試驗(yàn)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(gòu)及材料(透光、密閉、保溫等)形成了一個(gè)與外界大氣候環(huán)境相對(duì)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(gòu)及材料特性、溫室環(huán)境調(diào)控設(shè)備、溫室內(nèi)作物生理活動(dòng)以及人為干擾等因素的影響。溫室小氣候環(huán)境具有強(qiáng)非線性、大時(shí)滯、強(qiáng)耦合、強(qiáng)干擾、時(shí)變等特點(diǎn)，是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。 為深入理解和把握溫室小氣候系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特

2、性，特別是非線性和時(shí)變特性，從而更好地設(shè)計(jì)溫室小氣候計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，需要對(duì)其進(jìn)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(chǔ)的組成部分之一。研究溫室小氣候建模，是建立適合我國(guó)氣候特征、能夠自動(dòng)調(diào)控溫室小氣候的可控環(huán)境農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。 本文首先介紹國(guó)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(diǎn)及其研究意義，簡(jiǎn)述溫室小氣候建模領(lǐng)域研究進(jìn)展與成果，并提出存在的不足之處和需要深入研究的問(wèn)題。 機(jī)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(xué)、傳質(zhì)學(xué)等物理學(xué)定律和蒸騰作用、呼吸作用、光合作用等作物生理學(xué)原理分析溫室小氣候系統(tǒng)機(jī)理，通過(guò)能量平衡建立溫室溫度系統(tǒng)機(jī)理模型，通過(guò)物質(zhì)平衡建立溫室濕度系統(tǒng)機(jī)理模型；然后對(duì)機(jī)理模型進(jìn)行分析，總結(jié)機(jī)理模型的優(yōu)點(diǎn)和局限性，并獲取一些先驗(yàn)知識(shí)以指導(dǎo)試驗(yàn)建模工作。 在分析溫室小氣候系統(tǒng)機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，分別采用ARMAX和ARIMAX兩種線性自回歸滑動(dòng)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(duì)濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和風(fēng)速(可忽略)作為系統(tǒng)擾動(dòng)輸入，選擇溫室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度作為系統(tǒng)輸出。采用統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)和模型擬合度分析相結(jié)合的方法確定模型結(jié)構(gòu)，采用漸消記憶遞推增廣最小二乘法(RELS)在線辨識(shí)模型參數(shù)，并構(gòu)造智能監(jiān)督級(jí)監(jiān)控在線建模過(guò)程。最后對(duì)4輸入或3輸入(忽略風(fēng)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(jìn)行對(duì)比分析。 為進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)溫室小氣候系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性(特別是非線性和

5、時(shí)變特性)的實(shí)時(shí)跟蹤效果，本文又采用一種非線性函數(shù)擬合方法——加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)回歸(WLS-SVMR)進(jìn)行在線建模。采用非線性模型——支持向量機(jī)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(duì)濕度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和風(fēng)速(可忽略)作為模型擾動(dòng)輸入變量(4輸入或3輸入)，選擇溫室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度作為模型輸出變量；采用WLS-SVMR方法在線辨識(shí)非線性模型參數(shù)。最后將加權(quán)最小二乘支持向量機(jī)回歸(WLS-SVMR)方