Способ управления культивационным процессом в модульном сооружении закрытого грунта

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в процессах управления режимами в закрытом фунте. 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.

(19) RÙ (11) 20 (51) $ A0109 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕБИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным энакам (21) 5026364/15 (22) 05.0392 (46) 30.10.93 Sea йе 39-40 (Уб) Лева АЮ„Сысоев ЕС; Херузе Александр(0$) (УЗ) Липов Андрей Юрьевич

ЯИ) СА0С06 УПРАВЛЕНИЯ КУЛЬТИВАЦ14ОННЫМ ПРОЦЕССОМ 8 МОДУЛЬНОМ COOPYNBOIN ЗАКРЫТОГО ГРУНТА (57) Испопьзоватме: в сельском хозактве, 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 удавления остмьными параметрами. 2 зл.ф-лы, 1 ил.

2001558

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

Известен способ управления культивационным процессом, включающий регистрацию функциональных параметров среды культиввцион ного 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.

Известен способ управления культивационным процессом, в процессе которого регистрируются величины физических параметров среды и концентрация углекислоты в воздухе, на основании которых поддерживается заданный уровень кислорода. в теплице.

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

Более совершенным является способ управления культивационным процессом в сооружении закрытого грунта, прй реализации которого регистрируют физические параметры внешней среды и внутренней среды сооружения, оптимизируют их поддержание в соответствии с фазой культивации, Недостатком укаэанного способа является невозможность оптимизации всех параметров, поскольку отсутствует информация о состоянии растений.

Известен способ управления культивационным 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 пп культивируемому растению не позволяет оптимизировать процесс выращивания данного растения, Наиболее близким к предлагаемому является 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 вели10

55 чин параметров, сравнение текущих величин указанных параметров с заданными режимами соответствующих граничных значений параметров, по результату которого осуществляю1 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, что задают базовые величины параметров функционального состояния культивируемого растения, регистрируют параметры функционального состояния культивируемого растения, сравнивают базовые и текущие величины указанных параметров и по результату сравнения корректируют работу механизмом изменения параметров культивацион ного сооружения и питател ьногб раствора. кроме того, задают периоды культивационног0 процесса для данного вида растений, а величины граничных значений соответствующего параметра на данном периоде формируют на основании изменения текущих значений соответствующего параме1ра на предыдущих периодах культивационного процесса, при этом дополнительно регистрируют физические параметры внешней среды, а также регистрируют химические параметры воздушно(л .рады 8 модульном сооружении.

Анализ патентной и технической информации показал, что предлагаемая совокупность неизвестна, что соответствует критерию "новизна". Поскольку результаты работь(макета системы, позволяющей реализовать способ, очень высоки, а сама система комплекi, å1ñÿ из стандартных узлов, то заявленное соответствует критерию

"промышленная применимость". Так как в результа1е использования данной совокупнссти пол"чается новый, более высокий эффект, то изобретение со« тветствует критерию "изобретательскии уровень".

Следуе; отметить, что состояние управляемого обьекта — модульного сооружения закрытог«грунта с растениями — представляется в виде многомерного вектора, перемещающегося во времени. При этом в ноС(лальн(лх условиях это перемещение осуществляется 6IIQTpvl многомерного обьема, который «пред(1ляется величинами гранич((,((«;10,.метро Р ряде работ на примере

flf(,, «; W:..((;ò « .ч(г(«к.:(.n. г(г«ритм управле2001558 ния с целью оптимизации состояния управляемого объекта, однако в данном случае решается многомерная задача управления с учетом оценки как параметров среды, так и параметров культивируемого растения. 5 что позволяет дополнительно оценить соответствие выбранного режима управления текущему состоянию растения и в случае несовпадения провести дополнительную коррекцию режима управления. Известные 10 способы управления предусматривали формальные режимы управления с жесткими программами, в то время как в данном случае осуществляется корректировка этих программ по отношению к объекту уп равле- 15 ния верхнего уровня — растению, изменяя параметры объекта управления нижнего уровня — модульного сооружения, т. е, в данном случае ведется корректировка положения многомерного вектора, описываю- 20 щего состояние культивируемого растения по положению многомерного вектора, описывающего состояние модульного сооружения, и наоборот, корректируется положение многомерного вектора, характеризующего 25 состояние растения по положению многомерного вектора, характеризующего состояние модульного сооружения, т. е. решается новый класс задач, до этого не встречающийся на практике. 30

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

1 и 2 — соответственно блоки заданных величин граничных значений и регистрации 35 текущих величины физических параметров внешней среды, 3 и 4 — соответственно блоки заданных величин граничных энэчЕний и регистрации текущих величин физических параметров 40 среды культивационного сооружения.

5 и 6 — соответственно задание величин граничных значений и регистрации. текущих величин питательного раствора и/или воздушной вреды культивационного сооруже- 45 ния, 7 — 9 — ".îîòâåòñòâóþùèå операции сравнения и выработки алгоритмов управления, 10 и 11 — соответственно регистрации текущего состояния и задания базовь<х ве- 50 личин параметров культивируемого растения.

12 — операция сравнения соответствующих величин, 13 — операция анализа результатов 55 сравнения и вь<работки алгоритма коррекции, 14 — формирование базы данных по состоянию культи <ируемого растения на различных этапа его развития в соответствии с различными состояниями окружающей среды.

Следует отметить, что использование сочетания блоков 1, 2 и 7 возмож«о при наличии регулируемой внешнеи среды, т. е, двойного термостэтировани . поскольку в обычных условиях теплиц используется только блок 2. При работе блока 2 могут регистрироваться различные параметры окружающей среды, например температура, сила и направление ветра, величина светового потока. ориентация теплицы и т. д, При работе блока 4 могут регистрироваться параметры культивационного сооружения— температура воздуха внутри его, вла;кность воздуха, температура и влажность почвы, величина освещенности и т. д.

При работе блока б могут регистрироваться любые химические параметры питательного раствора, например его рН, ко н центра ция и т, д.

В блоках 7-9 осуществляется сравнение укаэанных регистрируемых величин с соответствующими режимами, заданными в блоках1,3и5.

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 заданными, 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 блОка 3, 5 и 11, а при необходимости и блока 1 задают исходные вели <ины граничных параметров, Информация о текущих величинах регистрируемых параметров среды и растения поступает с блоком 2, 4, 6 и 10. В блоках 8 и 9, э при необходимости и в блоке 7 осуществляется сравнение информации о культивационном сооружении и вырабатывается алгоритм управления для поддержания этих параметров. При необходимости аналогичное управление осуществляется посредством блока 7, например фотокамера на питательном средстве и т. д.

Работа блоков 10-14 фактически представляют собой экспертную систему, в которой е наиболее простом варианте регистсацию параметров осуществляет че2001558

Да

Нет ловек, 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.

8 качестве примера представлены несколько реальных ситуаций, имеющих место при работе экспертной системы.

Ситуация 1.

Симптомы голодания проявляются на взлослых листьях? Да

Повреждение распространено по всему растению? Да

Растения чахлые. светло-зеленые. цвет более старых листьев желто-зеленый до желтого: на более поздних стадиях листья высыхают и становятся коричневыми?

Растения чахлые, нормально темно-зеленые, обычно с черенками, прикрепленными к стеблю под острым углом; часть наблюдается красноватая или пурпурная пигментация, иногда у более старых листьев наступает хлороз? Нет

Ткань некротическая? Нет

Ткань не некро1ическая? Да

Общее огрубление растений, листья маленькие, тусклозеленые, стебли твердые; у некоторых растений на более старых листьях появляются пурпурно-коричневые пятна.

Это сопровождается опадением листьев? Нет

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

В ы вод. Избыток ион-сульфата.

Ситуация 2.

Повреждение распространено по всему растению?

Повреждение местное (на листьях появляются пятна)? Да

На концах более старых листьев начинается хлороэ (побледнение листьев в результате разрушения хлорофилла). Хлороз распространяется между жилками и сопровождается образованием коричневых пятен с послеНет

Да

Да дующим выпадением тканей, вследствие чего листья кажутся разорванными; листья искривлены и скручены, что

5 наиболее резко выражено на ранних стадиях? Нет

Хлороз начинается между жилками более старых листьев или листьев средних ярусов; листья

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

Хлороз развивается на краях

15 листьев и распространяется между жилками, сопровождаясь коричневым некрозом и свертыванием концов листьев; опадение листев (повреждение

20 сходно у многих растений с признаками калийного голодания)? Да

Вывод: Избыток азота, Ситуация 3.

Симптомы голодания прояв25 ляются на взлослых листьях? Нет

Симптомы голодания проявляются на молодых листьях?

Повреждение распространено по всему растению? Нет

30 Повреждение местное? Да

Ткань с некрозами (мертвыми участками)?

Хлороз начинается между жилками молодых листьев;

35 листья становятся желтыми или белыми все жилки остаются зелеными, хлороз сопровождается появлением небольших некротических пятен? Да

40 Вывод: Недостаток марганца.

Следует отметить, что все укаэанные ситуации имели место при текущих химических параметров питательного раствора соответствующих допустимым параметрам

45 (по оценке регистрирующих методик, 4апример определении концентрации методом проводимости), Анализ ситуации также позволяет сдепать заключение о необходимости проведе50 ния измерения конкретной составляющей раствора, что дает возможность существенно упростить и удешевить систему, При этом во всех случаях блок 14 позволяет корректировать на основании банка

55 данных о растении базовые величины, которые являются опорными для операции сравнения в блоке.12 и могут вырабатываться так же, как "скользящие" средние по этапу развития растения или по предыдущим этапам (как следствие ряда экспериментов с раэ2001558 личными режимами и алгоритмами управления). Как уже указывалось. все параметры растения жестко завязаны с совокупностью внешних физических и химических параметроа.

Известны зависимости функционального состояния растения от внешних воздействующих на зто растение параметров как химических, так и физических, например связь химиэма процессов в растении с освещенностью, температурой, влажностью, т. е. по параметрам функционального состояния растения определяется необходимость изменения этих параметров и вырабатывается блоком 13 коррекции при работе блоков 4 и 6. Например, усваивание СО более интенсивно при высоком уровне освещенности, т, е. при выявлении по функциональному состоянию недостатка этого компонента происходит коррекция соответствующего управляющего алгоритма или совокупности алгоритмов, в комплексе позволяющих устранить укаэанное нарушение функциональной деятельности растения. Кроме того, оператор может вмешиваться а ход процесса управления изменения режимов и, например, методом

Формула изобретения

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КУЛЬТИВАЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ В МОДУЛЬНОМ

СООРУЖЕНИИ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА, включающий задание величины граничных значений физических параметров среды культивационного сооружения, а также параметров питательного раствора, регистрацию текущих величин укаэанных параметров, сравнение текущих величин с заданными величинами соответствующих граничных значений параметров, по результату которого осуществляют управление механизмами изменения параметров культивационного сооружения и питательного раствора, отличающийся тем, что задают базовые величины параметров функционального состояния культивируемого растения, регистрируют параметры функционального состояния культивируемого растения и сравнивают базовые и теМонте-Карло определять оптимальную динамику изменения режимов, которая соотае1с1аует максимальной продуктианос1и, хотя с точки зрения применяемого сейчас

5 управления параметрами культиаационного сооружения такое регулирование выходит за рамки общепринятых понятий, По сравнению с известными способами предлагаемый способ позволяет повысить

10 продуктивность растений в 2-3 раза, а также полнее раскрыть потенциальные воэможности растения. (56) 1.:Авторское свидетельство СССР

15 1508999 М кл. А 01 6 9/24, 1987 r.

2, Авторское свидетельство СССР

1521380 M кл. А 01 G9/24,,1987 г, 3, Авторское свидетельство СССР

1544282 М кл, А 01 G 9/26б 1988 r, 20 4. Авторское свидетельство СССР

1556584 М кл. А 01 G 9/18, 1988 г.

5. Судаченко В, Н. и др. Механизация и аа оматизация работ в защищенном грунте.

Л.. Колос, 1982, с, 76-146.

25 6. Авторское свидетельство СССР

1690611 М кл, А 01 G 9/26. 1989 г.

3р кущие величины упомянутых параметров и по результату сравнения корректируют работу механизмов изменения параметров культиаационного сооружения и питательного раствора.

35 2. Способ по п.1, стличающийся тем, что задают периоды культивационного процесса для данного вида растения, а величины граничных значений соответствующего параметра на данном периоде

40 формируют на основании изменения текущих значений соответствующего параметра на предыдущих периодах культиаационного процесса.

3. Способ по п,1, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют физические параметры внешней среды.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют параметры внешней сре50 pat e модульном сооружении.

2001558

Составитель А.Липов

Редактор M.Ñòðåëüíèêîâà Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Заказ 3136

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101