一種蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法
【專利說明】
[0001](一)
技術領域
本發明屬于生物發酵處理蔬菜廢棄物技術領域，特別涉及一種蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法。
[0002](二)
【背景技術】
隨著我國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設施農業發展和農村生態環境的問題之一。蔬菜溫室、大棚，每年產生大量蔬菜殘茬、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，孽生蚊蠅害蟲和病菌等。種植廢棄物中含有豐富的營養物質，作為廢棄物丟棄，不但污染環境，還會造成資源的極大浪費。
[0003]蔬菜廢棄物的發酵是一個滯后的、非線性的復雜過程。在各項測量與控制指標中，溫度是發酵效果的關鍵因素之一。因此，微生物的發酵溫度控制系統是一個多輸入多輸出的復雜系統。這種系統的控制方法決定了控制效果，影響蔬菜廢棄物的發酵反應。對于模糊控制方法雖然能克服一部分控制中的問題，但還存在一些不足需要優化。模糊控制的核心是模糊規則知識庫，一般的專家經驗制定的模糊規則庫顯然不能應對蔬菜廢棄物發酵這種復雜的多變量系統。因此需要更加優化的控制方法來解決此類問題。
[0004](三)

【發明內容】

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種適用于對蔬菜廢棄物發酵的過程中的溫度調節控制的蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法。
[0005]本發明是通過如下技術方案實現的:
一種蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)采集發酵反應器內部數據，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設定的模糊集合與隸屬度函數進行模糊化，然后應用矩陣半張量積理論把通過模糊辨識之后產生的模糊規則表示成邏輯形式，并作為模糊規則庫；(3)將模糊規則庫進行整理優化，進行半張量積的矩陣運算和最小入度化簡，得出結構矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關系；(4)對步驟(I)中采集的輸入數據先進行模糊化處理，然后通過步驟(3)得出的結構矩陣進行模糊推理，得到推理輸出變量，將輸出變量進行解模糊化計算即為實際控制輸出參數；(5)上述實際控制輸出參數控制輸出執行機構。
[0006]其中，所述輸入變量包括測量溫度與適宜溫度的比較值，測量溫度與適宜溫度的差值，實際溫度的變化趨勢，實際溫度的變化率。
[0007]上述輸入變量通過發酵反應器內部設置的溫度傳感器測量點實時測量發酵反應的溫度而得到。
[0008]其中，輸出變量包括冷熱水的切換方式，攪拌機轉速，水媒介流量控制的閥門開度。
[0009]所述執行機構包括冷熱水的切換器，發酵反應器的攪拌機和控制水媒介流量的閥門。
[0010]上述步驟(3)中，將輸入變量和輸出變量經模糊辨識后，轉化為邏輯的代數表達式的形式，模糊規則庫所反映的輸入輸出模糊關系轉化為結構矩陣的形式。
[0011]上述步驟(4)中計算輸出變量時，將結構矩陣通過半張量積運算合并，運用JD解模糊法解決多個輸出變量耦合的問題。
[0012]本發明首先根據蔬菜廢棄物發酵溫度的影響因素分析，設計執行機構為冷熱水的切換器，發酵反應器的攪拌機和控制水媒介流量的閥門。溫度由發酵反應器內部的溫度傳感器進行測量，分析溫度的高低，差值，變化趨勢，變化率。將測量溫度的分析變量作為本發明控制的輸入變量，將執行器的各個操作參數作為輸出變量。基于模糊理論，將輸入變量和輸出變量設定模糊集合與對應的隸屬度函數。
[0013]然后基于現代數學中的矩陣半張量積理論，把通過模糊辨識之后產生的模糊規則表示成邏輯形式，由此模糊規則庫轉化為關于輸入變量和輸出變量的代數表達式，即的形式。代數表達式中的結構矩陣M由模糊辨識后的輸入數據和輸出數據進行半張量積運算所得。在建立結構矩陣的過程中會遇到以下兩個問題:
1、由于蔬菜廢棄物發酵溫度控制系統的復雜性，所需的輸入輸出數據十分龐大，采集的信息不完備，產生的模糊辨識后的模糊規則并不完全。造成結構矩陣的某些“列”無法確定。
[0014]2、由于蔬菜廢棄物發酵溫度測量的誤差，輸入輸出數據產生的模糊辨識后的模糊規則會產生不一致的現象。同一條規則產生不同的可能性。
[0015]對此本發明的解決辦法是將不確定的結構矩陣中的列設為“*”，在半張量積結構矩陣運算中通過最小入度算法化簡。將不一致的規則根據其模糊辨識后的次數進行取舍。
[0016]最后，將基于半張量積理論建立的結構矩陣進行合并，整合為一個總的輸入輸出關系表達式。并運用解模糊方法中的JD (Jointed Defuzzificat1n)法，以解決多變量解耦的問題。
[0017]本發明的優點在于:本發明針對微生物發酵的特殊復雜系統，應用矩陣半張量積理論，對蔬菜廢棄物發酵的溫度進行了模糊優化控制；解決了一般的專家經驗制定的模糊規則庫不能應對蔬菜廢棄物發酵這種復雜的多變量系統的問題，提高了控溫的準確性，提高了蔬菜廢棄物發酵效率。
[0018](四)
【附圖說明】
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0019]圖1為本發明的流程示意圖。
[0020]圖中:測量溫度與適宜溫度的比較值，:測量溫度與適宜溫度的差值，:實際溫度的變化趨勢，:實際溫度的變化率。:冷熱水的切換方式，:攪拌機轉速，:水媒介流量控制的閥門開度。
[0021](五)
【具體實施方式】
附圖為本發明的一種具體實施例。該實施例步驟為:
I)發酵反應器內部設置的溫度傳感器測量點測量發酵反應的實時溫度，將這些數據進行采集和分析。得出測量溫度與適宜溫度的比較值，測量溫度與適宜溫度的差值，實際溫度的變化趨勢，實際溫度的變化率，冷熱水的切換方式，攪拌機轉速，水媒介流量控制的閥門開度。
[0022]2)將輸入變量的數據通過設定的模糊集合與隸屬度函數進行模糊化，然后應用矩陣半張量積理論表示成邏輯形式，作為模糊規則庫。
[0023]3)將模糊規則庫進行整理優化，進行半張量積的矩陣運算和最小入度化簡，得出結構矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關系。
[0024]4)當有輸入數據時，先進行模糊化處理，然后通過得出的結構矩陣進行模糊推理。輸出的推理結果進行解模糊化計算即為實際控制輸出。
[0025]5)得出的控制輸出參數，，分別控制切換器，攪拌機，閥門。以達到調節發酵反應器內部溫度的效果。
【主權項】
1.一種蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)采集發酵反應器內部數據，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設定的模糊集合與隸屬度函數進行模糊化，然后應用矩陣半張量積理論把通過模糊辨識之后產生的模糊規則表示成邏輯形式，作為模糊規則庫；(3)將模糊規則庫進行整理優化，進行半張量積的矩陣運算和最小入度化簡，得出結構矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關系；(4)對步驟(I)中采集的輸入數據先進行模糊化處理，然后通過步驟(3)得出的結構矩陣進行模糊推理，得到推理輸出變量，將輸出變量進行解模糊化計算即為實際控制輸出參數；(5)上述實際控制輸出參數控制輸出執行機構。2.根據權利要求1所述的蔬菜廢棄物發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量溫度與適宜溫度的比較值，測量溫度與適宜溫度的差值，實際溫度的變化趨勢，實際溫度的變化率。3.根據權利要求2所述的蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述輸入變量通過發酵反應器內部設置的溫度傳感器測量點實時測量發酵反應的溫度而得到。4.根據權利要求1所述的蔬菜廢棄物發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，攪拌機轉速，水媒介流量控制的閥門開度。5.根據權利要求1所述的蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述執行機構包括冷熱水的切換器，發酵反應器的攪拌機和控制水媒介流量的閥門。6.根據權利要求1所述的蔬菜廢棄物發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模糊辨識后，轉化為邏輯的代數表達式的形式，模糊規則庫所反映的輸入輸出模糊關系轉化為結構矩陣的形式。7.根據權利要求1所述的蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法，其特征在于:所述步驟(4)中計算輸出變量時，將結構矩陣通過半張量積運算合并，運用JD解模糊法解決多個輸出變量耦合的問題。
【專利摘要】本發明屬于生物發酵處理蔬菜廢棄物技術領域，特別涉及一種蔬菜廢棄物發酵的半張量積溫度控制方法。本發明針對微生物發酵的特殊復雜系統，應用矩陣半張量積理論，對蔬菜廢棄物發酵的溫度進行了模糊優化控制，通過將輸入變量和輸出變量進行模糊化，然后應用矩陣半張量積理論表示成邏輯形式，作為模糊規則庫；將模糊規則庫進行整理優化，進行半張量積的矩陣運算和最小入度化簡，得出結構矩陣，表示輸入變量和輸出變量的模糊關系；并通過對輸入變量進行模糊化處理，然后由結構矩陣進行模糊推理，得到推理輸出變量，將輸出變量進行解模糊化計算即為實際控制輸出參數來控制輸出執行機構。
【IPC分類】G05D23/30
【公開號】CN104898739
【申請號】CN201510165144
【發明人】王佐勛, 劉鵬
【申請人】齊魯工業大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年4月9日