Способ управления культивационным процессом в модульном сооружении закрытого грунта

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в процессах управления режимами в закрытом грунте. Сущность изобретения в процессе культивации регистрируют внутренние физические параметры культивационного сооружения химические параметры питательного раствора и параметры функционального состояния растения анализируя последнее, корректируют установочные значения в алгоритмах управления остальными параметрами 2 злф-лы, 1 ил.

(ю) ЯЯ (и) 2 (Я), т А01 У 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5026363/15 (22) 05.03.92 (46} 30.10.93 Бюп йю 39-40 (76) Лилов Андрей Юрьевич (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУЛЬТИВАЦИОНHblM ПРОЦЕССОМ В МОДУЛЬНОМ СООРУЖЕНИИ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА (57) Использование: в сельском хозяйстве, в частности в процессах управления режимами в закрытом грунте. Сущность изобретения: в процессе купьтивации регистрируют внутренние физические параметры культивационного сооружения химические параметры литатетъного раствора и параметры функционального состояния растения. анализируя последнее, корректируют установочные значения в алгоритмах управления остальными параметрами. 2 мф-лы, 1 ил..

hJ

Ю

CO

Ои

<М

2001557

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к промышленному овощеводству и цветоводству. в тепличных комплексах.

Известен способ управления культива- 5 ционным процессом, включающий регистрацию функциональных параметров среды культивационного сооружения и концентрации углекислого газа, которые используют для поддержания заданного уровня данной концентрации.

Данный способ позволяет повысить урожайность, однако его использование не дает возможности оптимально управлять вегетационным процессом, 15

Известен способ управления культивационным процессом, в процессе которого регистрируются величины физических параметров среды и концентрация углекислоты в воздухе, на основании которых поддержи- . 20 вается заданный уровень кислорода в теп-, .лице.

Недостатком указанного способа является невозможность оптимизировать функциональное состояние культивируемого 25 растения и, следовательно, получить оптимальный урожай.

Более совершенным является способ управления культивационным процессом в сооружении закрытого грунта, при реалиэа- З0 ции которого регистрируют физические параметры внешней среды и внутренней среды сооружения, оптимизируют их поддержание в соответствии с фазой культивации. 35

Недостатком этого способа является также невозможность оптимизации всех параметров, поскольку отсутствует информация о состоянии растений.

Известен способ управления культива- 4" ционным процессом в теплице, в процессе которого регистрируется газовый состав в культивационном сооружении, его физические параметры и полученная информация сравнивается с заданными значениями, что позволяет реагировать алгоритму управления этими параметрами.

Недостатком указанного способа является то, что отсутствие обратной связи по культивируемому растению не позволяет оптимизировать процесс выращивания данного растения, Наиболее близким к предлагаемому является способ управления культивационным процессом в модульном сооружении 55 закрытого грунта, включающий задание величин граничных значений физических параметров среды культивационного сооружения, а также параметров питательного раствора. регистрацию текущих величин параметров, сравнение текущих величин указанных параметров с заданными режимами соответствующих граничных значений параметров, по результату которого осуществляют управление механизмами измерения параметров культивационного сооружения и питательного раствора, Данный способ позволяет реализовывать исключительно жесткие алгоритмы управления, основанные на линейном законе, что малоэффективно.

Целью изобретения является повышение эффективности управления и расширение технологических возможностей.

Данная цель достигается тем, чго задают базовые величины параметров функционального состояния культивируемого растения, регистрируют парамет ры функционального состояния культивируемого растения, сравниваю< базовые и текущие величины указанных параметров и по результату сравнения корректируют величины гра ичных значений соответствующих заданных параметров. Кроме того, дополнительно регистрируют физические <араметры внешней среды, а также регистпируют химические параметры воздушной среды модульного сооружения.

Анализ пэтьч<тной и техническ и информации показал, что предлвгаемая совокупность неиэвесгна. что соответствует критерию "новизна . Поскольку результаты работы макета системы, позволяющей реализовать способ, очень высоки, а сама система комплектуется иэ стандартных узлов, то заявленное соответствует KpNTepl

"промышленная применимость". Так как в результате использования данной совокупности получается новый, более высокий эффект, то изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Следует отметить, чтс состояние управляемого объекта — модульного сооружения закрытого грунта с растениями — представ;,яется в виде многомерного вектора, перемещающегося во времени. Пр«этом в

<<ормэль -;ых условиях это перемещение осуществляется внутри многомерного объема, vîò0ð<:lé определяется величинами граничных параметров. В ряде работ на примере двух паг<аметров показан алгоритм управления с целью оптимизации состояния управляемого объек,а однако в данном случае решаеся м«огомерная задача управления с у <етом оценки как параметров среды, так и параметроь культивируемого растечия, что позволяет дополнительно оценить соответствие выбранного режима управления текущ е м у с О с1 о 4 i < l l lo растения и ь с л у ч а е

2001557

20

55 несовпадения провести дополнительную коррекцию режима управления, Известные способы управления предусматривали формальные режимы управления с жесткими программами, в то время как в данном случае осуществляется корректировка этих программ по отношению к объекту управления верхнего уровня — растению, изменяя параметры объекта управления нижнего уровня — модульного сооружения, т,е. в данном случае ведется корректировка положения многомерного вектора. описывающего состояние культивируемого растения по положению многомерного вектора. описывающего состояние модульного сооружения, и наоборот, корректируется положение многомерного вектора. характеризующего состояние растения по положению многомет. ного вектора. характеризующего состояние модульного сооружения, т.е, решается новый класс задач, до этого не встречающийся на практике.

На чертеже представлен алгоритм реализации способа. Он включает следующие измерительные и логические блоки;

1 и 2 — соответственно блоки заданных величин граничных значений и регистрации текущих величин физических параметров внешней среды.

3 и 4 — соответственно блоки заданных величин граничных значений и регистрации текущих величин физических параметров среды культивационного сооружения.

5 и 6 — соответственно задание величин граничных значений и регистрации текущих величин питательного раствора и/или воздушной среды культивационного сооружения;

7 - 9 — соответствующие операции сравнения и выработки алгоритмов управления;

10 и 11 — соответственно регистрации текущего состояния и задания базовых величин параметров культивируемого растения.

12 — операция сравнения соответствующих величин;

13 — операция анализа результатов сравнения и выработки алгоритма коррекции;

14 — формирование базы дачных no состоянию культивируемого растения на различных этапах его развития в соответствии с различными состояниями окружающей среды, Следует отметить, что использование сочетания блоков 1. 2 и 7 возможно при наличии регулируемой внешней среды, т.е. двойного термостатирования, поскольку в обычных условиях теплиц используется только блок 2. При работе блока 2 могут регистрироваться различные параметры окружающей среды, например температура, сит и чаправление ветра, величина световсгс потока, ориентация теплицы и т,д, При работа блока 4 могут регистрироваться парами;ры культивационного сооружения— температура воздуха внутри его, влажность воздуха, температура и влажность почвы, величина освещенности и т.д.

При работе блока 6 могут регистрироваться любые химические параметры питательного раствора, например его рН, концентрация и т.д, В" блоках 7 -- 9 осуществляется сравнение указанных регистрируемых вели ин с соответствующими режимами, заданными в блоках 1, 3 и 5.

При работе блока 10 осуществляется регистрация параметров функционального состояния культивируемого растения, например тургора, проводимости тканей, внешнего вида растения, его геометрических параметров и т,д.

В блоке 13 осуществляется анализ результата сравнения указанного параметра с эаданныв и, а в блоке 14 формируется соответствующая база данных, позволяющая составить ТоТ массив многомерных значений, который в дальнейшем используется для управления как модульным сооружением, так и растением, Способ управления осуществляют следующим образом.

Задается вид культивируемого растения, Посредством блоков 3, 5 и 11. а при необходимости и блока 1 задают исходные величины граничных параметров, Информация о текущих величинах регистрируемых параметров среды и растения поступает с блоков 2, 4, б и 10. В блоках 8 и 9, а при необходимости и в блоке 7 осуществляется сравнение информации о культивационном

coopóë<àíèè и вырабатывается алгоритм управления для поддержания этих параметров

При необходимости аналогичное управление осуществляется посредством блока 7, например фотокамера на питательном средс1ве 1 т.д.

Работа блоков 10 — 14 фактически представляет собой экспертную систему, в которой в наиболее простом варианте регистрацию параметров осуществляет человек, но в более сложной конфигурации возможно применение измерительных комплексов. Имеется и промежуточный вариант, позволяющий ряд параметров — тургор, проходимость растения и транспирацию измерить автоматически, а внешний вид оценивать визуально оператору системы.

2001557

В качестве примера представлены сколько реальных ситуаций, имеющих м при работе экспертной системы.

Ситуация 1.

Симптомы голодания проявляются на взрослых листьях7

Повреждение распространено по всему растению7

Растения чахлые, светлозеленые, цвет более старых листьев желто-зеленый до желтого; на более поздних стадиях листья высыхают и становятся коричневыми7

Растения чахлые, ненормально темно-зеленые, обычно с черенками. прикрепленными к стеблю под острым углом: часто наблюдается красноватая или пурпурная пигментация, иногда у более старых листьев наступает хлороз?

Ткань некротическая7

Ткань не некротическая7

Общее огрубление растений, листья маленькие, тусклоэеленые, стебли твердые; у некоторых растений на более старых листьях появляются пурпурнокоричневые пятна. Это сопровождается опадением листьев?

Общее огрубление растений, листья маленькие, синеватоэеленого цвета, стебли твердые; позднее листья могут скручиваться внутрь и покрываться наростами, края листьев становятся коричневыми, затем бледно-желтыми?

Вывода. Избыток ион-сульфата.

Нет

Нет 25

Нет

Да

Нет

Ла

Ситуация 2, Повреждение распространено по всему растению?

Повреждение местное (на листьях появляются пятна)7

На концах более старых листьев начинается хлороз (побледнение листьев в результате разрушения хлорофилла). Хлороз распространяется между жилками и сопровождается образованием коричневых пятен с послене- дующим выпадением тканей, есто вследствие чего листья кажутся разорванными; листья искривлены и скручены, 5 что наиболее резко выражено на ранних стадиях? Нет

Да Хлороэ начинается между жилками более старых листьев

Да или листьев средних ярусов;

10 листья становятся желтыми или почти белыми, но жилки обычно остаются зелеными; отмирание листьев не наблюдаются7

15 Хлороз развивается на

Да краях листьев и распространяется между жилками, сопровождаясь коричневым некроэом и свертыванием

20 концов листьев; опадение листьев (повреждение сходно у многих растений с признаками калийного голодания); Дв

Вывод: Избыток азота, Ситуация 3.

Симптомы голодания проявляются на взрослых листьях? Нет

Симптомы голодания проявляются на молодых листьях? Да

30 Повреждение распространено по всему растению?

Повреждение местное?

Ткань с некроэами (мертвыми участками)? Да

35 Хлороэ начинается между

Нет жилками молодых листьев; листья становятся желтыми или белыми; все жилки остаются зелеными, хлороэ

40 сопровождается появлением небольших некротических пятен? Да

Вывод: Недостаток марганца.

Следует отметить, что все указанные ситуации имели место при текущих химичеДа 45 ских парамеграх питательного раствора, соответствующих допустимым параметрам (по оценке регистрирующих методик, например определении концентрации методом пров димости), Нет 50 Анализ ситуации также позволяет сделать заключение о необходимости проведения измерения конкретной составляющей раствора, что дает возможность существенно упростить и удешевить систему.

55 При этом во всех случаях блок 14 позволяет корректировать на основании банка данных о растении базовые величины, которые являются опорными для операции сравнения в блоке 12 и могут вырабатываться так же, как "скользящие" средние îо этапу раз2001557

10 вития растения или по предыдущим этапам (как следствие ряда экспериментов с различными режимами и алгоритмами управления), Как уже указывалось. все параметры

pBcTeHMR жестко завязаны с совокупностью внешних физических и химических параметров.

Поскольку известны зависимости функционального состояния растения от внешних воздействующих на это растение параметров как химических. так и физических, то можно определить, какое воздействие необходимо в данный момент для коррекции функционального состояния растения. Однако допусковые значения, т.е, те, которые задаются в блоках 3, 5. 6, 11 и может быть в блоке 1, зачастую при стандартных методиках регулирования жестко ограничены. В данном же случае в блоке 13

Формула изобретения

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУЛЬТИВАЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ В МОДУЛЬНОМ

СООРУЖЕНИИ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА, включающий задание величин граничных значений физических параметров среды культивационного сооружения, а также параметров питательного раствора, регистрацию текущих величин указанных параметров, сравнение текущих величин с задаными величинами сответствующих граничных значений параметров, по результату которого осуществляют управление механизмами изменения ABpBMGTpoB культивационного сооружения и питательного раствора, отличающийся тем, что завырабатывается алгоритм изменения вставок в укаэанных блоках, хотя алгоритм управления пс каждому контролируемому параметру остается неизменным Зтс пс5 зволяет в экстремальных оежимах по ряду параметров оперативнее, чсч при обычных приемах управления, привести функционагьнсе состояние растения в допусковую зону, т,е, нормализовать параметры расте10 ния, По сравнению с извес гными способами, предлагаемый способ позволяет повысить продуктивность растений в 2 — 3 раээ, а также полнее раскрыть потенциальные воз15 мсжности растения. (56) Судаченко В.Н, и др. Механизация и автоматизация работ в защищенном грунте.

Л,; Колос, 1982, с, 76 — 146.

20 дают базовые величины параметров функционального состояния культивируемого растения, регистрируют параметры текущего функционального состояния культивируемого растения и сравнивают базовые и текущие величины упомянутых параметров и по результату сравнения корректируют величины значений соответ30 ствующих заданных базовых параметров, 2. Способ по п,1, отличающийся тем, ч-,о дополнительно регистрируют физические параметры внешней среды.

3. Способ пс п.1, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют химические параметры воздушной среды модульного сооружения.