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２１世紀(jì)是設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)期。 發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家紛紛采取措施，加大投資，大力發(fā)展智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和工廠(chǎng)化生產(chǎn)方式，把作物種植在一個(gè)相對(duì)封閉的空間，為作物的高效生產(chǎn)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，并且在任何地區(qū)，一年四季均能種植任何作物的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，其特點(diǎn)表現(xiàn)為高產(chǎn)量、高品質(zhì)、環(huán)保、周年可持續(xù)生產(chǎn)。與此同時(shí)智能溫室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)更是加速了農(nóng)業(yè)科學(xué)推廣，對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高起到了積極的推動(dòng)作用。

溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)到一定時(shí)期，一方面對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行調(diào)控會(huì)影響作物的生長(zhǎng)，另一方面作物光合作用、蒸騰作用的改變又對(duì)室內(nèi)環(huán)境因子產(chǎn)生新的影響，從而產(chǎn)生了一種反饋?zhàn)饔脵C(jī)制，而在現(xiàn)有的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)并沒(méi)有考慮到這種反饋?zhàn)饔脵C(jī)制。如果能同時(shí)對(duì)設(shè)施內(nèi)的溫度、光照、二氧化碳濃度等進(jìn)行智能調(diào)控，并能考慮到作物反饋?zhàn)饔脵C(jī)制，這種調(diào)控方式既節(jié)約資源又提高生產(chǎn)效率。研究溫室環(huán)境控制的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，不僅可以提高作物的產(chǎn)量和降低溫室能耗，而且對(duì)未來(lái)溫室環(huán)境調(diào)控的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

１溫室環(huán)境控制研究現(xiàn)狀

１．１國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前溫室環(huán)境控制系統(tǒng)主要針對(duì)溫度和濕度控制進(jìn)行研究。采用模糊控制方法，通過(guò)建立模糊控制系統(tǒng)模型和對(duì)模糊控制器的設(shè)計(jì)，引入解耦參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溫濕度解耦控制，提高了溫濕度控制的精度。針對(duì)溫室氣候控制方法中溫濕度之間的耦合作用，提出以溫度控制為主、濕度控制為輔的控制策略，并建立兩變量輸入、三變量輸出的控制主回路和補(bǔ)償回路模糊控制系統(tǒng)，從而為溫濕度控制提供了一種行之有效的方法。采用逆系統(tǒng)方法對(duì)溫室環(huán)境非線(xiàn)性系統(tǒng)進(jìn)行了解耦和線(xiàn)性化，同時(shí)對(duì)隨機(jī)的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，采用ＰＤＦ控制算法和Ｓｍｉｔｈ預(yù)估補(bǔ)償對(duì)線(xiàn)性化后的系統(tǒng)進(jìn)行了綜合校整，在選擇校正后閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)考慮了非線(xiàn)性系統(tǒng)解耦的要求。通過(guò)對(duì)歷史溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的合理分析，將溫室的溫度控制模型近似為一階慣性加時(shí)滯環(huán)節(jié)。基于該溫度近似模型采用Ｚｈｕａｎｇ等中提出的時(shí)間為權(quán)誤差積到分指標(biāo)最優(yōu)的參數(shù)自整定公式來(lái)整定ＰＩＤ控制器參數(shù)，將整定后的ＰＩＤ控制器應(yīng)用于溫室控制。

通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，利用采集的溫室內(nèi)、外溫度及室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)對(duì)溫室狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)，提出一種基于各類(lèi)別中的溫室溫、濕度變化率相關(guān)性進(jìn)行模糊解耦控制。考慮開(kāi)關(guān)設(shè)備組合作用下溫室測(cè)控系統(tǒng)的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)特性，提出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不需復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的離散預(yù)測(cè)模型，對(duì)設(shè)備組合進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化預(yù)測(cè)控制，大大簡(jiǎn)化溫室測(cè)控系統(tǒng)預(yù)測(cè)控制算法的復(fù)雜性，緩解了測(cè)控系統(tǒng)分布大時(shí)滯問(wèn)題。

１．２國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外的溫室環(huán)境起步較早，溫室環(huán)境控制經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，控制技術(shù)和理論發(fā)展到較高水平。隨著用于溫室環(huán)境控制的作物模型的研究，研究人員將溫室物理模型和作物模型結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)溫室的高效生產(chǎn)。

進(jìn)行模擬研究確定溫室二氧化碳施肥的優(yōu)化措施，其方法是在建立一系列函數(shù)（作物生長(zhǎng)函數(shù)、溫室函數(shù)、設(shè)備函數(shù)及成本函數(shù)）之后，進(jìn)行數(shù)值尋優(yōu)得到不同溫光水平下最優(yōu)的二氧化碳施肥量，并給出一系列圖表用于指導(dǎo)實(shí)際二氧化碳施肥操作管理；利用作物的光合作用和蒸騰作用進(jìn)行溫室內(nèi)短期的優(yōu)化與控制，利用有效積溫的原理進(jìn)行溫室的長(zhǎng)期的優(yōu)化與控制，將短期優(yōu)化和長(zhǎng)期優(yōu)化相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)為目標(biāo)的溫室環(huán)境控制。

利用作物的光輻射吸收、葉片的光合作用和呼吸作用預(yù)測(cè)模型建立了溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，根據(jù)自然光照來(lái)控制溫室內(nèi)的溫度，系統(tǒng)在節(jié)省能源和由于光照減弱而導(dǎo)致的作物產(chǎn)量降低之間取得了很好的平衡。基于作物與環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間尺度不同，前人把溫室作物生產(chǎn)優(yōu)化控制問(wèn)題分成慢速子問(wèn)題和快速子問(wèn)題２個(gè)子問(wèn)題。

只考慮慢速子問(wèn)題，考慮快速子問(wèn)題。解決整個(gè)優(yōu)化控制問(wèn)題的科學(xué)家，提出把系統(tǒng)分解為２個(gè)時(shí)間尺度的方法，根據(jù)該方法首先解決長(zhǎng)期問(wèn)題，然后用長(zhǎng)期問(wèn)題的結(jié)果來(lái)計(jì)算短期問(wèn)題的軌跡并把該方法應(yīng)用到生菜生產(chǎn)的優(yōu)化控制中。從以上文獻(xiàn)可以看出，國(guó)外進(jìn)行溫室環(huán)境控制時(shí)已經(jīng)考慮到作物與環(huán)境的相互作用機(jī)制，同時(shí)考慮到作物動(dòng)態(tài)響應(yīng)與環(huán)境動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間尺度不一致性，但應(yīng)用到黃瓜生長(zhǎng)的優(yōu)化控制中較少。

２溫室環(huán)境控制存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)溫室環(huán)境自動(dòng)控制、智能化管理等方面的研究未能結(jié)合作物的生長(zhǎng)狀態(tài)和過(guò)程，對(duì)溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)與溫室環(huán)境之間的相互作用缺乏有機(jī)結(jié)合，同時(shí)對(duì)溫室內(nèi)作物生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理和產(chǎn)量形成沒(méi)有進(jìn)行深入而有實(shí)質(zhì)性的研究，使這些研究成果在實(shí)用性上受到不同程度的影響，溫室環(huán)境無(wú)法實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的綜合控制，控制的精度和穩(wěn)定性比較差。同時(shí)溫室環(huán)境調(diào)控和作物生長(zhǎng)管理并沒(méi)有完全以經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，對(duì)設(shè)施內(nèi)機(jī)構(gòu)（或設(shè)備）的調(diào)控效果模型和調(diào)控成本模型等方面未能進(jìn)行深入研究。由于模型參數(shù)難以取得、某些變量難以觀測(cè)等諸多因素的影響，使得控制精度和可靠性比較低。

３展望

溫室環(huán)境控制系統(tǒng)將向分布式、自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并應(yīng)將專(zhuān)家系統(tǒng)、遺傳算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等各種控制算法及仿真預(yù)測(cè)相融合。優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，合理利用溫室空間，充分節(jié)約能源以提高利用率，為溫室作物創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)的全面發(fā)展。