【摘 要】
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作为设施农业的典型代表,现代温室将工程技术、信息技术、生物技术综合应用到农业生产过程中,依据室外气象条件和所种植作物的生长阶段,通过环境调控设备对温室内环境因子进
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作为设施农业的典型代表,现代温室将工程技术、信息技术、生物技术综合应用到农业生产过程中,依据室外气象条件和所种植作物的生长阶段,通过环境调控设备对温室内环境因子进行有效控制。在温室内各环境因子中,温度对温室作物的影响最大,适宜的温度不仅直接促进作物生长和提高温室产量,而且能抑制作物病虫害的发生。因此温度是温室环境控制系统的重要被控因子之一。由于生产成本和控制手段的限制,国内温度调控设备大多数采用开关控制；或者虽然可以连续控制,但是缺乏位置反馈单元,无法实现控制量的连续调节。目前,国内外对于温室温度的控制大多基于连续系统理论,而忽略了温室控制系统的离散特性,导致设备开关不合理,能量消耗量大。为解决以上问题,本文将温室温度调控系统看作为一类混杂系统,利用混杂自动机理论设计温室温度控制系统。本文首先介绍了混杂自动机模型的相关理论,以及该理论在温度控制方面的应用方法。在此基础上,利用混杂自动机理论的建模方法,设计了基于实测温度的温度混杂控制系统,并分析其确定性和非阻塞性。该控制系统包含夏季和冬季两种典型模式,离散转移由实时环境数据触发。于2014年春季、夏季和秋季采用试验验证了该设计的有效性。夏季模式主要利用自然通风、强制通风和湿帘-风机三种离散状态调节温室温度。本文采用能量平衡法,分析并验证了各离散状态下室内温度的稳态模型,以及各离散状态的降温特性与能耗特性。然后将稳态模型与温度混杂控制系统相结合,设计了基于预测温度的温度混杂控制系统。这种设计方法完善了温度控制系统的状态转移,降低了温室的运行能耗。通过对比试验,分析总结了基于实测温度和基于预测温度的混杂控制系统设计方法各自的优缺点。本文从混杂系统的角度出发,利用混杂自动机理论研究温室温度控制策略的制订,并从理论和试验两方面,验证了该方法的可行性。
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