一種蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法
【專利說(shuō)明】
[0001](一)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于生物發(fā)酵處理蔬菜廢棄物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法。
[0002](二)
【背景技術(shù)】
隨著我國(guó)蔬菜種植面積的增加，蔬菜廢棄物日益增多，種植廢棄物已成為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題之一。蔬菜溫室、大棚，每年產(chǎn)生大量蔬菜殘茬、雜草和拔除的病株等種植廢棄物，往往都是隨手丟棄、堆放在棚室外面，蔬菜廢棄物含水量高、容易腐爛，孽生蚊蠅害蟲(chóng)和病菌等。種植廢棄物中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，作為廢棄物丟棄，不但污染環(huán)境，還會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)。
[0003]蔬菜廢棄物的發(fā)酵是一個(gè)滯后的、非線性的復(fù)雜過(guò)程。在各項(xiàng)測(cè)量與控制指標(biāo)中，溫度是發(fā)酵效果的關(guān)鍵因素之一。因此，微生物的發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)多輸入多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的控制方法決定了控制效果，影響蔬菜廢棄物的發(fā)酵反應(yīng)。對(duì)于模糊控制方法雖然能克服一部分控制中的問(wèn)題，但還存在一些不足需要優(yōu)化。模糊控制的核心是模糊規(guī)則知識(shí)庫(kù)，一般的專家經(jīng)驗(yàn)制定的模糊規(guī)則庫(kù)顯然不能應(yīng)對(duì)蔬菜廢棄物發(fā)酵這種復(fù)雜的多變量系統(tǒng)。因此需要更加優(yōu)化的控制方法來(lái)解決此類問(wèn)題。
[0004](三)

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種適用于對(duì)蔬菜廢棄物發(fā)酵的過(guò)程中的溫度調(diào)節(jié)控制的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)采集發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部數(shù)據(jù)，得到輸入變量和輸出變量；(2)將上述輸入變量和輸出變量通過(guò)設(shè)定的模糊集合與隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊化，然后應(yīng)用矩陣半張量積理論把通過(guò)模糊辨識(shí)之后產(chǎn)生的模糊規(guī)則表示成邏輯形式，并作為模糊規(guī)則庫(kù)；(3)將模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行整理優(yōu)化，進(jìn)行半張量積的矩陣運(yùn)算和最小入度化簡(jiǎn)，得出結(jié)構(gòu)矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關(guān)系；(4)對(duì)步驟(I)中采集的輸入數(shù)據(jù)先進(jìn)行模糊化處理，然后通過(guò)步驟(3)得出的結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行模糊推理，得到推理輸出變量，將輸出變量進(jìn)行解模糊化計(jì)算即為實(shí)際控制輸出參數(shù)；(5)上述實(shí)際控制輸出參數(shù)控制輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0006]其中，所述輸入變量包括測(cè)量溫度與適宜溫度的比較值，測(cè)量溫度與適宜溫度的差值，實(shí)際溫度的變化趨勢(shì)，實(shí)際溫度的變化率。
[0007]上述輸入變量通過(guò)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置的溫度傳感器測(cè)量點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)酵反應(yīng)的溫度而得到。
[0008]其中，輸出變量包括冷熱水的切換方式，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，水媒介流量控制的閥門(mén)開(kāi)度。
[0009]所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括冷熱水的切換器，發(fā)酵反應(yīng)器的攪拌機(jī)和控制水媒介流量的閥門(mén)。
[0010]上述步驟(3)中，將輸入變量和輸出變量經(jīng)模糊辨識(shí)后，轉(zhuǎn)化為邏輯的代數(shù)表達(dá)式的形式，模糊規(guī)則庫(kù)所反映的輸入輸出模糊關(guān)系轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)矩陣的形式。
[0011]上述步驟(4)中計(jì)算輸出變量時(shí)，將結(jié)構(gòu)矩陣通過(guò)半張量積運(yùn)算合并，運(yùn)用JD解模糊法解決多個(gè)輸出變量耦合的問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明首先根據(jù)蔬菜廢棄物發(fā)酵溫度的影響因素分析，設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為冷熱水的切換器，發(fā)酵反應(yīng)器的攪拌機(jī)和控制水媒介流量的閥門(mén)。溫度由發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部的溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，分析溫度的高低，差值，變化趨勢(shì)，變化率。將測(cè)量溫度的分析變量作為本發(fā)明控制的輸入變量，將執(zhí)行器的各個(gè)操作參數(shù)作為輸出變量。基于模糊理論，將輸入變量和輸出變量設(shè)定模糊集合與對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)。
[0013]然后基于現(xiàn)代數(shù)學(xué)中的矩陣半張量積理論，把通過(guò)模糊辨識(shí)之后產(chǎn)生的模糊規(guī)則表示成邏輯形式，由此模糊規(guī)則庫(kù)轉(zhuǎn)化為關(guān)于輸入變量和輸出變量的代數(shù)表達(dá)式，即的形式。代數(shù)表達(dá)式中的結(jié)構(gòu)矩陣M由模糊辨識(shí)后的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行半張量積運(yùn)算所得。在建立結(jié)構(gòu)矩陣的過(guò)程中會(huì)遇到以下兩個(gè)問(wèn)題:
1、由于蔬菜廢棄物發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，所需的輸入輸出數(shù)據(jù)十分龐大，采集的信息不完備，產(chǎn)生的模糊辨識(shí)后的模糊規(guī)則并不完全。造成結(jié)構(gòu)矩陣的某些“列”無(wú)法確定。
[0014]2、由于蔬菜廢棄物發(fā)酵溫度測(cè)量的誤差，輸入輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生的模糊辨識(shí)后的模糊規(guī)則會(huì)產(chǎn)生不一致的現(xiàn)象。同一條規(guī)則產(chǎn)生不同的可能性。
[0015]對(duì)此本發(fā)明的解決辦法是將不確定的結(jié)構(gòu)矩陣中的列設(shè)為“*”，在半張量積結(jié)構(gòu)矩陣運(yùn)算中通過(guò)最小入度算法化簡(jiǎn)。將不一致的規(guī)則根據(jù)其模糊辨識(shí)后的次數(shù)進(jìn)行取舍。
[0016]最后，將基于半張量積理論建立的結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行合并，整合為一個(gè)總的輸入輸出關(guān)系表達(dá)式。并運(yùn)用解模糊方法中的JD (Jointed Defuzzificat1n)法，以解決多變量解耦的問(wèn)題。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明針對(duì)微生物發(fā)酵的特殊復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)用矩陣半張量積理論，對(duì)蔬菜廢棄物發(fā)酵的溫度進(jìn)行了模糊優(yōu)化控制；解決了一般的專家經(jīng)驗(yàn)制定的模糊規(guī)則庫(kù)不能應(yīng)對(duì)蔬菜廢棄物發(fā)酵這種復(fù)雜的多變量系統(tǒng)的問(wèn)題，提高了控溫的準(zhǔn)確性，提高了蔬菜廢棄物發(fā)酵效率。
[0018](四)
【附圖說(shuō)明】
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0019]圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0020]圖中:測(cè)量溫度與適宜溫度的比較值，:測(cè)量溫度與適宜溫度的差值，:實(shí)際溫度的變化趨勢(shì)，:實(shí)際溫度的變化率。:冷熱水的切換方式，:攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，:水媒介流量控制的閥門(mén)開(kāi)度。
[0021](五)
【具體實(shí)施方式】
附圖為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例。該實(shí)施例步驟為:
I)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置的溫度傳感器測(cè)量點(diǎn)測(cè)量發(fā)酵反應(yīng)的實(shí)時(shí)溫度，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。得出測(cè)量溫度與適宜溫度的比較值，測(cè)量溫度與適宜溫度的差值，實(shí)際溫度的變化趨勢(shì)，實(shí)際溫度的變化率，冷熱水的切換方式，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，水媒介流量控制的閥門(mén)開(kāi)度。
[0022]2)將輸入變量的數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)定的模糊集合與隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊化，然后應(yīng)用矩陣半張量積理論表示成邏輯形式，作為模糊規(guī)則庫(kù)。
[0023]3)將模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行整理優(yōu)化，進(jìn)行半張量積的矩陣運(yùn)算和最小入度化簡(jiǎn)，得出結(jié)構(gòu)矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關(guān)系。
[0024]4)當(dāng)有輸入數(shù)據(jù)時(shí)，先進(jìn)行模糊化處理，然后通過(guò)得出的結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行模糊推理。輸出的推理結(jié)果進(jìn)行解模糊化計(jì)算即為實(shí)際控制輸出。
[0025]5)得出的控制輸出參數(shù)，，分別控制切換器，攪拌機(jī)，閥門(mén)。以達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部溫度的效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)采集發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部數(shù)據(jù)，得到輸入變量和輸出變量；(2)將上述輸入變量和輸出變量通過(guò)設(shè)定的模糊集合與隸屬度函數(shù)進(jìn)行模糊化，然后應(yīng)用矩陣半張量積理論把通過(guò)模糊辨識(shí)之后產(chǎn)生的模糊規(guī)則表示成邏輯形式，作為模糊規(guī)則庫(kù)；(3)將模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行整理優(yōu)化，進(jìn)行半張量積的矩陣運(yùn)算和最小入度化簡(jiǎn)，得出結(jié)構(gòu)矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關(guān)系；(4)對(duì)步驟(I)中采集的輸入數(shù)據(jù)先進(jìn)行模糊化處理，然后通過(guò)步驟(3)得出的結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行模糊推理，得到推理輸出變量，將輸出變量進(jìn)行解模糊化計(jì)算即為實(shí)際控制輸出參數(shù)；(5)上述實(shí)際控制輸出參數(shù)控制輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述輸入變量包括測(cè)量溫度與適宜溫度的比較值，測(cè)量溫度與適宜溫度的差值，實(shí)際溫度的變化趨勢(shì)，實(shí)際溫度的變化率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述輸入變量通過(guò)發(fā)酵反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置的溫度傳感器測(cè)量點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)酵反應(yīng)的溫度而得到。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述輸出變量包括冷熱水的切換方式，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速，水媒介流量控制的閥門(mén)開(kāi)度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括冷熱水的切換器，發(fā)酵反應(yīng)器的攪拌機(jī)和控制水媒介流量的閥門(mén)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述步驟(3)中，將輸入變量和輸出變量經(jīng)模糊辨識(shí)后，轉(zhuǎn)化為邏輯的代數(shù)表達(dá)式的形式，模糊規(guī)則庫(kù)所反映的輸入輸出模糊關(guān)系轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)矩陣的形式。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述步驟(4)中計(jì)算輸出變量時(shí)，將結(jié)構(gòu)矩陣通過(guò)半張量積運(yùn)算合并，運(yùn)用JD解模糊法解決多個(gè)輸出變量耦合的問(wèn)題。
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物發(fā)酵處理蔬菜廢棄物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種蔬菜廢棄物發(fā)酵的半張量積溫度控制方法。本發(fā)明針對(duì)微生物發(fā)酵的特殊復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)用矩陣半張量積理論，對(duì)蔬菜廢棄物發(fā)酵的溫度進(jìn)行了模糊優(yōu)化控制，通過(guò)將輸入變量和輸出變量進(jìn)行模糊化，然后應(yīng)用矩陣半張量積理論表示成邏輯形式，作為模糊規(guī)則庫(kù)；將模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行整理優(yōu)化，進(jìn)行半張量積的矩陣運(yùn)算和最小入度化簡(jiǎn)，得出結(jié)構(gòu)矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關(guān)系；并通過(guò)對(duì)輸入變量進(jìn)行模糊化處理，然后由結(jié)構(gòu)矩陣進(jìn)行模糊推理，得到推理輸出變量，將輸出變量進(jìn)行解模糊化計(jì)算即為實(shí)際控制輸出參數(shù)來(lái)控制輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
【IPC分類】G05D23/30
【公開(kāi)號(hào)】CN104898739
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510165144
【發(fā)明人】王佐勛, 劉鵬
【申請(qǐng)人】齊魯工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日