Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ современного состояния энергетической эффективности теплиц блочного типа и их энергозатрат на обеспечение температурного режима 11
1.1 Характеристика и классификация объектов защищенного грунта 11
1.2 Требования к температурному режиму объектов защищенного грунта 16
1.3 Анализ динамических характеристик и энергетической эффективности теплицы 19
1.4 Методы исследования динамических характеристик на основе идентификации 27
1.4.1 Исследование динамических характеристик теплицы на основе метода активной идентификации с помощью тестовых сигналов специальной формы 34
1.5 Постановка задач исследования 40
Выводы по главе 41
Глава 2 Синтез оптимальной системы управления температурным режимом теплицы 42
2.1 Разработка математической модели теплицы блочного типа как объекта с распределенными параметрами 42
2.2 Исследование теплицы на управляемость и наблюдаемость 60
2.3 Моделирование и синтез оптимальной системы управления температурным режимом 65
2.3.1 Требования к качеству переходного процесса канала управления «температура воздуха в теплице - температура теплоносителя» 65
2.3.2 Выбор закона управления и критерия оптимизации для температурного режима теплицы 67
2.4 Подготовка системы управления температурным режимом теплицы к процедуре идентификации 73
Выводы по главе 75
Глава 3 Определение точного математического описания оптимальной системы управления температурного режима теплицы на основе метода активной идентификации 76
3.1 Алгоритм идентификации САУ теплицы блочного типа 76
3.2 Исследование алгоритма идентификации на сходимость 78
3.3 Информационная технология идентификации передаточных функций 81
3.4 Использование результатов активной идентификации коэффициентов передаточных функций для контроля и диагностики системы управления теплицы 90
Выводы по главе 99
Глава 4 Экспериментальные исследования температурного режима блочной теплицы 100
4.1 Пассивный эксперимент по определению передаточной функции блочной теплицы в режиме обогрева 100
4.2 Исследование системы управления блочной теплицы в режиме нормальной эксплуатации 108
4.3 Моделирование и исследование температурного режима в теплице 116
4.4 Исследование динамических характеристик оптимальнойсистемы управления температурным режимом теплицы в среде MATLAB 120
Выводы по главе 126
Глава 5 Расчет технико-экономических показателей и энергетической эффективности теплиц 127
5.1 Расчет капитальных вложений 127
5.2 Определение годовых эксплуатационных затрат 13О
5.3 Сравнение показателей энергетической эффективности нового и базового варианта 13 4
5.4 Технико-экономическая оценка эффективности проектируемого технического решения 13 7
5.5 Показатели экономической эффективности капитальных вложений 138
5.6 Расчет чистого дисконтированного дохода 139
Выводы по главе 141
Основные выводы по работе 142
Список использованной литературы 144
Приложения 153
- Анализ динамических характеристик и энергетической эффективности теплицы
- Моделирование и синтез оптимальной системы управления температурным режимом
- Использование результатов активной идентификации коэффициентов передаточных функций для контроля и диагностики системы управления теплицы
- Исследование системы управления блочной теплицы в режиме нормальной эксплуатации
Введение к работе
Актуальность темы. Тепличное овощеводство защищенного грунта является энергоемкой отраслью сельскохозяйственного производства, причем наибольшую долю энергозатрат (90-96 %) составляет тепловая энергия, необходимая для обогрева теплиц.
Повышение урожайности овощных культур в теплицах при минимальных затратах энергии требует постоянного совершенствования систем автоматического управления (САУ) микроклиматом, причем среди всех параметров микроклимата наиболее ответственным является температурный режим (ТР).
Теплица, как управляемый объект по ТР, является нестационарным динамическим объектом с запаздыванием. Правильность выбора режимных и конструктивных параметров системы обогрева теплицы целесообразно оценивать на стадии проектирования САУ ТР с применением методов активной идентификации.
Известны работы ученых И.Ф. Бородина, Л.Г. Прищепа, В.И. Анискина, Н.Л. Гирныка, В.В. Выходца, В.Р. Крауспа, В.Н. Коновалова, И.И. Мартыненко, И.Э. Мильмана, В.М. Полищука, А.А. Рысса, Р.М.Славина, содержащие исследования, в которых рассматривались вопросы математического описания динамики процессов теплообмена сельскохозяйственных динамических объектов на основе методов идентификации. Широкое применение методов активной идентификации САУ ТР теплиц сдерживается недостаточными исследованиями, отсутствием методик и информационных технологий (ИТ) их реализации и выбора оптимального управления, обеспечивающего минимальные энергозатраты на обогрев.
В связи с этим разработка ИТ идентификации и выбора на её основе САУ с требуемыми параметрами ТР со сниженными энергозатратами на обогрев теплицы, является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение, решение которой направлено на повышение энергетической эффективности теплиц и в конечном итоге урожайности овощных культур.
Исследование соответствует Федеральной программе «Создание техники и энергетики нового поколения, формирование эффективной инженерно-технической инфраструктуры агропромышленного комплекса 2001-2005 гг.» и концепции, разработанной в соответствии с основными положениями энергетической стратегии России на период до 2020 г.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка ИТ активной идентификации для выбора оптимальной САУ ТР с наименьшими энергозатратами на обогрев теплицы.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
- разработать математическую модель теплицы как объекта управления температурным режимом;
- разработать структуру САУ температурным режимом теплицы по критерию снижения энергозатрат;
- разработать алгоритм идентификации САУ температурным режимом теплицы;
- разработать информационную технологию идентификации САУ температурным режимом теплицы;
- провести теоретические и экспериментальные исследования влияния конструктивных параметров системы обогрева на температурный режим теплицы, работоспособности САУ ТР теплицы при различных возмущающих воздействиях, алгоритма идентификации САУ ТР теплицы.
Объект исследования. Температурный режим теплицы.
Предмет исследования. Математическая модель теплицы, модель системы автоматического управления, алгоритмы и информационные технологии идентификации САУ ТР теплицы. Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использованы закон сохранения энергии, теория математического моделирования, теория автоматического управления, теория идентификации; теория программирования. Расчетно-теоретические исследования проведены посредством программ, разработанных автором в среде Matlab и Delphi. Основные положения, выносимые на защиту:
- математическая модель теплицы по каналу управления «температура теплоносителя - температура воздуха в теплице»;
- структура САУ ТР теплицы по критерию снижения энергозатрат;
- алгоритм активной идентификации САУ ТР теплицы;
- информационная технология идентификации САУ ТР теплицы;
- результаты исследования ТР, моделей теплицы и САУ ТР, алгоритма активной идентификации.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
- математическая модель теплицы в виде передаточной функции (ПФ) по каналу управления «температура теплоносителя - температура воздуха в теплице», построенная с учетом запаздывания и распределенности параметров системы обогрева в объеме теплицы;
- структура САУ с пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) законом регулирования, содержащая корректирующее устройство для обеспечения качества переходного процесса по ТР при снижении энергозатрат на обогрев теплицы;
- алгоритм идентификации САУ ТР теплицы с помощью тестовых сигналов в виде время-степенных функций с последовательным и автономным определением коэффициентов ПФ в реальном масштабе времени за один активный эксперимент;
- информационная технология идентификации САУ ТР теплицы, реализуемая с помощью оригинальной компьютерной программы IDOZ в среде Matlab; - результаты исследования влияния на температурный режим теплицы конструктивных параметров системы обогрева, работоспособности САУ ТР теплицы при различных возмущающих воздействиях и алгоритма идентификации.
Практическая ценность результатов работы состоит в разработке программы для исследования системы обогрева теплицы, в выборе структуры САУ ТР со сниженными энергозатратами на обогрев, информационной технологии идентификации САУ ТР сооружений защищенного грунта. Разработанные модели САУ ТР, алгоритма идентификации и информационной технологии могут быть использованы для контроля и диагностирования состояний системы управления в процессе эксплуатации.
Достоверность научных положений, выводов и результатов работы подтверждается применением корректного математического аппарата и современных методов исследования на основе интегрированных программных сред Matlab и Delphi.
Реализация результатов работы. Результаты исследований, полученные в диссертационной работе, приняты к внедрению в ГУСП совхоз «Алексеевский».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных технических конференциях «Методы и средства измерений» (Пенза, 2002 г.), «Измерения-2002» (Пенза, 2002 г.), «Идентификация систем и задачи управления» (Москва, 2003 г.), «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Судак, 2003 г.), «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа, 2003 г.), «Аграрная наука в 21 веке» (Уфа, 2003 г.), «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, ГНУ ВНИИЭСХ, 2006 г.), на 6-й, 7-й Всероссийских научно - технических конференциях «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Н. Новгород, 2002 г.), на ежегодных научно - технических конференциях профессорско-преподавательского состава Башкирского государственного аграрного университета в 2001-2006 гг.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи, 9 материалов конференций, 3 свидетельства РОСАПО о регистрации компьютерных программ для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка использованной литературы. Работа изложена на 219 страницах, содержит 57 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 100 наименований и 5 приложений.
В первой главе «Анализ современного состояния энергетической эффективности теплиц блочного типа и их энергозатрат на обеспечение температурного режима» представлена классификация объектов защищенного грунта, сформулированы требования к температурному режиму, сделана оценка динамических свойств и энергозатрат на обогрев теплиц, проведен анализ существующих математических моделей и методов идентификации динамических характеристик теплиц, предложен метод активной идентификации САУ ТР с помощью тестовых сигналов специальной формы.
Во второй главе «Синтез оптимальной системы управления температурным режимом теплицы» разработана и исследована математическая модель теплицы в виде ПФ по каналу управления «температура теплоносителя 0Г - температура воздуха в теплице 0В », выбрана структура САУ ТР теплицы и осуществлена подготовка САУ теплицы к процедуре идентификации.
В третьей главе «Определение точного математического описания оптимальной системы управления температурного режима теплицы на основе метода активной идентификации» разработан и исследован на сходимость алгоритм активной идентификации САУ температурным режимом с помощью время-степенных тестовых сигналов и разработана информационная технология реализации алгоритма идентификации для определения математической модели теплицы и системы управления с высокой точностью.
В четвертой главе «Экспериментальные исследования температурного режима блочной теплицы» с целью сравнения энергозатрат на обогрев теплицы с помощью синтезированной и реальной САУ ТР проведен пассивный эксперимент в действующей теплице совхоза «Алексеевский» Уфимского района РБ, проведено моделирование температурного режима в теплице и исследование оптимальной системы управления.
В пятой главе "Расчет технико-экономических показателей и энергетической эффективности теплиц" определен годовой экономический эффект предлагаемой системы управления для теплицы. Расчет эффективности проводился в соответствии с методикой экономической оценки средств электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства.
Анализ динамических характеристик и энергетической эффективности теплицы
Количественная оценка температурного режима необходима для определения формирования тепловых процессов и их анализа в теплице. Для описания тепловых процессов, а именно температурных полей, нужен соответствующий математический аппарат. При составлении математических уравнений основываются на физических законах: сохранения энергии, сохранения количества движения, сохранения массы. Для установления закономерностей формирования температурных полей используются, например, физические модели теплицы, исследование процессов на которых позволяет уже в ходе проектирования теплицы решить практически большинство задач по выбору оптимальной формы ограждения, формы и размещения тепловыделяющих элементов, систем отопления и вентиляции, схемы размещения датчиков температуры и влажности воздуха (рисунок 2). Метод исследования тепловых процессов с применением физических моделей основывается на теории подобия [4,5,15]. Анализ динамических характеристик теплиц проводится на основе математической модели.
Разработка математической модели теплицы блочного типа как объекта управления (ОУ) температурным режимом необходима для решения следующих задач [4]: 1) определение конкретного вида уравнения температурного поля 2) оптимизация теплового режима культивационного сооружения; 3) определение мощности системы обогрева, обеспечивающей заданное распределение температуры; 4) исследование алгоритмов идентификации; Вариант конструктивного исполнения физической модели теплицы ангарного типа 1 — покровные стекла торцевых стенок модели, 2, 3 и 4 — соответственно плоские, точечные и объемные электронагреватели; 5 — теплопроводящие стенки модели, 6 — теплоизолированные стенки модели, 7 — жидкость, имитирующая внешнюю среду постоянной температуры. где At(x,y)- значение теплопроводности в точке с координатами (х,_у)или удельная проводимость среды; и - температура или электрический потенциал. При равенстве At(x,y) уравнение (1.1) преобразуется в уравнение Лапласа: Подход электротеплового моделирования использован при разработке модели теплицы, описанный в книге Прищеп Л.Г. [1]. Моделирование проводилось по схеме, приведенной на рисунке 3.
При составлении электрической схемы звено «жидкость-трубы» не было учтено. Сравнение результатов электротеплового моделирования и проведенного эксперимента подтвердило правильность модели. Максимальное расхождение полученных кривых переходного процесса от экспериментальных составило 6%. Однако в данной модели на основе электрической схемы не отражено наличия запаздывания, что делает ее не пригодной для синтеза систем управления и исследования алгоритмов идентификации. В общем случае при исследовании процессов переноса теплоты используют систему уравнений, аналитическое решение которой получить невозможно и поэтому такую задачу решают численными методами. В известных работах, посвященных математическому моделированию теплицы как объекта управления температурным режимом (ОУТР) рассматривается: - теплица как ОУТР с сосредоточенными параметрами [16], для этого осуществляется переход от температур к тепловой мощности; - или используются методы конечно-разностной аппроксимации, позволяющие заменить систему с распределенными параметрами системой, состоящей из отдельных элементов с сосредоточенными параметрами [9,17]. В дальнейшем для анализа динамических характеристик теплицы используем понятие передаточной функции (ПФ). ПФ в полной мере отражает динамику исследуемого объекта. От динамических характеристик теплицы во многом будет зависеть качество температурного режима. На основании данных источника [9] можно сказать следующее: за время от высадки рассады до начала сбора урожая из - за увеличения зелёной массы постоянная времени теплицы Т возрастает в 1,1...1,3 раза, коэффициент передачи уменьшается в 1,5 раза, а запаздывание г увеличивается на 300...400 секунд. По проведенным экспериментальным исследованиям [1] ПФ для теплицы как ОУТР имеет вид
Моделирование и синтез оптимальной системы управления температурным режимом
В динамическом отношении теплица представляет собой звено второго порядка с достаточно большой инерционностью. Кроме того, имеется запаздывание в каналах измерения и управления, которое создает неблагоприятные с точки зрения управления динамические свойства. Теплица характеризуется как объект с изменяющимися параметрами, а именно подвергаются изменению в ходе эксплуатации следующие коэффициенты: коэффициент усиления к0 = [0,31...0,2], постоянная времени = [600...800], запаздывание г0 =[360...600]. Поэтому при разработке математической модели системы управления температурным режимом теплицы необходимо предусмотреть изменение этих параметров в указанных диапазонах с тем, чтобы реальная система управления была малочувствительной к изменению этих коэффициентов и соответственным образом реагировала на различные возмущающие факторы. Этим требованиям отвечает робастная система управления, структура которой показана на рисунке 24. Сформулируем требования, предъявляемые к системе управления с учетом снижения энергозатрат: - согласно агротехническим требованиям отклонение температуры воздуха не должно превышать 1-2 С. Это означает, что при средней температуре воздуха в теплице 20С перерегулирование не должно превышать 5%.
В дальнейшем для синтеза примем величину перерегулирования 2%; - из 1-го условия следует нежелательность колебательных процессов и равенство установившейся ошибки нулю; - система управления температурным режимом теплицы должна быть быстродействующей. Условие быстродействия необходимо для выведения объекта управления на требуемый температурный режим. Таким образом, из приведенных условий следует, что желаемый переходный процесс должен быть апериодическим, который удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям. Для управления температурным режимом теплиц на практике находят применение ПИД-регуляторы. В литературных источниках [56,57,58,59], отмечается, что, несмотря на свое широкое применение, ПИД-регуляторы в системах управления с запаздыванием не обеспечивают требуемого качества управления, поскольку в стратегии управления «правильный сигнал, поступающий для управления объектом с опозданием является ошибочным», вследствие чего может появиться неустойчивость динамического процесса.
Система управления температурным режимом теплицы должна быть синтезирована с учетом её нестационарности. Такому условию удовлетворяют робастные системы управления. Анализ литературных источников [60,61,62,63,64] показывает, что при синтезе систем управления для оценки качества переходных процессов используются различные методы и критерии, а именно: - частотные методы, при которых определяется показатель колебательности, оценка качества по логарифмическим частотным характеристикам; - корневые методы, при которых определяют область расположения корней характеристического уравнения; дается оценка переходных процессов по степени устойчивости, колебательности и максимальному удалению корня от мнимой оси; - интегральные критерии, с помощью которых получают линейные и квадратичные оценки). Наибольшее применение находят интегральные критерии качества переходных процессов, которые можно записать в следующем виде: где / - функция ошибки, входного и выходного сигнала, времени. Среди интегральных критериев качества переходных процессов, как правило, выделяются следующие: Используя различные сочетания переменных в (2.23) получаются нужные для разработчика системы управления интегральные критерии качества переходных процессов. Поскольку рассматриваемые процессы теплообмена являются энергоемкими, то необходимо рассмотреть такой интегральный критерий качества, который минимизирует энергетические затраты, например, на управление. Чтобы учесть затраты энергии на выработку управляющего сигнала, используется оценка качества где Л - скалярный весовой коэффициент; /- единичная матрица; Л: - вектор состояния; и - вектор управляющего сигнала. Лучшей избирательностью из перечисленных критериев оптимизации обладает оценка, полученная с использованием критерия ИВМО [44]. Приведем процедуру синтеза робастной системы управления на основе ПИД-регулятора по критерию ИВМО. Время завершения переходного процесса для оптимальной ПФ определяется по графику [61] и составляет 15...20 с. Для расчета оптимальных коэффициентов ПФ ПИД-регулятора ПФ замкнутой системы необходимо САУ теплицы привести к нормированному виду: Поскольку знаменатели в выражениях (2.30) и (2.31) тождественны, то можно записать формулы для определения коэффициентов: В результате расчетов получены следующие значения коэффициентов ПФ ПИД- регулятора: о)п= 0,0035, / = 4295,5...5727,3 с, Согласно формуле (2.29) ПИД-регулятор вносит 2 нуля в выражение ПФ замкнутой системы, которые необходимо компенсировать для обеспечения заданных условий синтеза. Для этого необходимо подобрать корректирующее устройство (предфильтр), назначение которого состоит в компенсации нулей ПФ замкнутой системы и в приведении переходного процесса к требуемому виду. Выберем ПФ предварительного фильтра Проверка реакции температуры воздуха в теплице на единичное ступенчатое воздействие температуры теплоносителя на соответствие предъявляемым требованиям показала, что переходный процесс является апериодическим. Таким образом, в результате проведенной оптимизации
Использование результатов активной идентификации коэффициентов передаточных функций для контроля и диагностики системы управления теплицы
Разработка и создание эффективной системы тестового диагностирования динамических объектов (ДО) представляет собой сложный и длительный процесс, который должен начинаться с момента проектирования динамического объекта и заканчиваться в процессе его эксплуатации [72]. В основу рассматриваемого метода контроля и диагностики систем управления положен способ активной идентификации параметров передаточной функции замкнутой динамической системы путем воздействия на нее определенной последовательности времястепенных тестовых сигналов, имеющих строго нормированные характеристики. Особенностью выбранных времястепенных тестовых сигналов является то, что в конце интервала времени действия каждого эталонного сигнала, начиная со второго, ненулевое значение имеет лишь высшая производная каждого сигнала, а сам сигнал и все его производные равны нулю [51,52,53,54].
По зарегистрированным откликам и соответствующим вычислительным алгоритмам осуществляется идентификация, контроль и диагностика отказов системы. Идентификация представляет собой первый этап процедуры контроля, в результате чего происходит определение вида передаточной функции, устанавливается перечень контролируемых и диагностируемых величин, а так же их текущие значения. Второй этап - контроль, заключается в сравнении текущих значений контролируемых параметров передаточной функции замкнутой системы с их номинальными значениями и выявления признаков появления отказов по предельно допустимым значениям их относительных отклонений. Алгоритм контроля строится на следующих операциях [73,74,75]: - вычисление отклонений коэффициентов к, bj и cij, поступающих из блока идентификации, от их номинальных значения кн, biH и ajH; - сравнении полученных значений отклонений с допусками на отказ; - регистрации отклонений коэффициентов, содержащих признаки отказа, для их последующего использования в алгоритмах диагностики. Третий этап - диагностика. Она вступает в действие лишь при наличии признака появления отказа. При этом осуществляется переход от передаточной функции замкнутой системы к передаточной функции разомкнутой системы и установление связей между контролируемыми параметрами передаточной функции и диагностируемыми параметрами регулятора и объекта регулирования. В общем случае контролируемые коэффициенты передаточной функции замкнутой системы выражаются через диагностируемые параметры с помощью нелинейных уравнений, что затрудняет их вычисление. В данном методе применятся гипотеза о невозможности появления двух и более одновременных отказов параметров регулятора и объекта в пределах малого отрезка времени идентификации. Принимая эту гипотезу, устанавливаются признаки появления отказов элементов регулятора или объекта и от алгебраических выражений осуществляется переход к операциям логического сложения. Далее составляется таблица состояний системы при отказах с указанием отказавшего элемента регулятора или объекта и логическая схема алгоритма диагностики. Диагностика отказов осуществляется путем использования логических операций умножения. Предварительно составляется таблица состояний системы при отказах ее элементов, при этом общее количество состояний определяется по формуле: где / - количество элементов системы, которые могут отказать; г - число одновременных отказов. После этого осуществляется углубление диагностики отказов до функциональных элементов для конкретной технической реализации регулятора и объекта. Исходя из обобщенной функциональной схемы диагностической системы (рисунок 31) проводится активный эксперимент, сущность которого заключается в подаче тестовых воздействий специальной формы. ПФ замкнутой системы управления температурным режимом теплицы 4-го порядка путем декомпозиции разлагается на две ПФ 2-го порядка, относительно которых покажем процедуру нормирования, идентификации, контроля и диагностики.
Исследование системы управления блочной теплицы в режиме нормальной эксплуатации
Поскольку в реальных условиях на теплицу действуют различные внешние и внутренние возмущения (температура наружного воздуха, влажность воздуха в теплице и т.д.), то необходима также информация и о работе реальной системы управления температурного режима блочной теплицы. В частности интересует модель системы управления теплицы как ОУТР, в состав которой входит и объект управления, и регулятор, по регулирующему и возмущающему каналу. Определение фактической модели по вышеприведенным каналам основано на полученных данных работы системы управления в режиме нормальной эксплуатации (рисунок 40,41,42). Для этой цели использованы методы пассивной идентификации, реализованных в инженерном приложении пакета МАТЛАБ «System Identification Toolbox» (Идентификация систем). С технологией работы в этом приложении среды МАТЛАБ можно ознакомиться, например, в литературе [80,81,82,83,84].
В теплице проводился пассивный эксперимент в режиме нормального функционирования системы управления микроклиматом. В результате наблюдений получены массивы данных по температуре воздуха в теплице 0В, температуре теплоносителя 0Г, температуре наружного воздуха 0Я, влажности воздуха в теплице р, регистрировавшиеся для выращиваемой культуры огурца с 01.02.03 по 23.04.03 (от посадки до плодоношения) каждые 5 минут.
Статистическая обработка массива данных [85,86,87,88], показала, что эмпирические распределения рассматриваемых параметров микроклимата приближается к нормальному закону распределения. На основании проведенного исследования и рассчитанных статистических показателей с уровнем надежности 95 % можно предположить следующее: средние значения параметров микроклимата за рассматриваемый период составили @в =20,88С, 0Г = 43,76С,0Я = -3,74С, = 71,88%.
Методом корреляционного анализа установлены степень и характер влияния рассматриваемых параметров микроклимата на температуру воздуха в теплице. В связи с суточным колебанием параметров микроклимата интерпретация полученных данных проводилась в суточном разрезе дня, по 3-м стадиям развития агроценоза и за весь рассматриваемый период. Характер всех выявленных связей различен и состоит в следующем: связь 0в=ґ(0г,0я, ) является прямой и умеренной (коэффициент корреляции находится в пределах 0,3...0,5).
Наряду с корреляционным анализом проводился и регрессионный анализ. Результатом регрессионного анализа явилось определение эмпирического выражения зависимости температуры воздуха от 3-х факторов (&т,&н, р).
Все найденные коэффициенты уравнений регрессии подтверждены по критерию Стьюдента и являются значимыми. Адекватность полученных уравнений подтверждается сопоставлением теоретических и эмпирических значений [89,90], расхождение которых не превосходит 6%.
Анализируя полученные зависимости можно отметить следующее: с учетом времени года при изменяющихся погодных условиях происходит уменьшение степени влияния температуры теплоносителя на температурный режим в теплице, в то же время с температурой наружного воздуха происходит обратное, т.е увеличение степени взаимосвязи с температурой воздуха в теплице; весовой коэффициент в уравнении регрессии при влажности p{t) в период плодоношения меняет знак. Данный факт можно объяснить тем, что увлажнение воздуха в этот период используется для снижения температуры воздуха в теплице и избежания её перегрева в жаркую погоду.
Моделирование температурного режима в теплице осуществлено с помощью разработанной компьютерной программы [91,92,93,94] (рисунок 47). Технология работы с программой следующая: - ввод исходных данных; - выбор материала ограждающей конструкции; - выбор выращиваемой культуры; - выбор возраста культуры; Последовательность теплового расчета системы обогрева теплицы включает: - сбор исходных данных (конструктивные и теплофизические параметры); - расчет критериев подобия Рейнольдса Re, Нуссельта Nu, Грасгофа Gr, Прандтля Рг; - определение коэффициентов теплоотдачи на основании критериев подобия. Исходные данные вводятся в соответствующие окна и после нажатия на кнопку «Ввод» появляются результаты теплового расчета системы обогрева и строится график переходного процесса по каналу управления. Программа «RASCHET» позволяет определять коэффициенты теплоотдачи на основании критериев подобия, рассмотренных выше, в зависимости от теплофизических и конструктивных параметров теплицы. В результате расчета коэффициентов теплоотдачи ап и а23 определяются постоянные времени Тп, Г21, Г23, которые входят в систему дифференциальных уравнений теплового баланса (2.3). Конечным результатом является построение графической зависимости, отражающей переходный процесс по каналу температура теплоносителя -тепловая мощность системы обогрева.
