Автоматическое управление температурным режимом в теплицах
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?ая теплицей, м;
q3 - поток солнечной радиации, кВт/м;
?3 - коэффициент, характеризующий прозрачность ограждения теплицы (стекла, плёнки);
К=К0+К11?2+К22V1+K12?2V1, (3.2.3)
где К0, К11, К22, К12 - постоянные коэффициенты, определяемые экспериментально;
V1 - скорость ветра, м/с;
?2 - относительная влажность наружного воздуха, %;
Теперь введем понятие дискретного промежутка времени ??. При моделировании можно сделать допущение, что в любые равные по величине промежутки времени, на которые можно разделить весь период выращивания растений формируется равная часть урожая. В течение этого промежутка времени величины V1, ?2, t1, t4, q3 можно считать постоянными. Тогда количество энергии, поступающее за этот промежуток времени в теплицу:
?Q=(К(t1- t4)S- Q3)??, (3.2.4)
где S - площадь ограждения теплицы, м.
условие минимума энергозатрат q примет вид:
?Q/?П=qmin, (3.2.5)
где ?Q - затраты энергии на обогрев теплицы за промежуток времени ??;
?П - продуктивность растений за этот же промежуток времени;
?? - величина дискретного промежутка времени, в течение которого возмущение практически постоянно, принимается на порядок выше величины постоянной времени объекта регулирования, то есть теплицы, по каналу быстродействующего возмущения.
Значение величины этой постоянной времени 10…15 минут получено экспериментальным путём в разработках кафедры автоматики ЧГАУ [7]. Поэтому величина ?? принимается равной 1…1,5 минуты.
К косвенным показателям продуктивности относятся интенсивность видимого фотосинтеза Ф и темнового дыхания D. Между Ф и ?П можно предложить зависимость:
?П1=К1Ф??S3, (3.2.6)
зависимость продуктивности от темнового дыхания:
?П2=К2Ф??S3, (3.2.7)
где К1 и К2 - соответственно коэффициенты продуктивности являются функциональными зависимостями от возраста растений.
Исследование эффектов взаимодействия между всеми изучаемыми факторами среды возможно при использовании квадратичных полиномов для дневного и ночного периода.
Для дневного периода (интенсивность фотосинтеза):
Ф=А0+А1Е1+А2t2+А3Т2+А4?1+А5?2+А6?1+А11Е1+Е1А12t1+А13Е1Т2+А14Е1?1+А15Е1?2+А16Е1?1+А22t1+А23t1T2+А24t1?1+А25t1?2+А26t1?1+А33?2+А34?1Т2+А35Т2?2+А36Т2?1+А44?1+А45?1?2+А46?1?1+А55?2+А56?2?1+А66?1; (3.2.8)
для ночного периода (интенсивность дыхания):
D=В0+В1Е2+В2Т1+В3t2+В4?1+В5?2+В6?1+В11Е2+В12Е2Т1+В13Е2t2+В14Е2?1+В15Е2?2+В16Е2?1+В22Т1+В23Т1t2+В24Т1?1+В25Т1?2+В26Т1?1+В33t2+В34t2?1+В35t2?2+В36t2?1+В44?1+В45?1?2+В46?1?1+В55?2+В56?2?1+В66?1; (3.2.9)
где А0…А66, В0…В66 - коэффициенты регрессии;
Ф, D - интенсивность видимого фотосинтеза и темнового дыхания мг СО2/дмч;
t1 - температура воздуха внутри теплицы днём, С;
t2 - температура воздуха внутри теплицы ночью, С;
Т2 -среднеарифметическое значение температуры воздуха в теплице за истекшую ночь, С;
Е1 - текущее значение освещённости в теплице, клк;
Е2 - среднеарифметическое значение освещённости за истекший день, клк;
?1 - длительность фотопериода (продолжительность светового дня), ч;
?2 - возраст растения, сут.;
?1 - влажность воздуха в теплице, %.
Математические модели вида (3.2.8) и (3.2.9) позволяют определить величину видимого фотосинтеза или темнового дыхания конкретного сорта для различных условий среды. С их помощью можно рассчитать сочетания факторов среды, обеспечивающие максимум видимого фотосинтеза, в том числе и при наличии таких факторов, как освещенность в начале и конце фотопериода при отсутствии искусственного освещения.
Для осуществления автоматического управления каким-либо технологическим процессом необходимо выбрать алгоритм функционирования системы, т.е. совокупность предписаний, определяющих характер изменения управляемой величины в зависимости от воздействий. В связи с тем, что в математическую модель продуктивности входят факторы, изменяющиеся во времени случайным образом (освещённость, длительность фотопериода, влажность воздуха и т.д.), система управления по алгоритму функционирования может быть либо следящей, либо самонастраивающейся.
.3 Критерий удельных энергозатрат. Температура оптимальная по удельной энергоёмкости
Используя критерий удельных энергозатрат, можно получить самую дешёвую с точки зрения потребления тепла сельскохозяйственную продукцию. Математические модели интенсивности фотосинтеза и темнового дыхания в общем виде получены и описаны ранее. Таким образом, для дневного периода суток вычисляемый критерий удельных энергозатрат примет вид:
q1=(K(t1-t4)S-q3?3S3)/k1ФS3(3.3.1)
для ночи:
q2=(K(t1-t4)S)/k2DS3(3.3.2)
Минимум критерия удельных энергозатрат обеспечивается при:
dq/dt=0(3.3.3)
Для определения температуры, оптимальной по критерию удельной энергоёмкости, необходимо исходить из условия (3.1.1). Тогда условие оптимума:
d(?Q/?П)/dt=0,(3.3.4)
для дня:
d(?Q/(К1S3???Ф))/dt=0(3.3.5)
дифференцируя дробь в выражение (3.3.5), получим:
((?Q)`?Ф-(?Ф)`?Q)/((?Ф)К1??S3)=0(3.3.6)
Подставляя (3.3.2), (3.3.4) в (3.3.6), имеем:
(10(d?Q/dt)10ln10(А2+А12Е1+А23Т2+А24?1+А25?2+А26?1+2А22t1)/10=0,
(3.3.7)
то есть:
d?Q/dtln10(А2+А12Е1+А13Т2+А14?1+А25?2+А26?1+2А22t1)?Q=0,(3.3.8)
дифференцируя, получим:
dQ/dt=kS??,(3.3.9)
подставим в (3.3.8), и получим уравнение:
КS= ln10(А2+А12Е1+А23Т2+А24?2+А25?2+А26?1+2А22t1)(k(t1-t4)S-q3S3?3)
(3.3.10)
После упрощений и сокращений, располагая элементы уравнения (3.3.10) по степеням t1, получим:
t1+((А2+А12Е1+А23Т2+А24?1+А25t2+А26?1)2А22-(t4+(S3q3?3)SK)t1-1/(2A22ln10)-(A2+A12E1+A23T2+A24?1+A25?2+?2+A26?1)(t4+(S3q3?3)(SK))2A22=0
Отношение (S3q3?3)(SK) определяет изменение