[发明专利]一种温室加温控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体地说就是一种温室内精确加温的控制系统及方法。

背景技术

现代化温室是设施农业的典型代表，它采用覆盖材料形成了一个与外界环境相隔离的特殊小气候环境。影响温室小气候环境的因子有太阳辐射、温度、湿度、浓度和通风状况等，其中，温度是影响温室小气候环境的主导因子之一，建立良好的温室温度控制系统，对于减少能量损耗，促进植物生长具有十分重要的意义，进行温室环境精准控制是一个非常重要也非常困难的课题。一方面,因为温室环境中温度、湿度、二氧化碳含量、光照等因素之间是相互作用的,而且,作物的生长也影响着环境因子，温室环境是多变量祸合、时变、非线性的复杂系统。另一方面,温室环境的调控手段有限,主要是通过通风、遮阳网遮阳或者保温、喷雾、加热等方法，因此要实现现代温室的精温度准控制，需要建立温室温度控制系统前需对其采集的数据进行建模及动态预测仿真。

在温室内温度影响因素计算时，需要建立一个初始模型,利用系统检测数据或者实际运行数据进行运算,对建立的模型中的参数进行调整,最后得到温室环境的定量模型，根据动态的数据变化情况，进而设定合理的温度阀值并根据阀值范围进行实时调整，从而较好地描述温室中各环境因子的关系,并通过温度控制系统进行温度调节，实现农作物生长的精确控制，对于农作物的培育与研究都有真重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温室加温控制系统及方法，通过系统辨识法建立优化的数学模型，实现温室内植物育苗温度的精确测算与实现，在复杂多变的温室环境中实现农作物精准培养。

系统辨识法是系统建模中常用的方法，它依据输入和输出数据构建一个静态或动态系统的数学模型，既适用于线性系统，也适用于非线性系统辨识，由于模型结构简单、鲁棒性强，辨识精度，应用模型对农业温室环境系统的温度建模和仿真，分析监测到的温室内外数据，运用相关性分析和相关性显著检验，确定了温度、太阳辐射强度和风速是影响温室内温度的主要因子，然后运用残差分析法辨识模型的结构，利用递推最小二乘算法确定模型的参数，并通过试验验证模型的正确性。选取气象环境条件中对温室温度影响明显的因子作为输入量，影响不大的量应排除在外。

本发明的技术方案首先通过大量的观测资料，基于数理统计的方法，确定相关系数，通过作用系数明确表现出环境影响因子与室内温度之间的相关关系程度，然后通过相关系数显著性检验，最终确定建模所需的输入量，并利用数据的动态特性及等价准则，建立具体辨识算法的依据和优化模型的目标。等价准则通常被表示成某种误差的泛数，受辨识目的、辨识方法等因素影响，通常可记作：

其中，f(.)是的函数，ε(k)是定义在区间(0，L)上的误差函数，它应该被广义的理解为模型与实际系统的误差，一般函数的定义为误差的平方，即：

f(ε(k))＝ε²(k)

根据系统辨识的目的，结合系统的先验知识，选择模型类和辨识准则，并设计辨识实验，得到观测数据，然后根据辨识三要素进行模型估计，最后得到辨识模型，在验证模型的正确性后确认模型。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种温室加温控制方法，包括:

S1、利用系统辨识法，以监测中心的历史监测数据及累积的温室热特性经验参数等基础数据；建立温室温度初始模型；

S2、在步骤S1的基础模型基础上，结合温室照度测量数据，建立温室昼间光和速率寻优曲线，确定最优光合速率的气温动态阈值，完善初始模型；

S3、在步骤S2的模型基础上，利用温室昼间实际栽培阶段的历史数据进行修正，确定修正后气温动态阈值，完善温室气温动态阈值的模型；

S4、在步骤S3的模型基础上，综合考虑结合植物培育投入及产出市场价值的经济性，对温室气温动态模型进行经济因子加权修正，完善温室气温动态阈值的模型；

S5、在步骤S4中模型建立完成后，将监测中心实时测得的监测数据及温室热特性经验参数，输入步骤S4中的数学模型中，最终获得某时刻的最优温度阀值。

S6、启动温度调节逻辑程序，结合温度调节系统的启动滞后系数，启动相应的加温调节设备，完成加温温度调节。

作为优化，在步骤S1中的所述的监测数据包括采集的温室气温、外界气温、外界风速、温室地温、温室气温等数值；所述的温室热特性经验参数包括温室内外温差作用系数、温室加温外界风速作用系数、温室加温地温作用系数。