基于模糊理論的豬舍環(huán)境適應性評價及調(diào)控模型研究.pdf

1、隨著人們對豬肉及其產(chǎn)品需求的逐漸增加，規(guī)?；⒓s化的養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展迅速。在規(guī)模化養(yǎng)豬生產(chǎn)中，無論是自然散養(yǎng)還是密閉式舍內(nèi)養(yǎng)殖，環(huán)境對豬的生長發(fā)育起著至關重要的作用，適宜的生長環(huán)境是優(yōu)良的遺傳特征得以實現(xiàn)的前提，同時可以有效地提高豬群的健康水平、繁殖能力及豬肉的產(chǎn)量，因此，養(yǎng)殖環(huán)境控制已引起各方面的廣泛關注。養(yǎng)殖環(huán)境是指對豬產(chǎn)生影響的所有非基因外部因素，主要包括:豬舍建筑樣式，養(yǎng)殖空間大小，豬舍內(nèi)的空氣溫度、濕度、有害氣體濃度、粉塵、細菌

2、、光照、通風等。由于豬舍內(nèi)各環(huán)境因子之間存在著非線性、時變性、多變量相互耦合的特性，使得豬舍環(huán)境評價及控制面臨很多困難，尤其是實現(xiàn)這些環(huán)境因素的智能化、精確化控制。為此，豬舍環(huán)境評價及控制對于解決養(yǎng)豬生產(chǎn)利益獲取及能耗投入之間的矛盾，具有很大的研究價值。
　　本文在綜述國內(nèi)外豬舍環(huán)境評價及調(diào)控方法、相關環(huán)境控制研究動態(tài)的基礎上，以模糊理論為基礎，針對豬舍多環(huán)境因子適應性評價方法、豬舍環(huán)境小氣候模型及調(diào)控模型進行研究。具體涉及豬舍多

3、環(huán)境因子適應性綜合評價模型，豬舍環(huán)境熱交換模型，含濕量模型，通風量模型，氨氣濃度預測模型，以豬舍環(huán)境溫度、濕度及氨氣濃度為調(diào)控對象的溫度調(diào)控模型及通風調(diào)控模型的建立，本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)豬舍環(huán)境特點確定豬舍環(huán)境監(jiān)測變量。以美國普渡大學動物研究及教育中心，豬舍環(huán)境研究建筑的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎，以豬舍環(huán)境控制標準為依據(jù)，選擇豬舍環(huán)境評價及調(diào)控因素。
　　(2)基于豬舍環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)及模糊集理論，建立豬舍多環(huán)境因子的

4、模糊綜合評價模型。評價模型是依據(jù)舍內(nèi)環(huán)境控制標準，建立豬舍內(nèi)溫度、濕度、氨氣濃度、二氧化碳濃度和硫化氫濃度的隸屬度函數(shù)，基于層次分析法，建立模糊評價的權重向量，對各環(huán)境因子隸屬關系進行模糊變換，根據(jù)最大隸屬度原則，得到豬舍環(huán)境適宜性綜合評價結果。與單因素評價方法相比，本文建立的多環(huán)境因子模糊綜合評價方法(FSE)，同時綜合考慮了多個環(huán)境因子，評價結果更為合理，符合豬生長所需的復雜環(huán)境要求。
　　(3)根據(jù)豬舍環(huán)境特點建立豬舍環(huán)境小

5、氣候模型，包括:根據(jù)能量平衡方程和質(zhì)量平衡方程建立舍內(nèi)環(huán)境熱交換模型、含濕量模型及通風量模型;給出了氨氣揮發(fā)的機理模型，基于模糊自適應神經(jīng)網(wǎng)絡(ANFIS)建立了舍內(nèi)氨氣濃度預測模型;對不同季節(jié)舍內(nèi)氨氣濃度與各環(huán)境因素的相關性進行了分析，確定了不同季節(jié)中豬舍內(nèi)氨氣濃度影響因素，對不同季節(jié)豬舍內(nèi)氨氣濃度進行了預測及驗證。
　　(4)對豬舍環(huán)境小氣候模型進行仿真及驗證。在Simulink中建立豬舍環(huán)境的熱交換模型、含濕量模型及通風量模

6、型，對豬舍環(huán)境小氣候模型中的舍內(nèi)溫度、濕度、氨氣濃度及通風量進行仿真，同時以豬舍內(nèi)實際監(jiān)測的環(huán)境數(shù)據(jù)為輸入，對仿真結果進行了驗證，驗證結果表明仿真模型與實測數(shù)據(jù)誤差較小，能夠作為環(huán)境控制的基礎模型。
　　(5)基于模糊控制理論及豬舍環(huán)境特點，提出豬舍環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)結構。溫度是豬舍環(huán)境的主要因素，所以在豬舍環(huán)境調(diào)控時首先考慮溫度調(diào)控，其次是在此基礎上以除濕、降低有害氣體含量的通風調(diào)控，因此，建立的調(diào)控模型結構包括溫度控制系統(tǒng)和通風控制

7、系統(tǒng)兩部分。
　　(6)建立不同季節(jié)的模糊控制規(guī)則。依據(jù)豬舍環(huán)境控制標準及環(huán)境適應性評價結果，分別建立溫度模糊控制器和通風模糊控制器，確定模糊控制輸入量、輸出量，對模糊控制變量進行模糊化、精確化處理，根據(jù)不同季節(jié)溫度和通風調(diào)控策略，建立模糊控制規(guī)則，實現(xiàn)不同季節(jié)豬舍環(huán)境調(diào)控。
　　(7)通過現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)確定溫度模糊控制與通風模糊控制之間的補償系數(shù)D。根據(jù)實測豬舍內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，確定加熱模式下，溫度變化與加熱控制之間的關系;確定通

8、風模式下，溫度變化與不同通風量之間的關系;從而確定溫度模糊控制與通風模糊控制之間的補償系數(shù)D，解決寒冷冬季通風與溫度控制之間的矛盾。通過實驗驗證表明本研究建立的豬舍環(huán)境調(diào)控模型可以實時地、精確地實現(xiàn)對豬舍環(huán)境的控制。
　　本論文以北方寒冷地區(qū)豬舍為研究對象，建立的基于FSE方法的豬舍環(huán)境適應性評價模型，與單因素評價模型相比較，可以對豬舍環(huán)境適應性做出綜合評價。對建立的豬舍環(huán)境小氣候模型進行仿真及驗證，結果表明，豬舍溫度仿真與實測溫

9、度相差1℃以內(nèi)，氨氣濃度最小相對誤差分別為0.0858，此環(huán)境模型可以較準確地模擬豬舍小氣候環(huán)境，作為環(huán)境控制的基礎模型。加入補償系數(shù)D的溫度控制及通風控制模型，通過與實測數(shù)據(jù)比較，溫度與設定值最大偏離誤差為0.61℃，舍內(nèi)溫度穩(wěn)定，非常好地達到了溫度控制目標;舍內(nèi)相對濕度偏離設定值最大為11.4％，其最大相對誤差沒有超出正常范圍（±25％），可以滿足豬舍濕度控制要求;豬舍氨氣濃度變化范圍為0.9ppm-1.6ppm，遠遠小于設定值12