一种蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
本发明属于生物发酵处理蔬菜废弃物技术领域，特别涉及一种蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法。
[0002](二)
【背景技术】
随着我国蔬菜种植面积的增加，蔬菜废弃物日益增多，种植废弃物已成为我国设施农业发展和农村生态环境的问题之一。蔬菜温室、大棚，每年产生大量蔬菜残茬、杂草和拔除的病株等种植废弃物，往往都是随手丢弃、堆放在棚室外面，蔬菜废弃物含水量高、容易腐烂，孽生蚊蝇害虫和病菌等。种植废弃物中含有丰富的营养物质，作为废弃物丢弃，不但污染环境，还会造成资源的极大浪费。
[0003]蔬菜废弃物的发酵是一个滞后的、非线性的复杂过程。在各项测量与控制指标中，温度是发酵效果的关键因素之一。因此，微生物的发酵温度控制系统是一个多输入多输出的复杂系统。这种系统的控制方法决定了控制效果，影响蔬菜废弃物的发酵反应。对于模糊控制方法虽然能克服一部分控制中的问题，但还存在一些不足需要优化。模糊控制的核心是模糊规则知识库，一般的专家经验制定的模糊规则库显然不能应对蔬菜废弃物发酵这种复杂的多变量系统。因此需要更加优化的控制方法来解决此类问题。
[0004](三)
【发明内容】
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种适用于对蔬菜废弃物发酵的过程中的温度调节控制的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法。
[0005]本发明是通过如下技术方案实现的:
一种蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:包括以下步骤:(1)采集发酵反应器内部数据，得到输入变量和输出变量；(2)将上述输入变量和输出变量通过设定的模糊集合与隶属度函数进行模糊化，然后应用矩阵半张量积理论把通过模糊辨识之后产生的模糊规则表示成逻辑形式，并作为模糊规则库；(3)将模糊规则库进行整理优化，进行半张量积的矩阵运算和最小入度化简，得出结构矩阵，表示输入变量和输出变量的模糊关系；(4)对步骤(I)中采集的输入数据先进行模糊化处理，然后通过步骤(3)得出的结构矩阵进行模糊推理，得到推理输出变量，将输出变量进行解模糊化计算即为实际控制输出参数；(5)上述实际控制输出参数控制输出执行机构。
[0006]其中，所述输入变量包括测量温度与适宜温度的比较值，测量温度与适宜温度的差值，实际温度的变化趋势，实际温度的变化率。
[0007]上述输入变量通过发酵反应器内部设置的温度传感器测量点实时测量发酵反应的温度而得到。
[0008]其中，输出变量包括冷热水的切换方式，搅拌机转速，水媒介流量控制的阀门开度。
[0009]所述执行机构包括冷热水的切换器，发酵反应器的搅拌机和控制水媒介流量的阀门。
[0010]上述步骤(3)中，将输入变量和输出变量经模糊辨识后，转化为逻辑的代数表达式的形式，模糊规则库所反映的输入输出模糊关系转化为结构矩阵的形式。
[0011]上述步骤(4)中计算输出变量时，将结构矩阵通过半张量积运算合并，运用JD解模糊法解决多个输出变量耦合的问题。
[0012]本发明首先根据蔬菜废弃物发酵温度的影响因素分析，设计执行机构为冷热水的切换器，发酵反应器的搅拌机和控制水媒介流量的阀门。温度由发酵反应器内部的温度传感器进行测量，分析温度的高低，差值，变化趋势，变化率。将测量温度的分析变量作为本发明控制的输入变量，将执行器的各个操作参数作为输出变量。基于模糊理论，将输入变量和输出变量设定模糊集合与对应的隶属度函数。
[0013]然后基于现代数学中的矩阵半张量积理论，把通过模糊辨识之后产生的模糊规则表示成逻辑形式，由此模糊规则库转化为关于输入变量和输出变量的代数表达式，即的形式。代数表达式中的结构矩阵M由模糊辨识后的输入数据和输出数据进行半张量积运算所得。在建立结构矩阵的过程中会遇到以下两个问题:
1、由于蔬菜废弃物发酵温度控制系统的复杂性，所需的输入输出数据十分庞大，采集的信息不完备，产生的模糊辨识后的模糊规则并不完全。造成结构矩阵的某些“列”无法确定。
[0014]2、由于蔬菜废弃物发酵温度测量的误差，输入输出数据产生的模糊辨识后的模糊规则会产生不一致的现象。同一条规则产生不同的可能性。
[0015]对此本发明的解决办法是将不确定的结构矩阵中的列设为“*”，在半张量积结构矩阵运算中通过最小入度算法化简。将不一致的规则根据其模糊辨识后的次数进行取舍。
[0016]最后，将基于半张量积理论建立的结构矩阵进行合并，整合为一个总的输入输出关系表达式。并运用解模糊方法中的JD (Jointed Defuzzificat1n)法，以解决多变量解耦的问题。
[0017]本发明的优点在于:本发明针对微生物发酵的特殊复杂系统，应用矩阵半张量积理论，对蔬菜废弃物发酵的温度进行了模糊优化控制；解决了一般的专家经验制定的模糊规则库不能应对蔬菜废弃物发酵这种复杂的多变量系统的问题，提高了控温的准确性，提高了蔬菜废弃物发酵效率。
[0018](四)
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0019]图1为本发明的流程示意图。
[0020]图中:测量温度与适宜温度的比较值，:测量温度与适宜温度的差值，:实际温度的变化趋势，:实际温度的变化率。:冷热水的切换方式，:搅拌机转速，:水媒介流量控制的阀门开度。
[0021](五)
【具体实施方式】
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例步骤为:
I)发酵反应器内部设置的温度传感器测量点测量发酵反应的实时温度，将这些数据进行采集和分析。得出测量温度与适宜温度的比较值，测量温度与适宜温度的差值，实际温度的变化趋势，实际温度的变化率，冷热水的切换方式，搅拌机转速，水媒介流量控制的阀门开度。
[0022]2)将输入变量的数据通过设定的模糊集合与隶属度函数进行模糊化，然后应用矩阵半张量积理论表示成逻辑形式，作为模糊规则库。
[0023]3)将模糊规则库进行整理优化，进行半张量积的矩阵运算和最小入度化简，得出结构矩阵，表示输入变量和输出变量的模糊关系。
[0024]4)当有输入数据时，先进行模糊化处理，然后通过得出的结构矩阵进行模糊推理。输出的推理结果进行解模糊化计算即为实际控制输出。
[0025]5)得出的控制输出参数，，分别控制切换器，搅拌机，阀门。以达到调节发酵反应器内部温度的效果。
【主权项】
1.一种蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:包括以下步骤:(1)采集发酵反应器内部数据，得到输入变量和输出变量；(2)将上述输入变量和输出变量通过设定的模糊集合与隶属度函数进行模糊化，然后应用矩阵半张量积理论把通过模糊辨识之后产生的模糊规则表示成逻辑形式，作为模糊规则库；(3)将模糊规则库进行整理优化，进行半张量积的矩阵运算和最小入度化简，得出结构矩阵，表示输入变量和输出变量的模糊关系；(4)对步骤(I)中采集的输入数据先进行模糊化处理，然后通过步骤(3)得出的结构矩阵进行模糊推理，得到推理输出变量，将输出变量进行解模糊化计算即为实际控制输出参数；(5)上述实际控制输出参数控制输出执行机构。2.根据权利要求1所述的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:所述输入变量包括测量温度与适宜温度的比较值，测量温度与适宜温度的差值，实际温度的变化趋势，实际温度的变化率。3.根据权利要求2所述的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:所述输入变量通过发酵反应器内部设置的温度传感器测量点实时测量发酵反应的温度而得到。4.根据权利要求1所述的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:所述输出变量包括冷热水的切换方式，搅拌机转速，水媒介流量控制的阀门开度。5.根据权利要求1所述的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:所述执行机构包括冷热水的切换器，发酵反应器的搅拌机和控制水媒介流量的阀门。6.根据权利要求1所述的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:所述步骤(3)中，将输入变量和输出变量经模糊辨识后，转化为逻辑的代数表达式的形式，模糊规则库所反映的输入输出模糊关系转化为结构矩阵的形式。7.根据权利要求1所述的蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法，其特征在于:所述步骤(4)中计算输出变量时，将结构矩阵通过半张量积运算合并，运用JD解模糊法解决多个输出变量耦合的问题。
【专利摘要】本发明属于生物发酵处理蔬菜废弃物技术领域，特别涉及一种蔬菜废弃物发酵的半张量积温度控制方法。本发明针对微生物发酵的特殊复杂系统，应用矩阵半张量积理论，对蔬菜废弃物发酵的温度进行了模糊优化控制，通过将输入变量和输出变量进行模糊化，然后应用矩阵半张量积理论表示成逻辑形式，作为模糊规则库；将模糊规则库进行整理优化，进行半张量积的矩阵运算和最小入度化简，得出结构矩阵，表示输入变量和输出变量的模糊关系；并通过对输入变量进行模糊化处理，然后由结构矩阵进行模糊推理，得到推理输出变量，将输出变量进行解模糊化计算即为实际控制输出参数来控制输出执行机构。
【IPC分类】G05D23/30
【公开号】CN104898739
【申请号】CN201510165144
【发明人】王佐勋, 刘鹏
【申请人】齐鲁工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月9日