[發明專利]柑橘貯藏條件自動控制系統與控制方法

有效

• 申請號: 201210374242.8
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號: CN102880148A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 高俊祥;程運江;金星
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

1.一種柑橘貯藏條件自動控制系統，其特征在于：包括處理器、與處理器連接的存儲器、多個模數轉換模塊、多組傳感器單元、多組貯藏條件控制執行單元，其中，每組傳感器單元的信號輸出端通過對應的模數轉換模塊連接處理器的通信端，所述處理器的通信端分別連接每組貯藏條件控制執行單元的控制端，所述每組傳感器單元均包括溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度傳感器，所述每組貯藏條件控制執行單元均包括水暖熱風機、水簾和排氣風機。

2.根據權利要求1所述的柑橘貯藏條件自動控制系統，其特征在于：它還包括第一無線通信模塊、與第一無線通信模塊無線通信的第二無線通信模塊，所述處理器的通信端連接第一無線通信模塊；每組貯藏條件控制執行單元的控制端均連接第二無線通信模塊。

3.根據權利要求2所述的柑橘貯藏條件自動控制系統，其特征在于：它還包括與第一無線通信模塊無線通信的第三無線通信模塊、多個模擬信號調理模塊，所述每組傳感器單元的信號輸出端均通過相應的模擬信號調理模塊連接對應的模數轉換模塊，所述模數轉換模塊連接第三無線通信模塊。

4.根據權利要求1所述的柑橘貯藏條件自動控制系統，所述系統的控制方法包括如下步驟：

步驟1：在處理器中構建柑橘貯藏條件的控制模型，所述構建柑橘貯藏條件的控制模型的步驟如下；

步驟101：將柑橘分成A組，每組柑橘置于獨立貯藏空間中，在每個獨立的柑橘貯藏空間中設置一組傳感器單元和貯藏條件控制執行單元；

步驟102：對每組柑橘的貯藏環境進行離散化處理，需要進行離散化處理的貯藏環境參數為溫度t、相對濕度h、乙烯濃度y，其中，溫度t為5～9℃、相對濕度h為85～89%、乙烯濃度y為0～2ppm，所述溫度t的離散精度為1℃、相對濕度h的離散精度為1%、乙烯濃度y的離散精度為1ppm，則溫度t對應4種貯藏條件控制執行單元的?動作，相對濕度h對應4種貯藏條件控制執行單元的動作，乙烯濃度y對應2種貯藏條件控制執行單元的動作，上述貯藏條件控制執行單元的動作向量由d=<t,h,y>表示，則A組柑橘的貯藏條件控制執行單元的動作向量d為溫度t、相對濕度h、乙烯濃度y對應貯藏條件控制執行單元動作之積，即4*4*2=32種，則貯藏條件控制執行單元可以執行32種不同動作，上述柑橘貯藏環境參數通過對應的傳感器單元進行采集，并由相應的貯藏條件控制執行單元進行控制；

步驟103：對每組柑橘的呼吸強度進行離散化，每組柑橘對應的傳感器單元采集柑橘呼吸過程中釋放的二氧化碳濃度c，并用二氧化碳濃度c來表征柑橘的呼吸強度，柑橘貯藏庫中二氧化碳的濃度在0～200ppm區間內,所述二氧化碳的濃度的離散精度也為給定值，則根據上述二氧化碳的濃度區間和給定的二氧化碳濃度離散精度確定二氧化碳濃度c有B種值；

步驟104：確定上述貯藏條件控制執行單元的每個動作對應的即時效果e，即時效果e為貯藏條件控制執行單元執行動作后柑橘呼吸過程中釋放的二氧化碳濃度c隨時間的變化率，其計算方法是：在一個時間單位后，用二氧化碳濃度c的起始值減去結束值，所得的差值除以一個給定的離散精度得到的整數即為即時效果e；

步驟105：設計矩陣M(c,d)，矩陣M(c,d)表示在二氧化碳濃度c條件下貯藏條件控制執行單元進行動作d后的預期累積效果值，由于c和d分別有B和32種選擇，所以M(c,d)將構成一個B*32維矩陣，令該矩陣為M，從機器學習的角度來看，學習的目標就是要得到矩陣M，實現柑橘不同狀態下的最優動作選擇；

M(c,d)的迭代計算式為：

，其中，e(c,d)為在柑橘釋放的二氧化碳濃度c上實施的貯藏條件控制執行單元的動作向量d，并等待一個時間單位后，通過檢測和計算按步驟104得到的即時效果e，常數β∈[0,1]，在一個二氧化碳濃度c上實施貯藏條件控制執行單元的動作向量d后得到的新二氧化碳濃度記為c＇，下一步可執行的新貯藏條件?控制執行單元的動作向量d＇也有32種選擇，?表示選取其中M值的最大者，M(c,d)將收斂于最優值；

步驟106：初始化矩陣M中的每一個元素為0，即對于二氧化碳濃度c和貯藏條件控制執行單元的動作向量d，有M(c,d)=0；

步驟107：等待一個時間單位，通過傳感器單元采集每組柑橘釋放的二氧化碳濃度c，并按步驟104的方法計算e(c,d)；

步驟108：選擇使得M(c＇,d＇)的取得最大值的貯藏條件控制執行單元的動作向量d，對M(c,d)按M(c,d)←e(c,d)+βmaxM(c＇,d＇)更新，每組柑橘中的二氧化碳濃度c、貯藏條件控制執行單元的動作向量d以及對應的即時效果e負責更新矩陣M中的一個值；

步驟109：計算矩陣M的新值和原值的差，M(c,d)-?M(c＇,d＇)＜T是否成立，T為給定閾值，如果成立則退出迭代，否則進入步驟110，起初因為M(c,d)初始值取0，所以一定會需要繼續迭代，直到在不斷的迭代中差值逐漸縮小，才會終于滿足上述條件而退出；

步驟110：執行步驟108中選定的貯藏條件控制執行單元的動作向量d，然后回到步驟107，繼續迭代；

步驟111：上述迭代過程退出后，得到一個B*32維矩陣，矩陣中每一元素M(c,d)將收斂于最優值，該矩陣表示處于某種二氧化碳濃度c下，執行不同貯藏條件控制執行單元的動作向量d的回報值；

步驟2：處理器將上述得到的B*32維矩陣存入存儲器中；

步驟3：將柑橘統一貯藏，通過傳感器單元對貯藏的二氧化碳濃度c進行實時監控，并將實時的二氧化碳濃度c輸入處理器，處理器通過查詢存儲器中的B*32維矩陣，然后控制貯藏條件控制執行單元執行最優的環境調節動作。