大型水產(chǎn)養(yǎng)殖溫室熱環(huán)境調(diào)控策略和供熱技術(shù)研究.pdf

1、溫度在魚類的生長過程中的作用舉足輕重，適宜的溫度對魚類的生長發(fā)育、攝食和免疫功能等方面都具有重要的影響。傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖溫室熱環(huán)境調(diào)節(jié)一般采用PID控制策略和位式控制，然而傳統(tǒng)控制策略不但能耗高，熱環(huán)境調(diào)控的穩(wěn)定性也較差，不利于魚類的生長。本研究對基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制策略和傳統(tǒng)PID控制策略的控制效果進行了比較分析，并提出了基于模型預測控制(MPC)的水產(chǎn)養(yǎng)殖溫室熱環(huán)境控制策略。論文的主要研究成果如下：
　　(1)基于水產(chǎn)養(yǎng)殖

2、溫室的熱物理模型，以杭州蕭山某溫室為研究對象，對基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制策略和傳統(tǒng)PID控制策略進行對比。結(jié)果表明，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制策略的超調(diào)量為18％，不會引起控制系統(tǒng)較大波動，而常規(guī)PID的超調(diào)量為80％，系統(tǒng)波動較劇烈?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制策略的過渡時間為400s，傳統(tǒng)PID控制策略的過渡時間為1000s，前者控制的系統(tǒng)能很快達到穩(wěn)定狀態(tài)。基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制策略的魯棒性明顯強于傳統(tǒng)PID控制策略。

3、　　(2)研究了基于MPC控制策略的水產(chǎn)養(yǎng)殖溫室熱環(huán)境的調(diào)控效果，并與傳統(tǒng)PID控制和位式控制的控制效果進行比較分析。選取的研究對象為杭州蕭山某溫室，用于仿真的室外天氣數(shù)據(jù)為杭州地區(qū)典型年數(shù)據(jù)，取11月至次年4月天氣數(shù)據(jù)進行模擬分析。結(jié)果表明，模型預測控制對熱環(huán)境控制的穩(wěn)定性遠高于傳統(tǒng)PID控制和位式控制，每個月的水溫方差均小于傳統(tǒng)PID控制和位式控制。模型預測控制的能耗更低、穩(wěn)定性更強。在11月-4月，模型預測控制的總能耗為31678

4、31MJ，傳統(tǒng)PID控制的總能耗為3361020MJ，位式控制的總能耗為3742200MJ。通過對比模型預測控制與傳統(tǒng)PID控制能耗，發(fā)現(xiàn)模型預測控制能耗降低比例為5.75％，其中4月份能耗降低比例最高，為16.69％，1月份能耗降低比例最低，為1.07％。通過對比PID控制與位式控制能耗，發(fā)現(xiàn)PID控制能耗降低比例為10.19％，其中4月份能耗降低比例最高，為23.9％，2月份能耗降低比例最低，為1.14％。對于溫室內(nèi)空氣溫度的控制，

5、三種控制的控制效果差別不大。
　　(3)以杭州蕭山某水產(chǎn)養(yǎng)殖溫室為例，采用模型預測控制的鍋爐設計容量為0.72MW，采用傳統(tǒng)PID控制的鍋爐設計容量為1.45MW，采用位式控制的鍋爐設計容量為1.82 MW。在實際運行中，采用模型預測控制的鍋爐效率更接近鍋爐的額定功率，采用傳統(tǒng)PID控制的鍋爐效率與額定功率相差較大;在整個供暖期，模型預測控制的能耗量遠低于傳統(tǒng)PID控制，節(jié)能達9.91％;傳統(tǒng)PID控制的能耗量遠低于位式控制，節(jié)能

6、達3.28％。分別采用無煙煤、柴油、天然氣、煤氣和電為原料，分析比較模型預測控制、傳統(tǒng)PID控制和位式控制的經(jīng)濟性。結(jié)果表明，采用模型預測控制的能源成本大大低于傳統(tǒng)PID控制，采用傳統(tǒng)PID控制的能源成本大大低于位式控制。以燃用無煙煤為例，在11月至次年4月，相對于PID控制，采用模型預測控制節(jié)約的經(jīng)濟成本為1.55萬元，減排CO230276kg、SO233kg、NOx146kg;相對于位式控制，采用PID控制節(jié)約的經(jīng)濟成本為0.53萬