基于模糊理論的豬舍環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)及調(diào)控模型研究.pdf

1、隨著人們對(duì)豬肉及其產(chǎn)品需求的逐漸增加，規(guī)模化、集約化的養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展迅速。在規(guī)模化養(yǎng)豬生產(chǎn)中，無(wú)論是自然散養(yǎng)還是密閉式舍內(nèi)養(yǎng)殖，環(huán)境對(duì)豬的生長(zhǎng)發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，適宜的生長(zhǎng)環(huán)境是優(yōu)良的遺傳特征得以實(shí)現(xiàn)的前提，同時(shí)可以有效地提高豬群的健康水平、繁殖能力及豬肉的產(chǎn)量，因此，養(yǎng)殖環(huán)境控制已引起各方面的廣泛關(guān)注。養(yǎng)殖環(huán)境是指對(duì)豬產(chǎn)生影響的所有非基因外部因素，主要包括:豬舍建筑樣式，養(yǎng)殖空間大小，豬舍內(nèi)的空氣溫度、濕度、有害氣體濃度、粉塵、細(xì)菌

2、、光照、通風(fēng)等。由于豬舍內(nèi)各環(huán)境因子之間存在著非線(xiàn)性、時(shí)變性、多變量相互耦合的特性，使得豬舍環(huán)境評(píng)價(jià)及控制面臨很多困難，尤其是實(shí)現(xiàn)這些環(huán)境因素的智能化、精確化控制。為此，豬舍環(huán)境評(píng)價(jià)及控制對(duì)于解決養(yǎng)豬生產(chǎn)利益獲取及能耗投入之間的矛盾，具有很大的研究?jī)r(jià)值。
　　本文在綜述國(guó)內(nèi)外豬舍環(huán)境評(píng)價(jià)及調(diào)控方法、相關(guān)環(huán)境控制研究動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，以模糊理論為基礎(chǔ)，針對(duì)豬舍多環(huán)境因子適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法、豬舍環(huán)境小氣候模型及調(diào)控模型進(jìn)行研究。具體涉及豬舍多

3、環(huán)境因子適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)模型，豬舍環(huán)境熱交換模型，含濕量模型，通風(fēng)量模型，氨氣濃度預(yù)測(cè)模型，以豬舍環(huán)境溫度、濕度及氨氣濃度為調(diào)控對(duì)象的溫度調(diào)控模型及通風(fēng)調(diào)控模型的建立，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)豬舍環(huán)境特點(diǎn)確定豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)變量。以美國(guó)普渡大學(xué)動(dòng)物研究及教育中心，豬舍環(huán)境研究建筑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以豬舍環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，選擇豬舍環(huán)境評(píng)價(jià)及調(diào)控因素。
　　(2)基于豬舍環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及模糊集理論，建立豬舍多環(huán)境因子的

4、模糊綜合評(píng)價(jià)模型。評(píng)價(jià)模型是依據(jù)舍內(nèi)環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)，建立豬舍內(nèi)溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度和硫化氫濃度的隸屬度函數(shù)，基于層次分析法，建立模糊評(píng)價(jià)的權(quán)重向量，對(duì)各環(huán)境因子隸屬關(guān)系進(jìn)行模糊變換，根據(jù)最大隸屬度原則，得到豬舍環(huán)境適宜性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。與單因素評(píng)價(jià)方法相比，本文建立的多環(huán)境因子模糊綜合評(píng)價(jià)方法(FSE)，同時(shí)綜合考慮了多個(gè)環(huán)境因子，評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理，符合豬生長(zhǎng)所需的復(fù)雜環(huán)境要求。
　　(3)根據(jù)豬舍環(huán)境特點(diǎn)建立豬舍環(huán)境小

5、氣候模型，包括:根據(jù)能量平衡方程和質(zhì)量平衡方程建立舍內(nèi)環(huán)境熱交換模型、含濕量模型及通風(fēng)量模型;給出了氨氣揮發(fā)的機(jī)理模型，基于模糊自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANFIS)建立了舍內(nèi)氨氣濃度預(yù)測(cè)模型;對(duì)不同季節(jié)舍內(nèi)氨氣濃度與各環(huán)境因素的相關(guān)性進(jìn)行了分析，確定了不同季節(jié)中豬舍內(nèi)氨氣濃度影響因素，對(duì)不同季節(jié)豬舍內(nèi)氨氣濃度進(jìn)行了預(yù)測(cè)及驗(yàn)證。
　　(4)對(duì)豬舍環(huán)境小氣候模型進(jìn)行仿真及驗(yàn)證。在Simulink中建立豬舍環(huán)境的熱交換模型、含濕量模型及通風(fēng)量模

6、型，對(duì)豬舍環(huán)境小氣候模型中的舍內(nèi)溫度、濕度、氨氣濃度及通風(fēng)量進(jìn)行仿真，同時(shí)以豬舍內(nèi)實(shí)際監(jiān)測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)為輸入，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明仿真模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較小，能夠作為環(huán)境控制的基礎(chǔ)模型。
　　(5)基于模糊控制理論及豬舍環(huán)境特點(diǎn)，提出豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。溫度是豬舍環(huán)境的主要因素，所以在豬舍環(huán)境調(diào)控時(shí)首先考慮溫度調(diào)控，其次是在此基礎(chǔ)上以除濕、降低有害氣體含量的通風(fēng)調(diào)控，因此，建立的調(diào)控模型結(jié)構(gòu)包括溫度控制系統(tǒng)和通風(fēng)控制

7、系統(tǒng)兩部分。
　　(6)建立不同季節(jié)的模糊控制規(guī)則。依據(jù)豬舍環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)及環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果，分別建立溫度模糊控制器和通風(fēng)模糊控制器，確定模糊控制輸入量、輸出量，對(duì)模糊控制變量進(jìn)行模糊化、精確化處理，根據(jù)不同季節(jié)溫度和通風(fēng)調(diào)控策略，建立模糊控制規(guī)則，實(shí)現(xiàn)不同季節(jié)豬舍環(huán)境調(diào)控。
　　(7)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)確定溫度模糊控制與通風(fēng)模糊控制之間的補(bǔ)償系數(shù)D。根據(jù)實(shí)測(cè)豬舍內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，確定加熱模式下，溫度變化與加熱控制之間的關(guān)系;確定通

8、風(fēng)模式下，溫度變化與不同通風(fēng)量之間的關(guān)系;從而確定溫度模糊控制與通風(fēng)模糊控制之間的補(bǔ)償系數(shù)D，解決寒冷冬季通風(fēng)與溫度控制之間的矛盾。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明本研究建立的豬舍環(huán)境調(diào)控模型可以實(shí)時(shí)地、精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)豬舍環(huán)境的控制。
　　本論文以北方寒冷地區(qū)豬舍為研究對(duì)象，建立的基于FSE方法的豬舍環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)模型，與單因素評(píng)價(jià)模型相比較，可以對(duì)豬舍環(huán)境適應(yīng)性做出綜合評(píng)價(jià)。對(duì)建立的豬舍環(huán)境小氣候模型進(jìn)行仿真及驗(yàn)證，結(jié)果表明，豬舍溫度仿真與實(shí)測(cè)溫

9、度相差1℃以?xún)?nèi)，氨氣濃度最小相對(duì)誤差分別為0.0858，此環(huán)境模型可以較準(zhǔn)確地模擬豬舍小氣候環(huán)境，作為環(huán)境控制的基礎(chǔ)模型。加入補(bǔ)償系數(shù)D的溫度控制及通風(fēng)控制模型，通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較，溫度與設(shè)定值最大偏離誤差為0.61℃，舍內(nèi)溫度穩(wěn)定，非常好地達(dá)到了溫度控制目標(biāo);舍內(nèi)相對(duì)濕度偏離設(shè)定值最大為11.4％，其最大相對(duì)誤差沒(méi)有超出正常范圍（±25％），可以滿(mǎn)足豬舍濕度控制要求;豬舍氨氣濃度變化范圍為0.9ppm-1.6ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)定值12