基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法技术

本发明专利技术提供了一种基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，构建育雏舍的热量变化模型、湿度质量平衡模型及氨气浓度模型，基于三个模型在Simulink模块中搭建蛋鸡育雏舍小气候模型，在模型中添加调节模块、控制器进行仿真，对比实测数据与模型仿真数据，通过控制器调整输出，输出通过多个D/A转换器来执行调节模块的启停，对育雏舍环境进行调节；将模型的仿真数据发送到客户端的数据库中保存，用于管理人员查看和分析。本发明专利技术提供的基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，利用计算机仿真技术建立仿真模型，节约了实验成本，减少了实验对鸡只健康的影响，通过与实测数据对比，确定了模型的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法
本专利技术涉及鸡舍小气候模型建立
，特别是涉及一种基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法。
技术介绍
随着智慧畜牧业的发展，福利化养殖也越来越受到重视，尤其是蛋鸡福利化养殖的育雏方面，由于中国地域辽阔，气候分布复杂多样，不同地区的环境差异较大，再加上育雏舍内的环境受多种因素影响，不同地区育雏舍的构建大不相同，因此人为实践实验十分不便，且成本较高。现有的技术大多采用计算机仿真技术来搭建模拟育雏舍环境气候模型，一般使用CFD技术进行环境建模，但是该技术对于气流场复杂的环境状况，很将模型建立的与实际状况一致，在使用该技术时，需要运用空气动力学、流体学等专业性强的知识，其编程难度极高，代码难以理解和修改。因此，提出一种编程简单易懂、便于修改参数的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，利用计算机仿真技术建立仿真模型，节约了实验成本，减少了实验对鸡只健康的影响，通过与实测数据对比，确定了模型的可靠性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，包括如下步骤：步骤1，搭建蛋鸡育雏舍小气候模型：利用一阶非线性微分方程构建育雏舍热量变化模型和湿度质量平衡模型，利用RBF神经网络函数预测氨气浓度并建立氨气浓度模型，基于三个模型在Simulink模块中搭建蛋鸡育雏舍小气候模型，在蛋鸡育雏舍小气候模型中添加调节模块，用于调节模型的温度、湿度及氨气浓度；步骤2，仿真调试蛋鸡育雏舍小气候模型；将控制器搭建到蛋鸡育雏舍小气候模型中，将所述传感器设置在实际鸡舍中，用于采集实测数据，将实测数据与模型仿真数据相对比，控制器根据控制策略来调整输出，输出通过多个D/A转换器来执行调节模块的启停，从而实现对育雏舍环境的调节；步骤3，保存模型环境参数至数据库：将蛋鸡育雏舍小气候模型的仿真数据发送到客户端的数据库中保存，用于管理人员查看和分析。可选的，步骤1中所述构建育雏舍热量变化模型，具体为：综合鸡群散热、加热器供热、太阳辐射传热、蛋鸡育雏舍围护结构散热、地面散热以及通风散热对育雏舍热环境的变化的影响，得到育雏舍热量变化模型公式为：式中，ΔQ表示育雏舍内部热量变化量，Cair_in为育雏舍空气比热容，单位为J/(kg·℃)，Qs为育雏舍太阳辐射总热量，Qc为鸡只总散热量，Qh为育雏舍加热装置产热热量，Qg为育雏舍地面散热热量，Qw为育雏舍围护结构散热热量，Qf为通风散热量，单位均为W，Thouse_in为育雏舍内环境温度；育雏舍太阳辐射总热量为：Qs＝ρsun·Swall·Isolar(2)式中，ρsun为育雏舍围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数，Swall为育雏舍维护结构的外表面积，单位为m2，Isolar为大气层太阳辐射强度，单位为W/m2；鸡只总散热量为：Qc＝N·Schick·[ε·δ(T4chick-T4house_in)+Hair_chick(Tchick-Thouse_in)](3)式中，N为鸡只数量，Schick为鸡只的体表面积，单位为m2，ε为鸡只表面辐射黑度，ε≈0.95，δ为黑体辐射场数，δ＝5.67×10-8，单位为W/m2·K4，Tchick为鸡只体表温度，单位为K，Thouse_in为育雏舍内环境温度，单位为K，Hair_chick为空气与鸡只体表面对流换热系数，单位为W/m2·K4；育雏舍加热装置产生的热量为：Qh＝Cwater·TRAwater·(Twater_out-Twater_in)(4)式中，Cwater为水的比热容，单位为J/(kg·℃)，Twater_out为加热锅炉出水温度，单位为℃，Twater_in为加热锅炉回水温度，单位为℃，TRAwater为加热锅炉流量，单位为m3/h；育雏舍地面散热热量为：Qg＝Sground·Kair_ground·(Iair_house-Iair_ground)(5)式中Sground为育雏舍地面面积，单位为m2，Kair_ground为地面与空气的换热系数，单位为W/m2，Iair_house为育雏舍内空气温度，单位为K，Iair_ground为育雏舍内地面温度，单位为K；育雏舍维护结构的热量交换公式：Qw＝Kwall·(Twall_in-Twall_out)·Swall(6)Swall为维护结构的表面积，单位为m2，Twall_in为墙内表面温度，单位为K，Twall_out为墙外表面温度，单位为K，Kwall为围墙的导热系数，单位为W/m·K；通风散热量为：Qf＝ρair_in·L·Cair_in·(Tair_in-Tair_out)(7)式中，ρair_in为育雏舍内空气密度，单位为kg·m3，L为通风量，单位为m3/s，Cair_in为育雏舍空气比热容，单位为J/(kg·℃)，Tair_out为育雏舍外空气温度，单位为℃，Tair_in为育雏舍内空气温度，单位为℃；将公式(2)-(7)带入公式(1)中得到温度变换公式如下：式中，Vhouse代表育雏舍体积。可选的，步骤1中所述构建育雏舍的湿度质量平衡模型，具体为：由于鸡只呼吸和自身蒸发的水汽量、湿帘设备加湿量、育雏舍表面水汽蒸发量，育雏舍的含湿量是随时变换的，根据质量守恒定律，育雏舍内水汽产生量等于水汽消散量，得到湿度的动态方程如下：ρair_in·L·din＝Vhouse·L·dout+hp+he+hc(9)式中，ρair_in为育雏舍内空气密度，单位为kg/m3，L为育雏舍通风量，单位为m3/s，din为育雏舍内空气含湿量，单位为g/kg，Vhouse为育雏舍体积，单位为m3，dout为育雏舍舍外空气湿度，单位为g/kg，hp为鸡群散发的水汽量，单位为g/s，he为育雏舍内表面水汽量，单位为g/s，hc为湿帘产生的水汽量，单位为g/s。可选的，步骤1中所述构建蛋鸡育雏舍的氨气浓度模型，具体为：利用RBF神经网络构建氨气浓度模型，并对RBF神经网络进行训练，确定RBF神经网络的输入节点为六个，即X＝[x1,x2,x3,x4,x5,x6]T为输入量，其中x1为温度，x2为湿度，x3为雏鸡数量，x4为雏鸡日龄，x5为饲料氨氮配比，x6为育雏舍体积，每组为144个数据，其中输出节点为一个，即氨气浓度，RBF神经网络的径向基函数采用高斯函数，具体公式为：式中Ci为高斯函数中心向量，σ为高斯函数的方差，径向基网络的权向量为W＝[w1,w2,w3,w4,w5,w6]T，RBF神经网络的输出为：y(k)＝h1w1+h2w2+h3w3+h4w4+h5w5+h6w6(11)根据梯度下降法得出权值向量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，搭建蛋鸡育雏舍小气候模型：/n利用一阶非线性微分方程构建育雏舍热量变化模型和湿度质量平衡模型，利用RBF神经网络函数预测氨气浓度并建立氨气浓度模型，基于三个模型在Simulink模块中搭建蛋鸡育雏舍小气候模型，在蛋鸡育雏舍小气候模型中添加调节模块，用于调节模型的温度、湿度及氨气浓度；/n步骤2，仿真调试蛋鸡育雏舍小气候模型；/n将控制器搭建到蛋鸡育雏舍小气候模型中，将所述传感器设置在实际鸡舍中，用于采集实测数据，将实测数据与模型仿真数据相对比，控制器根据控制策略来调整输出，输出通过多个D/A转换器来执行调节模块的启停，从而实现对育雏舍环境的调节；/n步骤3，保存模型环境参数至数据库：/n将蛋鸡育雏舍小气候模型的仿真数据发送到客户端的数据库中保存，用于管理人员查看和分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，搭建蛋鸡育雏舍小气候模型：
利用一阶非线性微分方程构建育雏舍热量变化模型和湿度质量平衡模型，利用RBF神经网络函数预测氨气浓度并建立氨气浓度模型，基于三个模型在Simulink模块中搭建蛋鸡育雏舍小气候模型，在蛋鸡育雏舍小气候模型中添加调节模块，用于调节模型的温度、湿度及氨气浓度；
步骤2，仿真调试蛋鸡育雏舍小气候模型；
将控制器搭建到蛋鸡育雏舍小气候模型中，将所述传感器设置在实际鸡舍中，用于采集实测数据，将实测数据与模型仿真数据相对比，控制器根据控制策略来调整输出，输出通过多个D/A转换器来执行调节模块的启停，从而实现对育雏舍环境的调节；
步骤3，保存模型环境参数至数据库：
将蛋鸡育雏舍小气候模型的仿真数据发送到客户端的数据库中保存，用于管理人员查看和分析。


2.根据权利要求1所述的基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，其特征在于，步骤1中所述构建育雏舍热量变化模型，具体为：
综合鸡群散热、加热器供热、太阳辐射传热、蛋鸡育雏舍围护结构散热、地面散热以及通风散热对育雏舍热环境的变化的影响，得到育雏舍热量变化模型公式为：



式中，ΔQ表示育雏舍内部热量变化量，Cair_in为育雏舍空气比热容，单位为J/(kg·℃)，Qs为育雏舍太阳辐射总热量，Qc为鸡只总散热量，Qh为育雏舍加热装置产热热量，Qg为育雏舍地面散热热量，Qw为育雏舍围护结构散热热量，Qf为通风散热量，单位均为W，Thouse_in为育雏舍内环境温度；
育雏舍太阳辐射总热量为：
Qs＝ρsun·Swall·Isolar(2)
式中，ρsun为育雏舍围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数，Swall为育雏舍维护结构的外表面积，单位为m2，Isolar为大气层太阳辐射强度，单位为W/m2；
鸡只总散热量为：
Qc＝N·Schick·[ε·δ(T4chick-T4house_in)+Hair_chick(Tchick-Thouse_in)](3)
式中，N为鸡只数量，Schick为鸡只的体表面积，单位为m2，ε为鸡只表面辐射黑度，ε≈0.95，δ为黑体辐射场数，δ＝5.67×10-8，单位为W/m2·K4，Tchick为鸡只体表温度，单位为K，Thouse_in为育雏舍内环境温度，单位为K，Hair_chick为空气与鸡只体表面对流换热系数，单位为W/m2·K4；
育雏舍加热装置产生的热量为：
Qh＝Cwater·TRAwater·(Twater_out-Twater_in)(4)
式中，Cwater为水的比热容，单位为J/(kg·℃)，Twater_out为加热锅炉出水温度，单位为℃，Twater_in为加热锅炉回水温度，单位为℃，TRAwater为加热锅炉流量，单位为m3/h；
育雏舍地面散热热量为：
Qg＝Sground·Kair_ground·(Iair_house-Iair_ground)(5)
式中Sground为育雏舍地面面积，单位为m2，Kair_ground为地面与空气的换热系数，单位为W/m2，Iair_house为育雏舍内空气温度，单位为K，Iair_ground为育雏舍内地面温度，单位为K；
育雏舍维护结构的热量交换公式：
Qw＝Kwall·(Twall_in-Twall_out)·Swall(6)
Swall为维护结构的表面积，单位为m2，Twall_in为墙内表面温度，单位为K，Twall_out为墙外表面温度，单位为K，Kwall为围墙的导热系数，单位为W/m·K；
通风散热量为：
Qf＝ρair_in·L·Cair_in·(Tair_in-Tair_out)(7)
式中，ρair_in为育雏舍内空气密度，单位为kg·m3，L为通风量，单位为m3/s，Cair_in为育雏舍空气比热容，单位为J/(kg·℃)，Tair_out为育雏舍外空气温度，单位为℃，Tair_in为育雏舍内空气温度，单位为℃；
将公式(2)-(7)带入公式(1)中得到温度变换公式如下：



式中，Vhouse代表育雏舍体积。


3.根据权利要求1所述的基于计算机仿真的密闭式蛋鸡育雏舍小气候模型搭建方法，其特征在于，步骤1中所述构建育雏舍的湿度质量平衡模型，具体为：
由于鸡只呼吸和自身蒸发的水汽量、湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：高立艾，尔梦伟，李丽华，温鹏，薛皓，侯晨伟，梁杨，霍利民，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：河北;13