基于能量角度的植物工廠優化控制分析

孫聰

摘? ?要：將圍繞通量、信息流的選擇與建立進行闡述，注重植物工廠溫度的最優控制模型的研究，加強非線性規劃兩點邊值的問題分析，并整合仿真試驗與結果，有效地實現對植物工廠環境的控制，將植物工廠運行成本充分考慮在內，逐步優化植物工程以及作物系統，從而為后續研究工作的順利進行奠定基礎。

關鍵詞：能量角度;植物工廠;優化控制

隨著現代化科學信息技術的不斷發展，植物工廠的興起為完善新型農業系統提供了技術支撐，依托相關機械設備的優勢監測農作物的生存環境，可以有效地提升農業資源的利用率，減少了人力、物力、財力資源的消耗，有效地實現了經濟效益與社會效益相統一。

1? ? ?通量、信息流的選擇與建立研究

1.1? ?植物工廠與作物之間的關系

植物工廠模型具有差異性，基于能量角度的植物工廠優化控制與整體平衡關系具有相似性。其中，植物工廠與作物中的能量平衡關系是連接控制變量與外界環境變量，整合植物工廠內部以及植物工廠外部因素，保證植物工廠與作物系統的完整性。將容量變量、植物工廠存儲的與能量相關的容量信息、作物保存的與質量相關的容量信息、通量等相關的樹立信息進行完善。在前期需要分辨內部設備轉移到植物工廠的通量以及植物工廠轉移到內部設備的通量。在植物工廠與作物能量平衡關系中，需要明確植物工廠內部設備控制信息，主要涉及二氧化碳等設備的控制信息、加溫加熱等植物工廠的實際操作信息、門窗開閉等植物工廠外部設備控制信息等。此外，還要注重植物工廠對內部以及溫度、濕度等狀態信息考慮在內，植物本身的狀態信息在植物工廠與作物中的能量平衡關系中處于關鍵環節。在對作物信息進行質量判斷過程中，要實時地監測作物。同時，植物工廠與作物之間的關系一定程度上受到外界環境與內部設備的運行情況有關，要注重監測風速以及濕度。

1.2? ?植物工廠系統中通量的平衡關系

植物工廠作物系統中，主要包括植物工廠存儲與能量相關的容量信息，關于時間的倒數以及作物保存的與質量相關的容量信息，關于時間的倒數，分別用I工廠以及I作物進行表示，其中W工廠-工廠表示的是植物工廠狀態變量的影響下工廠的變化量，W作物-作物表示的是植物工廠狀態變量的影響下作物本身的變化量。當W工廠-作物出現在I工廠以及I作物公式中，W工廠-工廠將主要涉及光合作用、土壤水分含量等眾多因素。其中強度變量主要包括壓力以及溫度，此時得出完整的植物工廠、作物的強度變量。在植物工廠系統中通量的平衡關系中，影響通量變化的因素主要有強度變量，在實際系統建模環節中，需要把握好能量與質量的關系，并得出容量變量與強度變量之間的變化公式，其中矩陣代表為容量系數，此時的單位設置為E，將K代表為系統中的強度變量。逐步完善容量變量以及強度變量之間的關系，得出具體的函數關系。

2? ? ?植物工廠溫度的最優控制模型

植物工廠溫度的最優控制模型設計環節中，需要充分結合多種方面對其進行考慮，其中將發揮數字模型的優勢，計算出數字成本的最大值以及最小值，并獲得具體的函數關系。同時，在實際植物工廠溫度的最優控制模型設計環節中，要充分結合植物工廠的實際利益，此時的收益與成本函數之間的關系呈現正相關，為了提升植物工廠的利益需要將其成本函數設定為最大值，并計算出植物工廠所獲得的收益。為了保證計算收益結果的準確性，要將單位面積作物的干質量以及單位時間、單位作物的干質量關于時間的倒數進行科學的測量，分別用T、T1表示。同時，還要整合植物工廠的環境溫度以及外界溫度，分別用Y、Y1表示。此外，在植物工廠溫度最優控制模型的構建環節中，需要整合植物工廠加熱系統單位面積的熱量輸入情況，保證計算結果的準確性[1]。

在建立植物工廠溫度的最優控制模型環節中，要科學地分析作物質量與光照度以及溫度之間的關系，使之呈現正相關。同時，還要充分結合植物工廠的實際情況出發，加強對外部溫度的實時監測力度，并整合植物工廠的溫度數據信息，為了保證熱量輸入結果的準確性，需要優化植物工廠加熱系統，保證處于正常運行狀態，并將熱量輸入設定為P。在植物工廠溫度最優控制模型過程中，其主要目的是提升作物質量，此時，要求相關設計人員提升植物工廠的溫度，保證光照的充足。但在實際提升植物工廠溫度環節中，要求設計人員要做好前期準備工作，針對植物工廠實際情況適當調整溫度，防止因為溫度上升過快造成不必要的能源消耗，有利于實現經濟效益與社會效益相統一。同時還需注意的是，在對植物工廠進行升溫環節中，要保證升溫環節與光照同時進行，不可單獨進行，植物需要在有光照環境下生存，若單純地進行加熱，將不能對植物產生任何作用[2]。

3? ? ?非線性規劃兩點邊值問題分析

在進行非線性規劃兩點邊值問題分析環節中，需要結合植物工廠溫度的最優控制模型設計，注重加強溫度控制環節，不斷優化最優控制問題，有利于保證非線性規劃兩點值計算結果的準確性，在非線性規劃兩點邊值的方程式中，將線性函數設定為N，等式約束函數以及不等式約束函數設定為Z、C，為了保證非線性規劃兩點邊值計算結果的真實性，需要將其轉化為最優控制問題進行解決，并將非線性等式約束的工質范圍進行科學的界定，通常設定在0～20之間。

4? ? ?仿真試驗與結果分析

在進行仿真試驗與結果分析環節中，需要借助Matlab軟件優勢，為了保證仿真試驗結果的準確性，需要技術人員對其進行全天候的實時監測。其中，在進行仿真試驗與結果分析環節中，利用非線性規劃兩點邊值的計算公式進行仿真試驗，在試驗中可以發現，變量值出現逐漸下降的趨勢。在光照度、室外溫度與加熱量隨時間的變化曲線中可以看出，在相關控制器控制環節中，要科學地分析加熱量與光照溫度以及外界溫度之間的關系，要根據植物工廠實際運行情況適當地調節加熱量、光照溫度以及外界溫度，保證熱量處于最大值時，光照溫度處于最佳區間。同時，為了節約植物工廠生產成本，在加熱植物工廠時，要保證與光照同步進行，有利于提升植物工廠的經濟效益，從而減少能源的消耗。在狀態變量隨時間的變化曲線中可以發現，狀態變量與時間之間的關系呈現正相關，當狀態變量處于最大值時，其時間也處于最大值，此時為了保證觀測結果的真實性，要實時地監測控制器的控制過程，保證作物的干質量呈現逐漸上升的狀態，此時植物工廠運行成本最小，有利于提升自身經濟效益[3]。

5? ? 試驗結論研究

基于能量角度的植物工廠優化控制分析環節中，要根據植物工廠實際情況出發，逐步完善作物系統，從而提升能量系統模型建構的準確性。在研究試驗結果中，研究各個通量之間的平衡關系，在仿真試驗環節中，充分借助最優控制問題解決優勢。為了提升作物質量，需要科學地計算植物工廠的運行成本，將能源消耗降到最低，優化植物工廠溫度以及光照條件，結合Matlab軟件平臺實時觀察植物工廠運行情況，從而提升植物工廠的社會價值。

6? ? ?結語

此次研究是充分結合植物工廠環境實際情況所開展的，基于能量角度的植物工廠優化控制分析通過建立平衡關系的方式建立數字動態模型，整合不同的環境因子，依托非線性規劃方法優勢減少植物工廠的運行成本，從而有利于提升農作物品質。

參考文獻

[1]楊澤文，賈鶴鳴，宋文龍，等.基于能量角度的植物工廠優化控制[J].江蘇農業科學，2018（14）

[2]張浩偉.基于智能控制和云平臺技術的遠程植物工廠系統研究[D].天津工業大學，2017

[3]孫爽.植物工廠中光照效率提升途徑簡述[J].中國照明電器，2016（12）

（責任編輯? 禾初）