[发明专利]一种温室环境多因子协调节能优化控制方法

说明书

本发明涉及一种温室环境多因子协调节能优化控制方法，包括以下步骤：1)设定作物在各个生长时期的期望日平均温度，并获得未来七日天气预报数据；2)预估温室通风系统状态；3)根据步骤1)和步骤2)采用多因子协调算法设定温室内各环境因子设定值，所述环境因子包括温度、湿度、光照辐射强度和二氧化碳浓度；4)获得环境因子实时值，根据所述环境因子设定值调控温室内相应执行机构。与现有技术相比，本发明运用了积温等作物生理特性，有效降低温室能耗，同时采用对应的策略将温室环境次要因子等效协调到温度主因子上，既保证了温室调控的精准与效率，又避免了不必要的能耗浪费，节约了调控的成本，保证了控制的精准有效。

技术领域

本发明涉及农业环境控制技术领域，尤其是涉及一种温室环境多因子协调节能优化控制方法。

背景技术

温室是实现设施农业和工厂化农业的基础设施。温室环境控制是在充分利用自然资源的基础上，通过改变温室环境因子如温度、湿度、光照、二氧化碳等来满足作物生长各个生育期对温室气候的量化要求，通过计算机控制系统实现对温室气候数据的采集处理，并由相应的自动控制算法，实现对温室通风系统(天窗及侧窗)、遮阳系统、保温系统、加热系统、降温系统、二氧化碳释放系统的等执行机构的调控，从而实现对温室气候的自动控制，营造适宜作物生长的室内气候条件(也称小气候)。该技术是提高温室作物产量和质量进行大规模工厂化生产的重要手段，也是调控作物上市时间的重要途径。

经过30多年的发展，温室环境控制经历了从仅采用单纯的冬季保温措施到对植物生长所需多个条件进行控制的发展历程。然而，相对于发达国家，我国温室生产的总体效率仍然较低。其原因是国内缺乏对温室能耗的有效管控，虽然能够精确调控室内环境实现增产，但所付出的能耗代价太高经济效益低下，未能真正增加农民收入。温室生产能耗过高主要因为下几个原因：

1.温室环境因子设定值不合理。不合理的温度设定值源于对温室管理与过程控制的时间尺度处理不合理。以樱桃番茄为例，作物整个生长周期可长达300天，而对于室内环境过程控制而言，通常以“分钟”、“小时”为时间单位。目前的温室环境控制算法，有的片面强调整个生产周期的能耗管理忽视了过程控制，无法实现短时间尺度内对环境的精确调控，造成产量过低，影响农户收入；有的则片面强调短时间尺度小气候的精确控制，而忽视了整个生产周期能耗的管理，能耗过高导致成本过高，也影响农户收入。这些算法中的温度设定值必然也是不合理的。很多基于经验的温室环境控制算法采用静态工作点控制算法，采用简单的温度作为单变量，来控制温室内的温度。这种做法具有简单易操作等优势，充分利用了作物对于环境的适应性这一优势，但缺点也是很明显的，一是在遭遇高温或寒潮等极端恶劣天气，降温或加热系统负荷增高，会给温室调控增加极大的能耗；二是无法满足作物对除温度以外的环境因子(如湿度、二氧化碳浓度)的需求。

2.调控手段及环境因子间不协调。温室内与作物生长相关的环境因子众多，执行机构系统繁多，调控手段多样。各种控制手段的调控效果，控制强度以及所需能耗也各不相同，有时不同手段调节结果甚至是互相冲突的。不合理的调控手段也会加大能耗，例如，冬季室外气温较低而温室内湿度较高，过低的温度不利于作物生长，过高的湿度可能会造成作物烂根等危害。从温度方面考虑需要对温室进行加热，而从通风方面考虑需要对温室进行通风以便除湿，而通风又会造成大量的热量流失，增加温室生产的成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种温室环境多因子协调节能优化控制方法，将温室环境次要因子等效协调到温度主因子上，同时保证执行机构之间相协调，既保证了温室调控的精准与效率，又避免了不必要的能耗浪费，节约了调控的成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种温室环境多因子协调节能优化控制方法，包括以下步骤：

1)设定作物在各个生长时期的期望日平均温度，并获得未来七日天气预报数据；

2)预估温室通风系统状态；