試驗溫室溫濕度系統(tǒng)建模研究.pdf

1、現(xiàn)代溫室特殊的結(jié)構及材料(透光、密閉、保溫等)形成了一個與外界大氣候環(huán)境相對隔離的特殊的內(nèi)部小氣候環(huán)境，影響溫室小氣候環(huán)境的環(huán)境因子主要包括光輻射、溫度、濕度、CO<,2>濃度、空氣流速等，它受到溫室外氣象環(huán)境條件、溫室結(jié)構及材料特性、溫室環(huán)境調(diào)控設備、溫室內(nèi)作物生理活動以及人為干擾等因素的影響。溫室小氣候環(huán)境具有強非線性、大時滯、強耦合、強干擾、時變等特點，是一個非常復雜的動力學系統(tǒng)。 為深入理解和把握溫室小氣候系統(tǒng)的動力學特

2、性，特別是非線性和時變特性，從而更好地設計溫室小氣候計算機實時監(jiān)控系統(tǒng)，需要對其進行建模、仿真和分析。溫室小氣候調(diào)控，是現(xiàn)代溫室生產(chǎn)控制中最重要最基礎的組成部分之一。研究溫室小氣候建模，是建立適合我國氣候特征、能夠自動調(diào)控溫室小氣候的可控環(huán)境農(nóng)業(yè)的基礎。 本文首先介紹國內(nèi)外現(xiàn)代溫室產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況，闡述溫室小氣候的特點及其研究意義，簡述溫室小氣候建模領域研究進展與成果，并提出存在的不足之處和需要深入研究的問題。 機理建模是溫

3、室小氣候系統(tǒng)建模最基本的方法?；趥鳠釋W、傳質(zhì)學等物理學定律和蒸騰作用、呼吸作用、光合作用等作物生理學原理分析溫室小氣候系統(tǒng)機理，通過能量平衡建立溫室溫度系統(tǒng)機理模型，通過物質(zhì)平衡建立溫室濕度系統(tǒng)機理模型；然后對機理模型進行分析，總結(jié)機理模型的優(yōu)點和局限性，并獲取一些先驗知識以指導試驗建模工作。 在分析溫室小氣候系統(tǒng)機理模型的基礎上，分別采用ARMAX和ARIMAX兩種線性自回歸滑動平均模型描述多輸入單輸出的溫室溫度系統(tǒng)和濕度系

4、統(tǒng)。選擇溫室外溫度、相對濕度、太陽輻射強度和風速(可忽略)作為系統(tǒng)擾動輸入，選擇溫室內(nèi)溫度和相對濕度作為系統(tǒng)輸出。采用統(tǒng)計假設檢驗和模型擬合度分析相結(jié)合的方法確定模型結(jié)構，采用漸消記憶遞推增廣最小二乘法(RELS)在線辨識模型參數(shù)，并構造智能監(jiān)督級監(jiān)控在線建模過程。最后對4輸入或3輸入(忽略風速)的ARMAX或ARIMAX相互組合共4種模型的在線建模及仿真結(jié)果進行對比分析。 為進一步改進對溫室小氣候系統(tǒng)動力學特性(特別是非線性和

5、時變特性)的實時跟蹤效果，本文又采用一種非線性函數(shù)擬合方法——加權最小二乘支持向量機回歸(WLS-SVMR)進行在線建模。采用非線性模型——支持向量機回歸(SVMR)決策函數(shù)描述溫室溫度系統(tǒng)和濕度系統(tǒng)；選擇溫室外溫度、相對濕度、太陽輻射強度和風速(可忽略)作為模型擾動輸入變量(4輸入或3輸入)，選擇溫室內(nèi)溫度和相對濕度作為模型輸出變量；采用WLS-SVMR方法在線辨識非線性模型參數(shù)。最后將加權最小二乘支持向量機回歸(WLS-SVMR)方