基于环境建模的日光温室卷帘、卷膜精准测控机理研究

In the working process of rolling shutter and roll film, it is especially important for the effective perception of solar greenhouse environment and the precise control of the rolling shutter and roll film. The project aimed to solve the problem of unstable production environment of solar greenhouse, the low degree of automation and the more and more prominent contradiction between the labor intensity and the increase of production and income of solar greenhouse. The rolling shutter and roll film was used as research object in the project. In order to study the specific effects of roller shutter and roll opening on the environmental factors of solar greenhouse, the CFD-FLUENT that could accurately control the rolling shutter and roll film was used for environmental modeling. This project completed the selection of collected indicator of environmental information, the layout of environmental information collection device and the integration of multi-sensor data of the solar greenhouse. Based on the surface shape and the basic structure of the shed, aiming at the characteristics of the movement form, this project will construct a mathematical model which will realize the effective perception of environmental information of the solar greenhouse and the precision measurement and control of the shutter and roll film. By improving the hardware device, the precision control of the shutter and roll film can be achieved and the efficiency of solar greenhouse operations can be improved. This project provided theoretical basis and practical method for the intelligent, automation of solar greenhouse.

日光温室卷帘、卷膜作业过程中，尤为关键的是对日光温室环境的有效感知与对日光温室卷帘、卷膜的精准化控制，项目拟针对日光温室生产环境条件不稳定、自动化程度低、劳动强度大与日光温室增产增收的矛盾日益突出的问题，以日光温室卷帘、卷膜为研究对象，借助CFD-FLUENT仿真软件针对卷帘、卷膜精准化控制进行日光温室的环境建模，研究卷帘、卷膜开度对日光温室环境因素的具体影响；完成日光温室环境信息的采集指标选取、环境信息采集装置的布设及多传感数据的融合；基于日光温室棚面的弧面形状与棚室基础架构，针对其卷帘、卷膜的运动形式特点，拟构建一种日光温室卷帘、卷膜精准化控制的数学模型，将实现日光温室内部环境信息的有效感知和卷帘、卷膜的精确测量与控制，改进完成卷帘、卷膜作业的硬件装置，可实现面向日光温室环境的卷帘、卷膜精准化调控，提高日光温室作业生产效率，为日光温室设施智能化、自动化提供理论基础和实践方法。

在化石燃料逐渐能源枯竭和环境污染加重的时代背景下，日光温室作为我国特有的设施农业形式，充分利用太阳能、风能等自然可再生资源，通过改变棚面卷帘、卷膜材料的覆盖面积可以有效控制着其内部种植作物的太阳光照摄入量以及所需的自然通风环境条件，实现有效而可持续的农业生产。但我国当前对于日光温室卷帘、卷膜的生产控制依旧多停留在依赖人工操作阶段，难以满足当前日光温室规模化、集约化的生产作业需求。因此，研究开展基于环境建模的日光温室卷帘、卷空精准测控机理研究，研究项目主要包括三个主要研究内容：1）基于CFD的日光温室温度与卷帘开度关系研究，项目通过分析日光温室内部温度的变化与其卷帘开度、保温材料与卷膜的覆盖面积的关系，将得到的理论分析结果同CFD-fluent仿真结果和验证性试验结果进行相互研究验证，确定在理想的环境条件下，日光温室内部温度变化与卷帘开度的线性关系；2）卷膜自然通风与对日光温室环境的影响研究，通过建立不同通风口开度的日光温室三维仿真模型，模拟真实日光温室的通风情况，研究通过能量平衡模型与CFD模型的耦合方法，将仿真结果和通过计算流体力学得到的理论分析结果相验证，确定卷膜通风口增大导致的日光温室内空气湿度和温度下降不是传统认知模式下的线性变化，而是表现出非线性变化的特征；3）日光温室卷帘、卷膜测量精准测控方法，本项目基于日光温室棚面的弧面形状与棚室基础架构，针对其卷帘、卷膜的运动形式特点，构建了一种日光温室卷帘、卷膜精准化控制的数学模型。在建立的日光温室卷帘、卷膜基础几何模型基础上，利用所测量采集卷轴偏转角度值经过数学公式推导，完成真实日光温室棚面上的卷帘、卷膜开度值计算。并在此研究基础上，设计配套的日光温室卷帘、卷膜位置检测装置。项目从理论和实践上，完成了面向日光温室环境的卷帘、卷膜精准化调控的研究，提高了日光温室作业生产效率，为日光温室设施装备的自动化和智能化发展提供理论研究基础和技术实践经验。