基于CFD的豬舍小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、大型豬舍隨著我國養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展而被廣泛采用，大型豬舍內(nèi)的小氣候環(huán)境有所差異，影響部分豬只健康。豬舍內(nèi)小氣候環(huán)境具有非線性的特點，傳統(tǒng)豬舍的風(fēng)機-濕簾通風(fēng)控制系統(tǒng)對于豬舍內(nèi)小氣候環(huán)境的調(diào)節(jié)速度慢，控制精度低，不能有效解決豬舍內(nèi)小氣候環(huán)境差異問題。
　　針對大型豬舍存在小氣候環(huán)境不均一、環(huán)境模型非線性、環(huán)境信息采集節(jié)點有限等問題，本文提出一種基于CFD（Computational Fluid Dynamics，計算流體動力學(xué)）的豬舍

2、小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將豬舍微控制器與監(jiān)控室計算機相結(jié)合，利用模糊控制技術(shù)和CFD技術(shù)，控制風(fēng)機和濕簾的運行，將豬舍內(nèi)的小氣候環(huán)境（溫度、濕度）穩(wěn)定在豬只適宜的范圍之內(nèi)，同時豬場工作人員可以在監(jiān)控室計算機上以三維圖形的形式監(jiān)測豬舍中每個位置的溫度信息，實時了解豬舍內(nèi)的環(huán)境情況。本文的主要工作將從以下5個方面進行：
　　（1）豬舍小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)方案設(shè)計。豬舍小氣候環(huán)境控制具有較大的時滯、時變的特點，所以選取模糊控制策

3、略；因為溫度與濕度控制存在耦合關(guān)系，設(shè)計解耦控制器；根據(jù)豬舍溫度場CFD仿真的要求與豬舍的位置結(jié)構(gòu)，設(shè)計傳感器布置方案；根據(jù)監(jiān)控室與豬舍之間的距離短與數(shù)據(jù)大的特點，選擇以太網(wǎng)通信；監(jiān)控室計算機可以接收豬舍內(nèi)采集的環(huán)境信息，并利用 CFD技術(shù)仿真豬舍的溫度場，以三維圖形的形式顯示。
　?。?）豬舍小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。由于豬舍內(nèi)溫度場 CFD仿真需要獲得豬舍內(nèi)的邊界條件，所以在豬舍中間和濕簾處各設(shè)計1個溫濕度采集節(jié)點，在豬

4、舍風(fēng)機處設(shè)計2個風(fēng)速采集節(jié)點；微控制器通過接觸器對6臺風(fēng)機進行開關(guān)控制，通過變頻器對其他2臺風(fēng)機進行轉(zhuǎn)速控制，通過電磁閥對6個濕簾進行開關(guān)控制。根據(jù)數(shù)據(jù)采集節(jié)點和被控對象的數(shù)量，該系統(tǒng)選用STM32作為微控制器，將采集到的各種環(huán)境信息發(fā)送至監(jiān)控室計算機，監(jiān)控室計算機利用這些信息對豬舍溫度場進行仿真。
　　（3）豬舍小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)仿真。本文系統(tǒng)仿真分為豬舍溫度場仿真和豬舍小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)仿真。為了驗證溫度場仿真的準確性

5、，在仿真出的溫度場中選取30個點，在相同條件下實際測量豬舍內(nèi)溫度值，對兩者進行比較分析；設(shè)計溫度與濕度的模糊控制器，利用階躍響應(yīng)法進行控制模型簡化和辨識，根據(jù)前饋補償解耦法設(shè)計解耦器，在Simulink上搭建控制系統(tǒng)并仿真，驗證本文控制方法的可行性。
　?。?）豬舍小氣候環(huán)境模糊控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。在豬舍微控制器上設(shè)計溫濕度、風(fēng)速采集和模糊控制程序；為了在監(jiān)控室計算機上實時顯示豬舍內(nèi)環(huán)境信息，進行監(jiān)控室計算機監(jiān)測平臺設(shè)計，對CFD仿

6、真軟件進行二次開發(fā)，開發(fā) CFD仿真軟件與圖形用戶界面的接口，并將 CFD仿真結(jié)果進行加權(quán)平均后發(fā)送至微控制器，作為模糊控制器的一個輸入。
　?。?）豬舍現(xiàn)場試驗及結(jié)果分析。在豬舍實際環(huán)境下，進行豬舍內(nèi)溫度、濕度和風(fēng)速的采集測試，豬舍與監(jiān)控室之間以太網(wǎng)傳輸功能測試，豬舍溫度場仿真功能測試，豬舍小氣候環(huán)境控制系統(tǒng)測試。
　　實際應(yīng)用表明：該系統(tǒng)能將豬舍內(nèi)的溫度穩(wěn)定在21.00℃左右，絕對誤差0.50℃，能將濕度穩(wěn)定在65.00