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冬季对温室加温是保障作物正常生长的重要措施,是满足温室周年运作的手段之一。选取冬季温室加温自动化控制开展研究,具有重要的理论意义和实用价值。本课题以Venlo型玻璃连栋温室为研究对象,通过试验综合分析冬季室内外环境变化规律,建立了冬季室内温度预测模型,并根据预测模型提出了温室冬季加温控制策略,开发了冬季加温温室环境监控系统。本文主要开展了以下研究: (1)进行了温室冬季环境参数变化监测试验。为了确定冬季温室内外环境参数变化规律,建立室内温度预测模型,本文设计了环境参数测量试验方案。对实测数据进行了分析,结果表明不同气候条件下室内温度与室外温度的变化趋势一致。晴天室内外温度变化幅度最大,室内外最大温差为22℃,最小温差为10℃;多云天气下,温室内外温差最大值为18℃,最小值为9℃;阴雨天气时变化平缓,室内外温差基本稳定在10℃左右。在高度方向上,白天室内温度随高度增加而增加,夜晚则相反。在水平方向上,温室内南侧温度高于北侧,最大温差为2.2℃;中间温度高于边缘处,最大温差为2.5℃。晴天和多云天气下,室内相对湿度均表现出夜间高白天低的变化规律;阴雨天气下,室内相对湿度变化幅度较小,全天时间内均维持在大于80%的高湿度范围内。室内土壤温度在多种气候条件下,均表现出浅层土壤温度变化幅度大于深层土壤温度变化幅度的规律。 (2)构建了温室冬季加温和不加温状态下的室内温度预测模型。为给本研究中冬季加温自动控制策略提供技术依据,利用多元线性回归分析方法,分别建立了预测时间尺度为15分钟、30分钟和45分钟,在加温状态下温室夜间模式、不加温状态下温室白天和夜间模式下的温度预测模型,并利用实测数据对模型进行了验证。试验表明,加温状态下温室夜间温度预测模型的平均相对误差分别为1.96%、2.37%、3.46%;不加温状态下温室夜间温度预测模型平均相对误差分别为4.13%、6.16%、7.49%,白天温度预测模型的平均相对误差分别为4.32%、6.73%、9.25%。模型预测精度较高,可满足控制系统的要求。 (3)研发了用于冬季加温控制的温室环境监控系统。系统采用无线传感器为环境信息采集节点、PC机为远程监控上位机、现场控制器PLC及触摸屏为下位机。从上位机监控系统开发、数据库开发与访问、各构件间的通信实现、触摸屏监控程序开发等方面对系统进行了设计与组建。依据已建立的冬季温室内温度预测模型,提炼出冬季温室加温预测控制策略,开发了控制程序,实现了冬季温室加温的自动控制。