[发明专利]温室环境多因子协调控制算法

摘要

本发明为一种温室环境多因子协调控制算法。其基本思想是：针对温室这样一个非线性、分布参数、时变、大时延、多变量耦合的复杂对象，并且各控制手段之间也存在着很强的耦合性，本发明结合设施园艺的一些经验方法，对温室系统进行变换和等效处理，将问题简化。简化措施降低了系统建模的难度和控制算法的复杂程度，但能够满足温室环境控制的要求。该算法既能够实现温室环境多因子、多目标的控制，也能够解决温室环境多因子严重耦合的问题。

主权项

1、一种温室环境多因子协调控制算法，其特征在于将对温室环境有的温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液分成主次两类因子，温度作为主类因子，其余作为次类因子，建立次类因子与主类因子之间的协调关系函数，从而将多因子控制变成以温度单类因子为主的多因子控制，再以前馈和反馈控制消除各类因子协调带来的不确定性，建立多因子协调综合控制算法，其算式如下：$T(\mathrm{my},m_{{\mathrm{co}}_2},\mathrm{mR},\mathrm{mt},\mathrm{mw})=\alpha ·F({\mathrm{mpH}}_{\mathrm{set}},{\mathrm{mEC}}_{\mathrm{set}},m_{{\mathrm{co}}_2\mathrm{set}},{\mathrm{mt}}_{\mathrm{set}},{\mathrm{mR}}_{\mathrm{set}},{\mathrm{mw}}_{\mathrm{set}})+$ $\beta ·G(m_{{\mathrm{co}}_2\mathrm{in}},{\mathrm{mt}}_{\mathrm{in}},{\mathrm{mR}}_{\mathrm{in}},{\mathrm{mw}}_{\mathrm{in}})+\gamma ·H({\mathrm{mt}}_{\mathrm{out}},{\mathrm{mR}}_{\mathrm{out}},{\mathrm{mw}}_{\mathrm{out}},\mathrm{Fv},P_{\mathrm{rain}})$ 其中，T为具体控制手段，F为人工设定参数值函数，G为室外环境参数，H为室内环境参数；α、β、γ分别为对应的权值；my为营养液灌溉量，mco2为CO2的施放量，mR 为光照目标辐射量，mt为目标温度，mw为目标湿度，mpHset为营养液PH值的设定值，mECset为营养液EC值的设定值，mco2set为CO2浓度的设定值，mtset为室内温度的设定值， mRset为室内光照强度的设定值，mwset为室内湿度的设定值，mco2in为室内CO2浓度，mtin为 室内温度，mRin为室内光照，mwin为室内湿度，mtout为室外温度，mRout为室外光照，mwout 为室外湿度，Fv为室外风速，Prain为室外雨量；设一天分为4个时段，即早晨、白天、傍晚、夜晚，同时温室内部环境参数分布相同；1)营养液控制早晨、白天和傍晚的营养液控制由温室内温度决定，夜间营养液的控制按照时间间隔进行，营养液灌溉量my满足：my＝α1·x1+β1·x2 其中x1为光照强度、x2为废液回收量、α1，β1为对应的权值；营养液的PH值范围：mpH(L)≤mpH≤mpH(U)，营养液的EC值范围：mEC(L)≤mEC≤mEC(U)；2)CO2控制CO2控制由光照强度决定，CO2的控制采用光控的方法；光照强度与CO2的浓度关系如下式所示，$m_{{\mathrm{co}}_2}={\alpha }_1·x_1$ 且mco2(L)≤mco2≤mco2(U)；3)光照控制光照控制采用遮阳网，光照越大，使温室内的提升，同时温室内的湿度相应降低，据温度每上升1℃，相对湿度下降2％-3％，光照目标辐射量mR满足：mR(L)≤mR≤mR(U)；4)温度控制$\mathrm{mt}=J(m_{{\mathrm{co}}_2},K,\mathrm{mR},\mathrm{mw},K^{\prime },\mathrm{Fv})$ 建立目标温度mt：mt(L)≤mt≤mt(U)；5)湿度控制湿度的控制通过控制和协调天窗和侧窗的开度、喷雾系统和匀风扇启停完成，对目标湿度$\mathrm{mw}=R(\mathrm{mt},m_{{\mathrm{co}}_2},K,\mathrm{mR},K^{\prime },\mathrm{Fv})$ 满足：mw(L)≤mw≤mw(U)；6)遮阳网控制设遮阳网展开的“开槛值”：mR(U)，遮阳网卷合保护的风速为Fv(U)，Fv(U)为10～12m/s，当光照R≥mR(U)，展开遮阳网，否则合上；当风速Fv≥Fv(U)，卷合上遮阳网，其中：R为光照实测值，FV为风速实测值；7)喷雾控制设喷雾系统开启“门槛值”mt(U)，阀值Δmt(U)。当室内温度t≥mt(U)，开启喷雾，t≤mt(U)-Δmt(U)，关闭喷雾，其中Δmt(U)为2℃～4℃；8)天窗控制设通风温度$\hat{T}={\mathrm{mt}}_i+{\mathrm{\Delta mt}}_i,$ 其中，mti为第i时段的目标温度，Δmti为1℃～4℃，天窗开度为K：当室外温度Tout≤T′或FV≥FV(U)时，天窗开度K为0；当室外温度${\mathrm{mt}}_{\left(L\right)}<T_{\mathrm{out}}<\hat{T}$ 时，K具体算法如下：K＝K1(10％)+ΔKΔK为天窗开度增补值，ΔK与室外风速FV，室外温度Tout相关如下式：$\mathrm{\Delta K}=\max \left(\mathrm{\Delta K}\right)-\max \left(\mathrm{\Delta K}\right)\frac{\mathrm{FV}}{{\mathrm{FV}}^{\left(U\right)}}$ 9)侧窗控制当Tout＜mt(L)时，侧窗不开(K′＝0)；当Tout≥mt(L)时，K′开度为三档：K1′为5％，K2′为50％，K3′为100％。