日光溫室草莓立體栽培智能控制系統技術方案

日光溫室草莓立體栽培智能控制系統包含常規的溫室直接調節對象，草莓立體栽培特殊要求的直接調節對象。采取強制解耦的方式進行控制，建立溫室環境控制和作物生長控制2個并列的子控制系統，并在協調控制器作用下、以作物生長模型輸出作為控制約束之一對各子系統進行調控。給出了基于Q學習的多Agent體協調算法。系統不僅可以做到解耦控制、提高控制效果，還可以在更改作物的生長模型后提高控制的魯棒性，這有利于控制系統的普適性和更好的推廣應用。

Intelligent control system of strawberry Stereoscopic Cultivation in Sunlight Greenhouse

The intelligent control system of strawberry Stereoscopic Cultivation in solar greenhouse includes regular greenhouse direct regulating object and direct regulating object of special cultivation of strawberry. To take control of forced decoupling method, the establishment of greenhouse environment control and crop growth control of 2 parallel sub control system, and the coordination role of the controller, the output of crop growth model as one of the control constraints to control each subsystem. A multi Agent volume coordination algorithm based on Q learning is presented. The system not only can decouple control and improve control effect, but also can improve the robustness of control after changing the model of crop growth, which is beneficial to the universality of control system and better popularization and application.

【技術實現步驟摘要】
日光溫室草莓立體栽培智能控制系統所屬
本專利技術涉及一種智能控制系統，尤其是一種日光溫室草莓立體栽培智能控制系統。
技術介紹
在中國，日光溫室種植草莓的傳統模式絕大部分采用的是地壟式。而立體栽培模式、或稱高架栽培模式則打破了這一傳統方式。立體栽培是將作物的生長面提高到溫室的空間層面中，通過設計、加工特種的支架結構、栽培槽，并采用栽培基質，使作物的生長環境人為地得到了改善，如提高了日光照射量和作物的感溫層、以及CO2霧化層，同時降低了草莓的病蟲害發生，使草莓座果更衛生，有利于管理和采摘。立體栽培有固定式支架和電動式支架2種類型。電動式立體栽培機構是指栽培支架在電機的驅動下使栽培槽發生上下、左右的擺動動作，這為進一步改善作物的采光效果、溫度層等環境參數提供了可調控的基礎。目前對日光溫室草莓立體栽培研究和開發還僅僅停留在支架的設計和加工制作層面上，還沒有與草莓生長的自動化控制很好的結合起來。另一方面，中國對日光溫室內作物生長控制還是基于對溫室環境的調控來取得的。例如，通過控制溫室內的遮陽、通風、加溫、降溫、CO2濃度等參數，來取得一個作物比較適合的生長環境。但這種傳統的溫室環境控制模式存在許多不足，如：控制有效性不高、不節能、沒有形成自動化和智能化、以至于調控后的環境距離作物真正需求的最優環境有較大差距。隨著日光溫室草莓立體栽培模式的推廣，如何提高日光溫室控制的有效性、改善草莓的生長條件，并與立體栽培機構的調控有效地結合等都是要重新考慮和研究的課題。顯然，研究和開發出這樣一種以草莓自身需求為目標、更加自動化和智能化、以達到有效節能和提高草莓產量為最終目的的日光溫室智能控制系統是非常重要的。
技術實現思路
本專利技術提出了一種日光溫室草莓立體栽培智能控制系統，系統不僅可以做到解耦控制、提高控制效果，還可以在更改作物的生長模型后提高控制的魯棒性，這有利于控制系統的普適性和更好的推廣應用。本專利技術所采用的技術方案是：日光溫室草莓立體栽培智能控制系統針對立體栽培機構，該機構利用平衡四聯桿機構托舉栽培槽，在電機驅動下使其做升降動作，左右2個草莓栽培槽的動作軌跡是升降動作和左右搖擺動作的結合。這樣可以根據室外的太陽軌跡或室內溫度層變化來調節草莓的日照強度或感溫層，這對草莓的產果非常有益。另外，這樣的調節也為草莓的采摘和管理提供了便利。日光溫室草莓立體栽培智能控制系統包含常規的溫室直接調節對象，如遮陽卷簾（被）、通風窗，也包含草莓立體栽培特殊要求的直接調節對象，如支架調節、基質加熱、滴灌、營養液配比。該控制系統的核心是開發的草莓生長溫室控制器。所述控制器采取強制解耦的方式進行控制，將溫室內溫濕度、光照、通風等控制歸為環境控制子系統，而直接關系到作物生長的CO2濃度、基質溫度、基質營養液配比與滴灌、采光等調控歸為作物生長控制子系統，而這2個子系統均通過協調控制器來進行協調控制。作物模型的輸出作為這2個子系統的一個參考給定。所述控制器的核心是協調器該環節通過定時的檢測各種信息，在產量約束、能耗約束下，經過Q學習算法分別向2個子系統輸出控制命令，由此實現溫室控制的智能化。所述智能協調控制算法是：將草莓根部溫度、采光、基質營養液、水滴灌作為草莓生長控制器的調節參量，而通風作為溫室環境控制器的調節參量。定義了采光智能體A1、通風智能體A2、根部溫度智能體A3和基質營養液/滴灌智能體A4，這些Agent體通過協調控制器中的Q學習進行全局優化，推算出多因子間的聯合最優控制解。然后輸入到對應的環境控制器和生長控制器中，與各自的時間尺度氣象信息、草莓不同生長期內的約束共同作為子控制器的輸入。本專利技術的有益效果是：日光溫室草莓立體栽培智能控制系統將原地面的種植提升到溫室內空間高度層面，這不僅使作物生長的感溫層發生改變、接收到更多的日光照射，還解決了日光溫室中的草莓生產管理、觀光、摘菜的難題。系統不僅可以做到解耦控制、提高控制效果，還可以在更改作物的生長模型后提高控制的魯棒性，這有利于控制系統的普適性和更好的推廣應用。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1是草莓立體栽培機構右側高截面圖。圖2是草莓立體栽培機構水平截面圖。圖3是草莓立體栽培機構左側高截面圖。圖4是草莓立體栽培日光溫室控制系統。圖5是溫室協調控制結構圖。圖6是基于Q學習的協調優化算法流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1、圖2、圖3，日光溫室草莓立體栽培智能控制系統針對立體栽培機構，該機構利用平衡四聯桿機構托舉栽培槽，在電機驅動下使其做升降動作，左右2個草莓栽培槽的動作軌跡是升降動作和左右搖擺動作的結合。這樣可以根據室外的太陽軌跡或室內溫度層變化來調節草莓的日照強度或感溫層，這對草莓的產果非常有益。另外，這樣的調節也為草莓的采摘和管理提供了便利。如圖4，日光溫室草莓立體栽培智能控制系統包含常規的溫室直接調節對象，如遮陽卷簾（被）、通風窗，也包含草莓立體栽培特殊要求的直接調節對象，如支架調節、基質加熱、滴灌、營養液配比。該控制系統的核心是開發的草莓生長溫室控制器。如圖5，所述控制器采取強制解耦的方式進行控制，將溫室內溫濕度、光照、通風等控制歸為環境控制子系統，而直接關系到作物生長的CO2濃度、基質溫度、基質營養液配比與滴灌、采光等調控歸為作物生長控制子系統，而這2個子系統均通過協調控制器來進行協調控制。作物模型的輸出作為這2個子系統的一個參考給定。所述控制器的核心是協調器該環節通過定時的檢測各種信息，在產量約束、能耗約束下，經過Q學習算法分別向2個子系統輸出控制命令，由此實現溫室控制的智能化。如圖6，具體算法是：初始化各個智能體的值函數qi。在采光智能體q1(s1(A1),a1(A1)),通風智能體q2(s2(A2),a2(A2)),根部溫度智能體q3(s3(A3),a3(A3)),基質營養液/滴灌智能q4(s4(A4),a4(A4))的狀態-行動對中，si表示草莓品種同一類溫室環境因子和生長因子的狀態，ai對應智能體Ai自身行動的行動集，包含了草莓對同一單類環境因子和生長因子的相應控制動作。從初始狀態開始學習。在狀態s下計算每個智能體所有3種可能行動的q值，選擇q值最大的動作ai(Ai)。執行ai(Ai)，并觀察下一狀態s′和所得到的獎賞。協調控制器不斷地根據環境反饋的獎賞r來修正該狀態的qi值和狀態行動對，直到每個智能體都最大化自己的收益,此時得到聯合行動策略πu。完成相應的控制算法后，協調控制器通過分配器將最優組合控制量分成環境控制量和作物生長控制量輸出到各自對應的子控制器中。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
日光溫室草莓立體栽培智能控制系統，采取強制解耦的方式進行控制，建立溫室環境控制和作物生長控制2個并列的子控制系統，并在協調控制器作用下、以作物生長模型輸出作為控制約束之一對各子系統進行調控。

【技術特征摘要】
1.日光溫室草莓立體栽培智能控制系統，采取強制解耦的方式進行控制，建立溫室環境控制和作物生長控制2個并列的子控制系統，并在協調控制器作用下、以作物生長模型輸出作為控制約束之一對各子系統進行調控。2.根據權利要求1所述的日光溫室草莓立體栽培智能控制系統，其特征是所述立體栽培機構利用平衡四聯桿機構托舉栽培槽，在電機驅動下使其做升降動作，左右2個草莓栽培槽的動作軌跡是升降動作和左右搖擺動作的結合。3.根據權利要求1所述的日光溫室草莓立體栽培智能控制系統...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓會義，
申請(專利權)人：韓會義，
類型：發明
國別省市：遼寧,21