农业温室环境参数建模与仿真

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1、农业温室环境参数建模与仿真摘要：现代化温室代表着我国农业发展的趋势，是衡量一个地区农业现代化水平的重要标志，而温室小气候是现代化温室中最重要的组成部分。温室小气候具有非线性、时变、强干扰、强滞后等特色，影响因子有温度、湿度、二氧化氮、太阳辐射和通风等，其中温度是其主导因素，因此需要建立温室温度模型与仿真，控制温室的温度。本课题首先分析了国内外温室温度建模的方法，确定温室温度的建模方法，然后建立温室温度的预测模型，运用matlab建立温室温度建模与仿真系统，最后进行验证及结果分析，经过结果分析可知，本实验得

2、到的模拟值与实测值基本吻合。关键字：温室温度，matlab，建模，仿真1引言随着我国人口的不断增多，现代农业的发展受到越来越多的重视，而现代温室是设施农业中的典型代表模式和发展方向，推动了农业经济生产的发展。相比于国外，我国温室设施还存在着设备陈旧，温室内环境控制科技含量不高等问题，有些引进的国外温室部分不适合我国的气候、地理等特征。针对这些问题，需要研究出适合我国国情的现代化温室，温室环境建模的研究尤为重要。研究温室小气候的建模与仿真，是为温室内部温度控制系统设计提供理论依据，对我国具有重要的应用价值。

3、首先需要建立合适的模型，利用matlab进行数据处理，使系统参数的估计更加方面可行，通过温室温度模型的运行结果，进行验证和分析。本文主要内容：（1）比较国内外的建模方法，选择合适的温室内部的温度的建模方法。（2）通过相关分析，确定机理模型，利用该模型结构和参数估计，运用matlab建立温室温度模型与仿真，得到温室内温度模拟值和实测值的变化趋势。（3）最后分析结果，确定模拟值与实测值基本吻合。2温室建模方法2.1系统的数字模型方法随着社会的发展和科技的进步，各个领域都走向数字化。数学技术指的是现1实的问题都

4、用数字来处理，用计算机解决，或用数学理论定性定量的加以研究，来得到处理。数学模型是运用数学的语言与工具，对部分现实世界的信息（现象、数据等）加以翻译、归纳的产物，经过演绎、推断后，给出数学上的分析、预报、决策或控制，再通过解释，回到现实世界，最后，这些分析，预报、决策或控制必须经受实际的检验，完成实践—理论—实践这一循环过程。反复循环，直到检验的结果是正确的或基本正确。往往在建模的过程中，数学结构会有点复杂，为了简化问题，可以不考虑那些对所研究问题影响甚微的因素，当然不能忽略足够相关的因素。[1]一般而言

5、，建立系统的数字模型有一下三个方法，这些方法既可以单独用，也可以混合用，视系统的复杂程度和建模目的而定。机理分析法，通常需要通过分析过程的运动规律，运用一些已知的定律、定理和原理，如化学动力学原理、生物学定律、牛顿定理物料平衡方程、能量平衡方程和传热传质原理等，建立起过程的数字模型，这种方法也称作理论建模。这种方法在某些场合是最好的建模方法，它的适用性较好，相当多的工程和非工程系统都用此方法。但是机理分析法只能用于简单过程的建模，对于一些比较复杂的实际生产过程来说，这种建模方法有很大的局限性。这是因为进行

6、理论建模时，对所研究的对象必须提出合理的简化假定，否则会使问题过于复杂化，而且这些假定往往不一定能符合实际情况。实验测试法，即应用过程的测试数据来决定模型的参数和结构，也叫做系统辨识。实验测试法过程的输入输出信号一般总是可以测量的。由于过程的动态特性必须表现在这些输入输出数据之中，那么就可以利用输入输出数据所提供的信息来建立过程数学模型。机理与实验相结合的方法，两种建模方法在不同的的应用场合可能各有千[2]秋，应该相互补充，而不能相互代替。瑞典学者Astromm把机理建模问题称作“白箱”，把实验测试称作“

7、黑箱”问题，他还提出了一种“灰箱”，即把机理与试验两种方法结合起来使用，机理已知的部分采用理论建模的方法，机理未知的部分采用系统辨识建模的方法，这将充分发挥两种方法各自的优点。2.2国内外温室建模的研究很多年前就有研究人员研究温室小气候的环境，在20世纪80年代，有学者2将作物模型和温室环境相结合，以实现温室环境的优化控制。如今已出现很多的建模方法，有大量的国内外研究人员采用机理分析法、实验测试法，两者各有各的优缺点。[3,4]实验测试法，相比于国内，国外的起点比较早，主要有：R.Linker等在假设温室

8、作物模型已知的情况下，建立的温室气候模型是根据神经网络理论，实现了对温度的控制。J.B.Cunha等分别基于物理模型、ARX黑箱模型和人工神经网络模型建立温室小气候模型，并比较了三种方法的优缺点。DeZwart运用温室气候和控制模型KASPRO模拟温室小气候的同时进行温室能耗预测，并对温室生产节能进行了模拟分析。国内也有很多优秀的温室环境模型，杜尚丰等利用人工神经网络对温室环境温度进行建模。何芬等研究华北地区冬季温室内海棠冠层