本文關(guān)鍵詞：基于模糊理論的豬舍環(huán)境適應(yīng)性評價及調(diào)控模型研究　出處：《東北農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著人們對豬肉及其產(chǎn)品需求的逐漸增加,規(guī)模化、集約化的養(yǎng)豬生產(chǎn)發(fā)展迅速。在規(guī)�；B(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(guān)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)境控制己引起各方面的廣泛關(guān)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、光照、通風(fēng)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(guān)環(huán)境控制研究動態(tài)的基礎(chǔ)上,以模糊理論為基礎(chǔ),針對豬舍多環(huán)境因子適應(yīng)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。具體涉及豬舍多環(huán)境因子適應(yīng)性綜合評價模型,豬舍環(huán)境熱交換模型,含濕量模型,通風(fēng)量模型,氨氣濃度預(yù)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(fēng)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(xué)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(chǔ),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(quán)重向量,對各環(huán)境因子隸屬關(guān)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(jié)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(jié)果更為合理,符合豬生長所需的復(fù)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(fēng)量模型;給出了氨氣揮發(fā)的機理模型,基于模糊自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANFIS)建立了舍內(nèi)氨氣濃度預(yù)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(guān)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(yù)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(fēng)量模型,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(fēng)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(jié)果進行了驗證,驗證結(jié)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(chǔ)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(jié)構(gòu)。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(chǔ)上以除濕、降低有害氣體含量的通風(fēng)調(diào)控,因此,建立的調(diào)控模型結(jié)構(gòu)包括溫度控制系統(tǒng)和通風(fēng)控制系統(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(yīng)性評價結(jié)果,分別建立溫度模糊控制器和通風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(guān)系;確定通風(fēng)模式下,溫度變化與不同通風(fēng)量之間的關(guān)系;從而確定溫度模糊控制與通風(fēng)模糊控制之間的補償系數(shù)D,解決寒冷冬季通風(fēng)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(yīng)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(yīng)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(jié)果表明,豬舍溫度仿真與實測溫度相差1oC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(chǔ)模型。加入補償系數(shù)D的溫度控制及通風(fēng)控制模型,通過與實測數(shù)據(jù)比較,溫度與設(shè)定值最大偏離誤差為0.61oC,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(shè)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(shè)定值12ppm,能夠很好地滿足豬舍氨氣濃度控制要求。因此,本研究建立的基于模糊集理論的豬舍環(huán)境適宜性評價方法,豬舍環(huán)境小氣候模型及調(diào)控模型,可以為豬舍環(huán)境控制提供可行的參考。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S828;S818.9

【參考文獻】

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