Способ управления культивационным процессом в модульном сооружении закрытого грунта

(51)1 А 0109 26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным энакам(Уб) Лева АЮСысоев ЕС; Херузе Апександр(03)РЗ) Липов Андрей ЮрьевичОИ) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЙ КУЛЬТИВАЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ 1 МОДУЛЬНОМ СООРУЖЕЙИИ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА(7) Иотопьзоватме: в сельском хозактве, в чааности 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 утзавпения остаьными параметрами. 2 зл.ф-лы, 1 ил.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чин параметров, сравнение текущих величин указанных параметров с заданными режимами соответствующих граничных значений параметров, по результату которого осуществляю 1 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 культивационного сооружения и питател ьногб раствора. кроме того, задают периоды культивационного процесса для данного вида растений, а величины граничных значений соответствующего параметра на данном периоде формируют на основании изменения текущих значений соответствующего парамезра на предыдущих периодах культивационного процесса, при этом дополнительно регистрируют физические параметры внешней среды, а также регистрируют химические параметры воздушнои .рады в 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 комплект, ется из стандартных узлов, то заявленное соответствует критерию "промышленная применимость". Так как е результа 1 е использования данной совокупнссти пол"чается новый, более высокий эффект, то изобретение со тветствует критерию "изобретательскии уровень".Следуе; отметить, что состояние управляемого обьекта - модульного сооружения закрытоггрунта с Растениями - представляется в виде многомерного вектора, перемещающегося во времени, При этом в норлальных условиях это перемещениеосуществляется ойутри многомерного обьема, который предляется величинами граничных зр;.мс;тра Р ряде рзбот на примере до,;.: . ,;,н пк.:.д; дл;ритм управле 2001558ния с целью оптимизации состояния управляемого объекта, однако в данном случаерешается многомерная задача управленияс учетом оценки как параметров среды, таки параметров культивируемого растения. 5что позволяет дополнительно оценить соответствие выбранного режима управлениятекущему состоянию растения и в случаенесовпадения провести дополнительнуюкоррекцию режима управления. Известные 10способы управления предусматривали формальные режимы управления с жесткимипрограммами, в то время как в данном случае осуществляется корректировка этихпрограмм по отношению к объекту уп равления верхнего уровня - растению, изменяяпараметры обьекта управления нижнегоуровня - модульного сооружения, т. е, вданном случае ведется корректировка положения многомерного вектора, описывающего состояние культивируемого растенияпо положению многомерного вектора, описывающего состояние модульного сооружения, и наоборот, корректируется положениемногомерного вектора, характеризующего 25состояние растения по положению многомерного вектора, характеризующего состояние модульного сооружения, т, е, решаетсяновый класс задач, до этого не встречающийся на практике. 30На чертеже представлен алгоритм реализации способа, Он включает следующиеизмерительные и логические блоки:1 и 2 - соответственно блоки заданныхвеличин граничных значений и регистрации 35текущих величины физических параметроввнешней среды,3 и 4 - соответственно блоки заданныхвеличин граничных эначЕний и регистрациитекущих величин физических параметров 40среды культивационного сооружения.5 и б - соответственно задание величинграничных значений и регистрации. текущихвеличин питательного раствора и/или воздушной вреды культивационного сооружения,7 - 9 - соответствующие операции сравнения и выработки алгоритмов управления,10 и 11 - соответственно регистрациитекущего состояния и задания базовых величин параметров культивируемого растения.12 - операция сравнения соответствующих величин,13 - операция анализа результатов 55сравнения и выработки алгоритма коррекции,14 - формироядние базы данных по состоянию культивируемого растения на различных этдпдх его развития в соответствии с различными состояниями окружающейсреды.Следует отметить, что использовдниесочетания блоков 1, 2 и 7 возможно приналичии регулируемой внешнеи среды, т. е,двойного термостатировани. поскольку вобычных условиях теплиц используетсятолько блок 2. При работе блока 2 могутрегистрироваться различные параметры окружающей среды, например температура,сила и направление ветра, величина светового потока. ориентация теплицы и т, д. Приработе блока 4 могут регистрироваться пдоаметры культивационного сооружения -температура воздуха внутри его, вла,кностьвоздуха, 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 1-9 осуществляется сравнениеукаэанных регистрируемых величин с соответствующими режимами, заданными в блоках 1,3 и 5,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 сзаданными, а в блоке 14 формируется соответствующая база данных, позволяющая составить тот массив многомерных значений,который в дальнейшем используется для управления как модульным сооружением, таки растением,Способ управления осуществляют следующим образом.Задается вид культивируемого растения, Посредством блОка 3, 5 и 11, а принеобходимости и блока 1 задают исходныевеличины граничных параметров, Информация о текущих величинах регистрируемыхпараметров среды и растения поступает сблоком 2, 4, б и 10. В блоках 8 и 9, а принеобходимости и в блоке 1 осуществляетсясравнение информации о культивационномсооружении и вырабатывается алгоритм управления для поддержания этих параметров, При необходимости аналогичноеуправление осуществляется посредствомблока 7, например фотокамера на питательном средстве и т. д,Работа блоков 10-14 фактически представляют собой экспертную систему, в которой в наиболее простом вариантерегистсдцию параметров осуществляет че 2001558Да Нет ловек, но в более сложной конфигурациивозможно применение измерительных комплексов, Имеется и промежуточный вариант, позволяющий ряд параметров - тургор,проходимость растения и транспирацию измерить автоматически. а внешний вид оценивать визуально оператору системы,В качестве примера представлены несколько реальных ситуаций, имеющих местопри работе экспертной системы.Ситуация 1.Симптомы голодания проявляются на взлослых листьях ДаПовреждение распространенопо всему растению ДаРастения чахлые; светло-зеленые. цвет более старых листьевжелто-зеленый до желтого: наболее поздних стадиях листьявысыхают и становятся коричневымиРастения чахлые, нормальнотемно-зеленые, обычно с черенками, прикрепленными к стеблюпод острым углом; часть наблюдается красноватая илипурпурная пигментация, иногдау более старых листьев наступает хлороз НетТкань некротическая НетТкань не некро 1 ическая ДаОбщее огрубление растений,листья маленькие, тусклозеленые, стебли твердые; унекоторых растений на болеестарых листьях появляютсяпурпурно-коричневые пятна,Это сопровождается опадением листьев НетОбщее огрубление растений,листья маленькие, синеватозеленого цвета, стебли твердые;поздние листья могут скручиваться внутрь и покрыватьсянаростами, края листьев становятся коричневыми, затембледно-желтыми ДаВывод. Избыток ион-сульфата.Ситуация 2.Повреждение распространенопо всему растениюПовреждение местное (налистьях появляются пятна) ДаНа концах более старых листьевначинается хлороэ (побледнениелистьев в результате разрушения хлорофилла). Хлороэ распространяется между жилкамии сопровождается образованиемкоричневых пятен с после Нет Да Да дующим выпадением тканей,вследствие чего листьякажутся разорванными; листьяискривлены и скручены, что5 наиболее резко выражено наранних стадиях НетХлороз начинается между жилками более старых листьев илилистьев средних ярусов; листья10 становятся желтыми или почтибелыми, но жилки обычно остаются зелеными; отмираниелистьев не наблюдаютсяХлороз развивается на краях15 листьев и распространяетсямежду жилками, сопровождаяськоричневым некрозом и свертыванием концов листьев; опадение листев (повреждение20 сходно у многих растений спризнаками калийного голодания) ДаВывод: Избыток азота,С итуа ци я 3.Симптомы голодания прояв 25 ляются на взлослых листьях НетСимптомы голодания проявляются на молодых листьяхПовреждение распространенопо всему растению Нет30 Повреждение местное ДаТкань с некрозами (мертвыми участками)Хлороз начинается междужилками молодых листьев;35 листья становятся желтымиили белыми все жилки остаются зелеными, хлороз сопровождается появлением небольшихнекротических пятен Да40 Вывод: Недостаток марганца,Следует отметить, что все укаэанные ситуации имели место при текущих химических параметров питательного растворасоответствующих допустимым параметрам45 (по оценке регистрирующих методик, например определении концентрации методом проводимости),Анализ ситуации также позволяет сдепать заключение о необходимости проведе 50 ния измерения конкретной составляющейраствора, что дает возможность существенно упростить и удешевить систему,При этом во всех случаях блок 14 позволяет корректировать на основании банка55 данных о растении базовые величины, которые являются опорными для операции сравнения в блоке 12 и могут вырабатываться также, как "скользящие" средние по этапу развития растения или по предыдущим этапам(как следствие ряда экспериментов с раэ2001558 10 личными режимами и алгоритмами управления). Как уже указывалось. все параметры растения жестко завязаны с совокупностью внешних физических и химических параметрое,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 е 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 теМоите-Карло определять оптимальную динамнку изменения режимов, которая соотее 1 с 1 еует максимальной продуктиенос 1 и,хотя с точки зрения применяемого сейчас5 управления параметрами культиеационного сооружения такое регули, ование выходит за рамки общепринятых понятий,По сравнению с известными способамипредлагаемый способ позволяет повысить10 продуктивность растений в 2-3 раза, а также полнее раскрыть потенциальные воэможности растения,(56) 1; Авторское свидетельство СССР15 1508999 М кл. А 01 6 9/24, 1987 г.2, Авторское свидетельство СССР1521380 М кл, А 01 С 9/24, 1987 г,3, Авторское свидетельство СССР1544282 М кл, А 01 О 9/26 б 1988 г,20 4, Авторское свидетельство СССР155 б 584 М кл. А 01 6 9/18, 1988 г,5, Судаченко В, Н. и др. Механизация иавтоматизация работ в защищенном грунте,Л Колос, 1982, с, 76-146.25 6. Авторское свидетельство СССР1 б 90611 М кл, А 01 6 9/26. 1989 г. 30 кущие величины упомянутых параметров ипо результату сравнения корректируют работу механизмов изменения параметров культивационного 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 культиеационного 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 сре ды е модульном сооружении.Заказ 3136 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101