日光温室草莓立体栽培智能控制系统技术方案

日光温室草莓立体栽培智能控制系统包含常规的温室直接调节对象，草莓立体栽培特殊要求的直接调节对象。采取强制解耦的方式进行控制，建立温室环境控制和作物生长控制2个并列的子控制系统，并在协调控制器作用下、以作物生长模型输出作为控制约束之一对各子系统进行调控。给出了基于Q学习的多Agent体协调算法。系统不仅可以做到解耦控制、提高控制效果，还可以在更改作物的生长模型后提高控制的鲁棒性，这有利于控制系统的普适性和更好的推广应用。

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.

【技术实现步骤摘要】
日光温室草莓立体栽培智能控制系统所属
本专利技术涉及一种智能控制系统，尤其是一种日光温室草莓立体栽培智能控制系统。
技术介绍
在中国，日光温室种植草莓的传统模式绝大部分采用的是地垄式。而立体栽培模式、或称高架栽培模式则打破了这一传统方式。立体栽培是将作物的生长面提高到温室的空间层面中，通过设计、加工特种的支架结构、栽培槽，并采用栽培基质，使作物的生长环境人为地得到了改善，如提高了日光照射量和作物的感温层、以及CO2雾化层，同时降低了草莓的病虫害发生，使草莓座果更卫生，有利于管理和采摘。立体栽培有固定式支架和电动式支架2种类型。电动式立体栽培机构是指栽培支架在电机的驱动下使栽培槽发生上下、左右的摆动动作，这为进一步改善作物的采光效果、温度层等环境参数提供了可调控的基础。目前对日光温室草莓立体栽培研究和开发还仅仅停留在支架的设计和加工制作层面上，还没有与草莓生长的自动化控制很好的结合起来。另一方面，中国对日光温室内作物生长控制还是基于对温室环境的调控来取得的。例如，通过控制温室内的遮阳、通风、加温、降温、CO2浓度等参数，来取得一个作物比较适合的生长环境。但这种传统的温室环境控制模式存在许多不足，如：控制有效性不高、不节能、没有形成自动化和智能化、以至于调控后的环境距离作物真正需求的最优环境有较大差距。随着日光温室草莓立体栽培模式的推广，如何提高日光温室控制的有效性、改善草莓的生长条件，并与立体栽培机构的调控有效地结合等都是要重新考虑和研究的课题。显然，研究和开发出这样一种以草莓自身需求为目标、更加自动化和智能化、以达到有效节能和提高草莓产量为最终目的的日光温室智能控制系统是非常重要的。
技术实现思路
本专利技术提出了一种日光温室草莓立体栽培智能控制系统，系统不仅可以做到解耦控制、提高控制效果，还可以在更改作物的生长模型后提高控制的鲁棒性，这有利于控制系统的普适性和更好的推广应用。本专利技术所采用的技术方案是：日光温室草莓立体栽培智能控制系统针对立体栽培机构，该机构利用平衡四联杆机构托举栽培槽，在电机驱动下使其做升降动作，左右2个草莓栽培槽的动作轨迹是升降动作和左右摇摆动作的结合。这样可以根据室外的太阳轨迹或室内温度层变化来调节草莓的日照强度或感温层，这对草莓的产果非常有益。另外，这样的调节也为草莓的采摘和管理提供了便利。日光温室草莓立体栽培智能控制系统包含常规的温室直接调节对象，如遮阳卷帘（被）、通风窗，也包含草莓立体栽培特殊要求的直接调节对象，如支架调节、基质加热、滴灌、营养液配比。该控制系统的核心是开发的草莓生长温室控制器。所述控制器采取强制解耦的方式进行控制，将温室内温湿度、光照、通风等控制归为环境控制子系统，而直接关系到作物生长的CO2浓度、基质温度、基质营养液配比与滴灌、采光等调控归为作物生长控制子系统，而这2个子系统均通过协调控制器来进行协调控制。作物模型的输出作为这2个子系统的一个参考给定。所述控制器的核心是协调器该环节通过定时的检测各种信息，在产量约束、能耗约束下，经过Q学习算法分别向2个子系统输出控制命令，由此实现温室控制的智能化。所述智能协调控制算法是：将草莓根部温度、采光、基质营养液、水滴灌作为草莓生长控制器的调节参量，而通风作为温室环境控制器的调节参量。定义了采光智能体A1、通风智能体A2、根部温度智能体A3和基质营养液/滴灌智能体A4，这些Agent体通过协调控制器中的Q学习进行全局优化，推算出多因子间的联合最优控制解。然后输入到对应的环境控制器和生长控制器中，与各自的时间尺度气象信息、草莓不同生长期内的约束共同作为子控制器的输入。本专利技术的有益效果是：日光温室草莓立体栽培智能控制系统将原地面的种植提升到温室内空间高度层面，这不仅使作物生长的感温层发生改变、接收到更多的日光照射，还解决了日光温室中的草莓生产管理、观光、摘菜的难题。系统不仅可以做到解耦控制、提高控制效果，还可以在更改作物的生长模型后提高控制的鲁棒性，这有利于控制系统的普适性和更好的推广应用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是草莓立体栽培机构右侧高截面图。图2是草莓立体栽培机构水平截面图。图3是草莓立体栽培机构左侧高截面图。图4是草莓立体栽培日光温室控制系统。图5是温室协调控制结构图。图6是基于Q学习的协调优化算法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1、图2、图3，日光温室草莓立体栽培智能控制系统针对立体栽培机构，该机构利用平衡四联杆机构托举栽培槽，在电机驱动下使其做升降动作，左右2个草莓栽培槽的动作轨迹是升降动作和左右摇摆动作的结合。这样可以根据室外的太阳轨迹或室内温度层变化来调节草莓的日照强度或感温层，这对草莓的产果非常有益。另外，这样的调节也为草莓的采摘和管理提供了便利。如图4，日光温室草莓立体栽培智能控制系统包含常规的温室直接调节对象，如遮阳卷帘（被）、通风窗，也包含草莓立体栽培特殊要求的直接调节对象，如支架调节、基质加热、滴灌、营养液配比。该控制系统的核心是开发的草莓生长温室控制器。如图5，所述控制器采取强制解耦的方式进行控制，将温室内温湿度、光照、通风等控制归为环境控制子系统，而直接关系到作物生长的CO2浓度、基质温度、基质营养液配比与滴灌、采光等调控归为作物生长控制子系统，而这2个子系统均通过协调控制器来进行协调控制。作物模型的输出作为这2个子系统的一个参考给定。所述控制器的核心是协调器该环节通过定时的检测各种信息，在产量约束、能耗约束下，经过Q学习算法分别向2个子系统输出控制命令，由此实现温室控制的智能化。如图6，具体算法是：初始化各个智能体的值函数qi。在采光智能体q1(s1(A1),a1(A1)),通风智能体q2(s2(A2),a2(A2)),根部温度智能体q3(s3(A3),a3(A3)),基质营养液/滴灌智能q4(s4(A4),a4(A4))的状态-行动对中，si表示草莓品种同一类温室环境因子和生长因子的状态，ai对应智能体Ai自身行动的行动集，包含了草莓对同一单类环境因子和生长因子的相应控制动作。从初始状态开始学习。在状态s下计算每个智能体所有3种可能行动的q值，选择q值最大的动作ai(Ai)。执行ai(Ai)，并观察下一状态s′和所得到的奖赏。协调控制器不断地根据环境反馈的奖赏r来修正该状态的qi值和状态行动对，直到每个智能体都最大化自己的收益,此时得到联合行动策略πu。完成相应的控制算法后，协调控制器通过分配器将最优组合控制量分成环境控制量和作物生长控制量输出到各自对应的子控制器中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
日光温室草莓立体栽培智能控制系统，采取强制解耦的方式进行控制，建立温室环境控制和作物生长控制2个并列的子控制系统，并在协调控制器作用下、以作物生长模型输出作为控制约束之一对各子系统进行调控。

【技术特征摘要】
1.日光温室草莓立体栽培智能控制系统，采取强制解耦的方式进行控制，建立温室环境控制和作物生长控制2个并列的子控制系统，并在协调控制器作用下、以作物生长模型输出作为控制约束之一对各子系统进行调控。2.根据权利要求1所述的日光温室草莓立体栽培智能控制系统，其特征是所述立体栽培机构利用平衡四联杆机构托举栽培槽，在电机驱动下使其做升降动作，左右2个草莓栽培槽的动作轨迹是升降动作和左右摇摆动作的结合。3.根据权利要求1所述的日光温室草莓立体栽培智能控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩会义，
申请(专利权)人：韩会义，
类型：发明
国别省市：辽宁,21