本發(fā)明屬于溫室自動化控制領(lǐng)域，涉及一種溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)及溫度控制方法。

背景技術(shù)：

1、提升農(nóng)業(yè)用電效率不僅能有效減少生產(chǎn)成本、增加農(nóng)民收益，而且對促進(jìn)節(jié)能減排具有積極作用。設(shè)施農(nóng)業(yè)的環(huán)控設(shè)備的電能消耗在溫室的運(yùn)營成本中占有較大比重。溫室內(nèi)部溫度分布不均勻，傳統(tǒng)控制技術(shù)基于較少的傳感器數(shù)量進(jìn)行控制，容易導(dǎo)致控制精度低、能量過度消耗等問題。因此，有必要根據(jù)溫室內(nèi)部的實(shí)際溫度分布進(jìn)行精準(zhǔn)控制。但國內(nèi)外這方面的研究較少。

2、實(shí)現(xiàn)溫室節(jié)能的方法主要包括優(yōu)化溫室結(jié)構(gòu)和材料選擇、改善通風(fēng)系統(tǒng)、利用太陽能和地?zé)崮?、?yōu)化溫室環(huán)境控制系統(tǒng)等。其中，優(yōu)化溫室環(huán)境控制技術(shù)利用加熱設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)及傳感器數(shù)據(jù)來進(jìn)行自動化溫度調(diào)節(jié)，能夠有效調(diào)節(jié)溫室內(nèi)部環(huán)境的信息參數(shù)并且降低溫室能耗。溫室環(huán)境控制系統(tǒng)包括硬件設(shè)備和溫室環(huán)境控制策略兩部分，其核心為溫室環(huán)境控制策略。近年來，國內(nèi)外對溫室環(huán)境控制策略進(jìn)行了大量的研究，形成了幾種比較典型的溫室環(huán)境控制算法，包括pid控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、最優(yōu)控制、多目標(biāo)優(yōu)化控制、多因子耦合環(huán)境控制方法等。

3、上述控制策略都能取得一定的控制效果，但是其普遍采用有限數(shù)量的傳感器，并將其溫度數(shù)值看作整個(gè)溫室的溫度值，且通常采用中央化的控制方式進(jìn)行管理。這種方法忽視了溫室內(nèi)部存在溫度分布不均勻的客觀事實(shí)，導(dǎo)致其難以精準(zhǔn)地應(yīng)對溫室內(nèi)不同區(qū)域的溫度變化，致使部分控制設(shè)備過度反應(yīng)，如不必要地加大通風(fēng)或加熱，不可避免地會導(dǎo)致能源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)及溫度控制方法，可以提高溫度控制精準(zhǔn)度，避免過度控制，降低能源消耗。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)，包括溫度傳感器、空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置；

4、將溫室內(nèi)劃分為多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)包括至少一個(gè)栽培架，每個(gè)分區(qū)設(shè)置多個(gè)溫度傳感器，沿栽培架水平方向設(shè)置多排溫度傳感器，每排包括多個(gè)溫度傳感器，多排之間沿豎直方向排布；

5、每個(gè)分區(qū)兩端分別設(shè)置有空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置，每個(gè)溫度傳感器與自身所在分區(qū)內(nèi)的空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置連接。

6、優(yōu)選的，每個(gè)溫度傳感器均設(shè)置有藍(lán)牙模塊，溫度傳感器通過藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)與空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置連接。

7、優(yōu)選的，溫室內(nèi)設(shè)置有網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)與所有溫度傳感器連接，網(wǎng)關(guān)連接至外部云平臺。

8、一種溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)的溫度控制方法，溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測其所在區(qū)域的溫度參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸至空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)溫室內(nèi)需要降溫時(shí)，空氣置換裝置將氣候走廊冷空氣輸送至溫室內(nèi)進(jìn)行降溫，當(dāng)溫室內(nèi)縱向溫差大于目標(biāo)溫差值時(shí)，空氣調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的流動性，均勻化溫度分布。

9、優(yōu)選的，將同一排溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算其平均值，空氣置換裝置根據(jù)平均溫度值進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

10、優(yōu)選的，比較當(dāng)前溫度傳感器與其他排溫度傳感器平均值的差值，空氣調(diào)節(jié)裝置根據(jù)差值進(jìn)行室內(nèi)空氣循環(huán)。

11、優(yōu)選的，空氣置換裝置通過模糊pid控制邏輯控制，模糊pid控制器的設(shè)計(jì)過程為：

12、確定模糊pid控制器的輸入輸出及輸入量的量化，模糊pid控制器的輸入為當(dāng)前實(shí)際溫度和目標(biāo)溫度的偏差和偏差變化率，將模糊pid控制器的輸出變量設(shè)置為pid控制參數(shù)、和；對模糊pid控制器的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化；設(shè)計(jì)模糊pid控制器規(guī)則庫；將模糊pid控制器輸出值進(jìn)行解模糊。

13、進(jìn)一步，模糊pid控制器規(guī)則庫設(shè)計(jì)原則為：

14、當(dāng)溫度偏差，溫度偏差變化率同為負(fù)大時(shí)，模糊pid控制器輸出為正大以增大調(diào)節(jié)幅度，輸出為負(fù)大，防止超調(diào)，輸出為負(fù)小以加快響應(yīng)速度；

15、當(dāng)溫度偏差為負(fù)小，溫度偏差變化率為正大時(shí)，模糊pid控制器輸出為負(fù)中以防止超調(diào)，輸出為正小，繼續(xù)減小誤差，輸出為負(fù)小以加快響應(yīng)速度。

16、優(yōu)選的，空氣調(diào)節(jié)裝置通過pid控制邏輯控制，pid控制器設(shè)計(jì)過程包括pid控制器的調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置和設(shè)定目標(biāo)溫差值。

17、進(jìn)一步，pid控制器的調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置過程為：先通過逐步增大比例系數(shù)的方式進(jìn)行比例部分參數(shù)整定，觀察系統(tǒng)響應(yīng)，直至獲得溫差的響應(yīng)曲線反應(yīng)速度快且超調(diào)小的效果；如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜態(tài)誤差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則加入積分環(huán)節(jié)，使靜差得到消除，若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍未達(dá)到要求，則加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

19、本發(fā)明將空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置的控制方式從原先的中央集中式改為分布式控制節(jié)點(diǎn)，并將控制算法嵌入這些控制節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行；利用半封閉溫室的獨(dú)特通風(fēng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)分區(qū)控制方案，將控制節(jié)點(diǎn)與其周圍的采集節(jié)點(diǎn)分配到一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域中，在這個(gè)區(qū)域里，控制節(jié)點(diǎn)只受到分區(qū)內(nèi)的溫度傳感器所反饋的數(shù)據(jù)控制。通過這種精細(xì)化的方式，可以提高控制精準(zhǔn)度，避免過度控制，降低能源消耗。分布式的設(shè)計(jì)降低了單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。即使某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，其他節(jié)點(diǎn)仍然可以正常工作，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了保障。每個(gè)區(qū)域都可以獨(dú)立處理溫度數(shù)據(jù)并采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施，無需依賴中央控制節(jié)點(diǎn)。這樣可以更快地響應(yīng)溫度變化，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。分區(qū)控制架構(gòu)允許系統(tǒng)根據(jù)需要進(jìn)行靈活擴(kuò)展和調(diào)整。可以根據(jù)溫室的規(guī)模和布局增加或減少監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和風(fēng)機(jī)節(jié)點(diǎn)，以滿足不同的需求和應(yīng)用場景。

20、進(jìn)一步，藍(lán)牙m(xù)esh技術(shù)具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，低功耗特性，擴(kuò)展性以及實(shí)時(shí)性和可靠性。藍(lán)牙m(xù)esh技術(shù)可以用于傳輸層，實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)部各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)的高效傳輸。通過建立藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)，可以方便地將數(shù)據(jù)從傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)郊刑幚砉?jié)點(diǎn)，同時(shí)支持多對多的通信方式，使得系統(tǒng)具有較高的擴(kuò)展性和靈活性。此外，藍(lán)牙m(xù)esh技術(shù)還具有較高的安全性，能夠保障數(shù)據(jù)在傳輸過程中的機(jī)密性和完整性。

21、進(jìn)一步，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)充當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，將溫室?nèi)的數(shù)據(jù)傳輸至云平臺。云平臺則承擔(dān)著數(shù)據(jù)存儲和遠(yuǎn)程監(jiān)測的任務(wù)。

22、進(jìn)一步，根據(jù)橫向溫度平均值進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，可以確保距離送風(fēng)風(fēng)機(jī)較近區(qū)域的溫度不會過低，距離較遠(yuǎn)區(qū)域的溫度也不會過高，從而提升溫室內(nèi)部的橫向溫度均勻性。

23、進(jìn)一步，縱向溫度的控制方式，可以確?？v向上不同高度的溫度差異不會過大，從而提高溫室內(nèi)部的縱向溫度均勻性。

技術(shù)特征：

1.一種溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，包括溫度傳感器（1）、空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)溫度傳感器（1）均設(shè)置有藍(lán)牙模塊，溫度傳感器（1）通過藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)與空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，溫室內(nèi)設(shè)置有網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)與所有溫度傳感器（1）連接，網(wǎng)關(guān)連接至外部云平臺。

4.一種基于權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)的溫度控制方法，其特征在于，溫度傳感器（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測其所在區(qū)域的溫度參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸至空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)溫室內(nèi)需要降溫時(shí)，空氣置換裝置將氣候走廊冷空氣輸送至溫室內(nèi)進(jìn)行降溫，當(dāng)溫室內(nèi)縱向溫差大于目標(biāo)溫差值時(shí)，空氣調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的流動性，均勻化溫度分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度控制方法，其特征在于，將同一排溫度傳感器（1）的溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算其平均值，空氣置換裝置根據(jù)平均溫度值進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度控制方法，其特征在于，比較當(dāng)前溫度傳感器（1）與其他排溫度傳感器（1）平均值的差值，空氣調(diào)節(jié)裝置根據(jù)差值進(jìn)行室內(nèi)空氣循環(huán)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度控制方法，其特征在于，空氣置換裝置通過模糊pid控制邏輯控制，模糊pid控制器的設(shè)計(jì)過程為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫度控制方法，其特征在于，模糊pid控制器規(guī)則庫設(shè)計(jì)原則為：

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度控制方法，其特征在于，空氣調(diào)節(jié)裝置通過pid控制邏輯控制，pid控制器設(shè)計(jì)過程包括pid控制器的調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置和設(shè)定目標(biāo)溫差值。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫度控制方法，其特征在于，pid控制器的調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置過程為：先通過逐步增大比例系數(shù)的方式進(jìn)行比例部分參數(shù)整定，觀察系統(tǒng)響應(yīng)，直至獲得溫差的響應(yīng)曲線反應(yīng)速度快且超調(diào)小的效果；如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜態(tài)誤差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則加入積分環(huán)節(jié)，使靜差得到消除，若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍未達(dá)到要求，則加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種溫室分區(qū)節(jié)能控制系統(tǒng)及溫度控制方法，包括溫度傳感器空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置；將溫室內(nèi)劃分為多個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)包括至少一個(gè)栽培架，每個(gè)分區(qū)設(shè)置多個(gè)溫度傳感器，沿栽培架水平方向設(shè)置多排溫度傳感器，每排包括多個(gè)溫度傳感器，多排之間沿豎直方向排布；每個(gè)分區(qū)兩端分別設(shè)置有空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置，每個(gè)溫度傳感器與自身所在分區(qū)內(nèi)的空氣置換裝置和空氣調(diào)節(jié)裝置連接?？梢蕴岣邷囟瓤刂凭珳?zhǔn)度，避免過度控制，降低能源消耗。

技術(shù)研發(fā)人員：劉金東,張鵬,劉晗,邢澤超,劉孟超,張寒冰,仲崇山,吳凝鑫,劉宇航,湯紅衛(wèi)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國網(wǎng)北京市電力公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15