江苏科技大学晋春获国家专利权
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龙图腾网获悉江苏科技大学申请的专利一种基于自适应控制向量参数化的温室环境控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116820158B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-28发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310899641.4,技术领域涉及:G05D23/20;该发明授权一种基于自适应控制向量参数化的温室环境控制方法是由晋春;暴琳;盖志强;黄炜嘉;邓小乔;张佳设计研发完成,并于2023-07-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于自适应控制向量参数化的温室环境控制方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于自适应控制向量参数化的温室环境控制方法,包括基于温室环境中约束条件构建一类温室环境动态约束优化的非线性最优控制问题,并将该问题转化为一类有限维参数的非线性规划NLP问题;基于控制向量参数化法,在“粗网格”固定时间网格节点上,融合针对不同约束条件的工程约束规则和罚函数方法对NLP问题进行求解;对“粗网格”固定时间节点进行自适应细分,构建新“精细化”时间网格节点;基于新“精细化”时间网格节点重新对NLP问题进行求解,直至满足终止条件停止求解,从而获得对NLP问题的最佳求解结果。本发明解决了现有技术中控制向量参数化法对动态优化控制问题求解过程中存在的计算效率低的问题。
本发明授权一种基于自适应控制向量参数化的温室环境控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于自适应控制向量参数化的温室环境控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤S1:基于温室环境中约束条件,构建一类温室环境动态约束优化的非线性最优控制问题;包括建立温室环境数学模型、定义变量、设计约束条件、建立以经济效益最优的单目标优化函数,其中: 定义变量:温室环境因子为状态变量x,包括温度、湿度和CO2浓度;加热操作、通风操作与CO2供给为控制变量u;室外环境因子为外部输入量d,包括空气温度、湿度、CO2浓度和太阳辐射强度; 约束条件包括显式约束条件和隐式约束条件,其中显式约束条件包括控制变量u取值范围约束和状态变量的路径约束,由等式或不等式方式描述,隐式约束是指温室工程中对控制变量执行动作的人为限制要求; 单目标优化函数:以经济利润,即作物经济收入减去能耗总成本,作为单目标优化函数J; 所述的温室环境的数学模型描述为: 1, 2, 3, 4; 式1-4中,t为时刻,作物生理作用的光合速率φphot,c[kgm-2s-1]、蒸腾速率φtransp,h[kgm-2s-1]分别为: 5, 6; 自然通风引起的室内空气热能传输Qvent,q[Wm-2]、水汽压质能传输φvent,h[kgm-2s-1]和CO2质能传输φvent,c[kgm-2s-1],分别为: 7, 8, 9; 来自太阳辐射的热能输入Qrad,q[Wm-2],为: 10; 将式1-4表示的温室环境的数学模型,描述为关于x、u、d、t的状态空间方程式: 11; 式11中,是nx维的温室环境系统状态变量;是nu维的控制变量,表征温室环境调控设施的动作;是nd维的外部气候输入量; 状态变量x、控制变量u、外部输入量d,分别为: ,,12; 式1-12中,Xd是温室作物的干物质,单位为kg·m-2;XT是室内空气温度,单位为℃;Xh是室内空气绝对湿度,单位为kg·m-3;Xc是室内CO2浓度,单位为kg·m-3;Uq是加热速率,单位为W·m-2;Uc是CO2供给率,单位为kg·m-2·s-1;Uv是特定通风率,单位为m·s-1;Vrad是室外太阳辐射强度,单位为W·m-2;VT是室外空气温度,单位为℃;Vc是室外CO2浓度,单位为kg·m-3;Vh是室外空气湿度,单位为kg·m-3; 步骤S2:基于控制向量参数化法,构建一类有限维参数的非线性规划NLP问题,先对控制时域[t0,tf]分段化,形成一组有限维的时间网格节点,即“粗网格”固定时间节点tk;在此“粗网格”固定时间节点下,控制变量被离散化成一组有限维的输入参数向量,从而将步骤S1中一类温室环境动态约束优化的非线性最优控制转化为一类有限维参数的非线性规划NLP问题; 步骤S3:基于控制向量参数化法,在固定时间网格节点tk上,融合针对不同约束条件的工程约束规则和罚函数方法,对步骤S2中NLP问题进行求解; 步骤S4:对步骤S3求解过程中产生的控制变量轨迹曲线,进行斜率分析,从而对步骤S2中的“粗网格”固定时间节点进行自适应细分,构建新的“精细化”时间网格节点; 步骤S5:返回步骤S3,基于新的“精细化”时间网格节点,重新对NLP问题进行控制向量参数化法求解; 步骤S6:循环执行步骤S4-S5,直至满足算法终止条件要求,以获取合适的“精细化”时间网格节点和对步骤S2中NLP问题的最佳求解结果。
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