的控制曲线.仿真结果表明达到了预期的控制目的,比一般模糊控制系统具有更高的控制精度和鲁棒性.为进一步温室小气候控制研究和智能温室控制提供了必要的基础.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章绪论

§1.1本文的研究背景和意义

§1.2温室小气候系统

§1.3温室环境研究的发展概况

§1.3.1温室小气候模型的发展状况

§1.3.2温室小气候控制的发展状况

§1.4本文的主要研究内容

第二章温室小气候的物理过程分析

§2.1引言

§2.2辐射

§2.2.1短波辐射

§2.2.2长波热辐射

§2.3温室通风

§2.3.1自然通风机理

§2.3.2机械通风机理

§2.4对流交换过程

§2.4.1室内外空气与覆盖材料的交换

§2.4.2室内空气与加热系统的热交换

§2.4.3室内空气与土壤、作物的对流热质交换

§2.5作物的蒸腾过程

§2.6本章小结

第三章温室小气候机理建模及仿真

§3.1引言

§3.2温室内空气温湿度模型

§3.2.1温室内空气温度模型

§3.2.3温室内空气湿度模型

§3.3模型验证实验

§3.3.1实验条件

§3.3.2实验过程和方法

§3.3.3实验数据分析

§3.4软件仿真

§3.4.1软件编程

§3.4.2仿真结果与讨论

§3.5本章小结

第四章温室小气候的调控研究

§4.1引言

§4.2冬季温室内温度变化特点及调控

§4.2.1晴天温室温度特点及调控

§4.2.2阴天温室温度特点及调控

§4.3夏季温室内温度变化特点及调控

§4.3.1温室温度及调控

§4.3.2湿帘—风机降温效果分析

§4.3.3降温设备调控效果模拟分析

§4.4本章小结

第五章温室小气候的模糊控制研究

§5.1引言

§5.2模糊控制基础

§5.2.1模糊控制方法

§5.2.2模糊控制器设计

§5.3温室小气候模糊控制器设计

§5.3.1模糊控制器结构设计

§5.3.2输入量的模糊化

§5.3.3输出量的模糊化

§5.3.4模糊控制规则库及决策

§5.4温室小气候模糊控制器仿真研究

§5.5本章小结

第六章温室小气候的遗传优化模糊控制研究

§6.1引言

§6.2遗传算法基础

§6.2.1基本遗传算法

§6.2.2遗传算法理论基础

§6.3模糊控制器隶属度函数遗传算法优化

§6.4温室小气候遗传优化的模糊控制

§6.4.1遗传优化及编程

§6.4.2模糊控制器遗传优化结果

§6.5本章小结

第七章总结与展望

§7.1全文总结与创新点

§7.2后续研究与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文