基于CFD模型的设施温室小气候环境预测和控制研究

发布时间：2023-04-22 02:26

　　随着农业现代化推进,设施农业已成为发展农业现代化基础指标。现代温室能够为作物提供适宜的生长环境,实现作物的高效高质生产。其中,温室的环境调控作为调节作物生长环境的主要手段,是实现现代温室的关键技术之一。对被控对象建立精确的数学模型是传统控制方法的主要形式,建立合理精确的温室环境模型是实现温室环境控制的重要前提。由于温室环境的复杂性,在模型的建立过程中往往含有不确定的参数,因此需要对模型进行参数辨识。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的建模技术,虽然可以模拟温室小气候环境,但CFD计算量大,计算耗时久,因此需要对其进行并行计算。计算以溧阳地区温室大棚为研究对象,建立夏季、秋季、冬季温室小气候环境的CFD模型,在MATLAB与FLUENT协同平台上实现对温室CFD模型的参数辨识,并搭建四种不同并行结构的计算平台,对比得到并行效率最高计算平台,并在此基础上探索了基于CFD模型的温室小气候环境预测控制方法。论文主要研究内容有以下几点:(1)在对温室合理简化的基础上,采集数据,构建夏季自然通风条件下、秋季自然通风条件下、冬季封闭条件下温室小气候环...

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 温室小气候环境CFD模型的研究
        1.2.2 温室控制方法的研究
    1.3 研究内容与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 课题来源和技术路线
    1.4 本章小结
第二章 设施温室环境CFD数值建模
    2.1 设施温室小气候环境CFD建模理论
        2.1.1 温室传热机制分析
        2.1.2 CFD建模基本原理
    2.2 温室小气候环境CFD模型构建
        2.2.1 真实温室环境及环境数据采集仪器
        2.2.2 温室CFD建模环境
        2.2.3 温室环境CFD模型构建
    2.3 CFD模型模拟结果
    2.4 本章小结
第三章 设施温室环境CFD模型的参数辨识
    3.1 参数辨识理论基础
        3.1.1. 参数辨识
        3.1.2. 群体智能的参数辨识
    3.2 并行粒子群算法设计与实现
        3.2.1 粒子群算法原理及设计
        3.2.2 MATLAB并行环境设计
        3.2.3 并行粒子群算法设计
    3.3 温室CFD模型参数辨识与协同计算平台设计
        3.3.1 MATLAB与FLUENT协同仿真原理及接口设计
        3.3.2 计算平台结构设计
    3.4 实验结果与分析
        3.4.1 四种计算平台结构下实验结果及性能
        3.4.2 参数辨识计算结果
        3.4.3 分析
    3.5 本章小结
第四章 基于CFD模型的设施温室环境控制方法研究
    4.1 MPC控制算法与设计
        4.1.1 MPC控制算法
        4.1.2 MPC算法设计
    4.2 PID控制算法与设计
        4.2.1 PID控制算法
        4.2.2 PID算法设计
    4.3 仿真实验设计及结果分析
        4.3.1 实验设计
        4.3.2 MPC控制实验结果
        4.3.3 PID控制实验结果
        4.3.4 分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3796729