[發明專利]一種溫室環境多因子協調節能優化控制方法

有效

• 申請號: 201710261551.7
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107045367B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 徐立鴻;蔚瑞華;蘇遠平;陳岱宗;聶博聞;鄭浩
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種溫室環境多因子協調節能優化控制方法，包括以下步驟：1)設定作物在各個生長時期的期望日平均溫度，并獲得未來七日天氣預報數據；2)預估溫室通風系統狀態；3)根據步驟1)和步驟2)采用多因子協調算法設定溫室內各環境因子設定值，所述環境因子包括溫度、濕度、光照輻射強度和二氧化碳濃度；4)獲得環境因子實時值，根據所述環境因子設定值調控溫室內相應執行機構。與現有技術相比，本發明運用了積溫等作物生理特性，有效降低溫室能耗，同時采用對應的策略將溫室環境次要因子等效協調到溫度主因子上，既保證了溫室調控的精準與效率，又避免了不必要的能耗浪費，節約了調控的成本，保證了控制的精準有效。

技術領域

本發明涉及農業環境控制技術領域，尤其是涉及一種溫室環境多因子協調節能優化控制方法。

背景技術

溫室是實現設施農業和工廠化農業的基礎設施。溫室環境控制是在充分利用自然資源的基礎上，通過改變溫室環境因子如溫度、濕度、光照、二氧化碳等來滿足作物生長各個生育期對溫室氣候的量化要求，通過計算機控制系統實現對溫室氣候數據的采集處理，并由相應的自動控制算法，實現對溫室通風系統(天窗及側窗)、遮陽系統、保溫系統、加熱系統、降溫系統、二氧化碳釋放系統的等執行機構的調控，從而實現對溫室氣候的自動控制，營造適宜作物生長的室內氣候條件(也稱小氣候)。該技術是提高溫室作物產量和質量進行大規模工廠化生產的重要手段，也是調控作物上市時間的重要途徑。

經過30多年的發展，溫室環境控制經歷了從僅采用單純的冬季保溫措施到對植物生長所需多個條件進行控制的發展歷程。然而，相對于發達國家，我國溫室生產的總體效率仍然較低。其原因是國內缺乏對溫室能耗的有效管控，雖然能夠精確調控室內環境實現增產，但所付出的能耗代價太高經濟效益低下，未能真正增加農民收入。溫室生產能耗過高主要因為下幾個原因：

1.溫室環境因子設定值不合理。不合理的溫度設定值源于對溫室管理與過程控制的時間尺度處理不合理。以櫻桃番茄為例，作物整個生長周期可長達300天，而對于室內環境過程控制而言，通常以“分鐘”、“小時”為時間單位。目前的溫室環境控制算法，有的片面強調整個生產周期的能耗管理忽視了過程控制，無法實現短時間尺度內對環境的精確調控，造成產量過低，影響農戶收入；有的則片面強調短時間尺度小氣候的精確控制，而忽視了整個生產周期能耗的管理，能耗過高導致成本過高，也影響農戶收入。這些算法中的溫度設定值必然也是不合理的。很多基于經驗的溫室環境控制算法采用靜態工作點控制算法，采用簡單的溫度作為單變量，來控制溫室內的溫度。這種做法具有簡單易操作等優勢，充分利用了作物對于環境的適應性這一優勢，但缺點也是很明顯的，一是在遭遇高溫或寒潮等極端惡劣天氣，降溫或加熱系統負荷增高，會給溫室調控增加極大的能耗；二是無法滿足作物對除溫度以外的環境因子(如濕度、二氧化碳濃度)的需求。

2.調控手段及環境因子間不協調。溫室內與作物生長相關的環境因子眾多，執行機構系統繁多，調控手段多樣。各種控制手段的調控效果，控制強度以及所需能耗也各不相同，有時不同手段調節結果甚至是互相沖突的。不合理的調控手段也會加大能耗，例如，冬季室外氣溫較低而溫室內濕度較高，過低的溫度不利于作物生長，過高的濕度可能會造成作物爛根等危害。從溫度方面考慮需要對溫室進行加熱，而從通風方面考慮需要對溫室進行通風以便除濕，而通風又會造成大量的熱量流失，增加溫室生產的成本。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種溫室環境多因子協調節能優化控制方法，將溫室環境次要因子等效協調到溫度主因子上，同時保證執行機構之間相協調，既保證了溫室調控的精準與效率，又避免了不必要的能耗浪費，節約了調控的成本。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種溫室環境多因子協調節能優化控制方法，包括以下步驟：

1)設定作物在各個生長時期的期望日平均溫度，并獲得未來七日天氣預報數據；

2)預估溫室通風系統狀態；