牛舍温度智能控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于畜禽舍环境参数的信息管理、控制网络和智能控制领域，具体设及一 种牛舍环境温度智能控制系统，实现牛舍环境温度的高质高效检测、控制和管理。
[0002]
【背景技术】
[0003] 牛是恒温动物，当牛体产热与散热平衡时，意味着健康状况和生产能力正常，反之 则导致生理机能的异常，使健康状况和生产能力下降。温度过高或过低都会影响增重效果。 尤其在低温环境下，降低饲料消化率，提高代谢率，舍温过低，牛必须增加产热量W维持体 温，使育肥牛增重缓慢，同时饲料消耗量增高，降低饲料消化率，同时又提高代谢率，W增加 产热量来维持体温，显著增加饲料消耗。通常环境温度在5-2rc时牛的增重最快；温度过 高，肉牛增重缓慢；因此，在饲养管理中，要为牛创造良好的生活条件，在适宜温度范围内奶 牛的代谢作用和产热处于最低水平，饲料消耗少，发病少，高于或低于该范围，牛在生理上 会发生一系列的变化。在牛的饲养管理中温度起着至关重要的作用，主要表现在W下方面： ①牛舍温度对牛采食量的影响。热应激往往导致牛采食量下降，牛在环境温度为22-25C 时采食量开始下降，30°CW上时采食量明显下降，40°CW上时耐热性差的牛将停止采食。温 度升高时，奶牛散热加强，流经全身皮肤表面的血量增多，导致消化道内的血量不足，影响 对营养物质的消化速度，使消化道内充盈，易导致胃的紧张度升高，也可W抑制采食。在低 温条件下牛的采食量增加，消化率下降，产热量增加，能量消耗增加，导致饲养效果差。②牛 舍温度对牛血液中的激素、维生素和离子浓度的影响。热应激影响血液中的激素、维生素、 离子水平，热应激时牛血清中的皮质醇浓度升高，孕酬和雌二醇含量无变化。在热应激状态 下，牛血浆中的核黄素、烟酸、泛酸、生物素和VBI等均可作为酶促反应的辅助因子而使含 量下降。⑨牛舍温度对生产性能的影响。热应激引起牛代谢机能和酶活性的改变，导致牛 采食量的下降和饲料利用率降低，造成奶牛体内营养不足；由于热应激的作用，牛的生长激 素、雌激素及前列腺素分泌减少，影响了牛的发育，常常导致奶牛的产奶量和肉牛的生长量 不同程度的下降。④牛舍温度对繁殖性能的影响。牛的繁殖与气候因子关系极大，牛的繁 殖力在夏季出现灾难性的下降，公牛春季的精液产生量高于夏季，在炎热的气候条件下，牛 的发情周期延长，出现短促发情甚至乏情，影响适时配种，受胎率降低，而且早期胚胎死亡 增多，容易流产，且分娩出的辖牛体重减轻。⑥牛舍高温促使牛疾病的发生率增加。疾病 发生率增加是由于夏季高温使奶牛的生理机能发生变化，免疫球蛋白产生减少，机体抵抗 能力下降，原溶菌容易生长繁殖并侵害机体等原因引起的。⑧热应激对奶牛内分泌和免疫 机能的影响。内分泌系统在调节机体代谢过程中发挥着重要的作用，其分泌激素参与养分 在机体内再分配和稳态调节，而热应激则影响多种内分泌激素如生长激素、甲状腺素、催乳 素、糖皮质激素、抗利尿激素和醒固酬等的分泌，进而导致奶牛机体代谢素乱。⑦热应激状 态下奶牛乳成分的变化。在高温条件下，牛奶中的乳脂、乳蛋白、乳糖及非脂固形物含量明 显下降。高温热应激能够降低乳品质，影响经济效益。总之，牛舍的温度不仅影响肉牛的健 康和增重，也会影响饲料采食量及饲料利用率。牛舍的温度将会导致肉牛生长缓慢，饲养成 本增高，甚至会使机体抵抗力下降，诱发各种疾病；温热环境受牛舍外气温变化的影响，也 受牛舍内牛体散热、围护结构失热和通风带热等因素的直接影响。因此，对牛舍的环境温度 进行精确检测与高效控制对于提高各种牛的生产性能，温度过低，降低饲料消化率，同时又 提高代谢率，W增加产热量来维持体温，显著增加饲料消耗。控制牛舍温度对提高牛舍养殖 经济效益有着十分重要的作用，由于牛舍的温度受到环境湿度、牛舍的结构和气象条件等 影响有非线性、大滞后和时变性等特点，因此，提高牛舍温度控制的可靠性、鲁椿性和准确 性是十分必要的，由于国内在牛舍环境温度的高质高效控制还一片空白，本发明基于此原 因发明牛舍环境温度的智能控制系统。
[0004]
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种牛舍环境温度智能控制系统，本发明针对牛舍环境温度 变化非线性、大惯性、大时滞及时变性的特点和牛舍面积较大温度难W控制的难题，设计 了一种牛舍环境温度智能控制系统，该系统由牛舍环境温度采集与控制平台和智能控制 器-PID多串级的牛舍环境温度智能控制系统组成，形成对牛舍环境温度的检测、智能控制 与管理的牛舍环境温度监控系统。
[0006] 1)牛舍环境温度采集与控制平台：包括牛舍环境温度的检测节点1、控制节点2、 现场监控端3、多接口网关4、通信网络5、Web服务器6、数据库服务器7和控制中屯、端8组 成，由检测节点1、控制节点2、多接口网关4和现场监控端3在牛舍养殖现场通过CAN现场 总线或者无线传感器网络构成对牛舍环境温度的监测与控制，由多接口网关4通过通信网 络5实现牛舍环境温度监控现场与远程监控中屯、的Web服务器6、数据库服务器7和控制中 屯、端8的信息交互，实现对牛舍环境的温度进行检测、控制和管理。牛舍环境温度采集与控 制平台见图1。
[0007] 2)根据牛舍养殖环境温度的非线性、大惯性、大时滞及时变性的特点，在现场监控 端3和控制节点2中设计智能控制器-PID多串级的牛舍环境温度智能控制系统来提高温 度控制的动态响应性能和稳态精度，该控制系统见图9。智能控制器-PID多串级的牛舍环 境温度智能控制系统，智能控制器包括智能协调器、Bang-Bang控制器、模糊神经网络控制 器和PID神经网络控制器组成，由智能协调器根据被监控牛舍环境温度的误差和误差变化 率的大小分别调用Bang-Bang控制器、模糊神经网络控制器和PID神经网络控制器作为主 调节器和控制牛舍环境温度执行机构的4个PID副调节器组成串级控制系统，牛舍环境温 度为主控变量，执行机构的加热器电压、湿帘电机转速、风机转速、喷淋器的流量为副控变 量；当牛舍温度误差和误差变化较大时Bang-Bang控制器作为主调节器，Bang-Bang控制器 的输出作为4个PID副调节器的给定量，使牛舍环境的温度快速跟踪牛舍环境温度的给定 值；当牛舍温度误差和误差变化中等时模糊神经网络控制器与牛舍温度灰色预测模型构成 主调节器，实现对牛舍环境温度的预测和解禪控制，解决牛舍环境温度的非线性、大惯性、 大滞后和时变性，实现对牛舍温度的自适应超前调节，模糊神经网络主调节器的输出作为4 个PID副调节器的给定量，提高控制系统的动态响应性能；当牛舍温度误差和误差变化较 小时PID神经网络控制器作为主调节器，PID神经网络主调节器的输出作为4个PID副调 节器的给定量，提高控制系统的精度；误差和误差变化率为系统允许范围是保持现行控制 状态。该智能化控制系统使被控制牛舍环境温度的实际值迅速跟踪牛舍环境温度的目标 值；内环由4个对牛舍环境温度有影响的执行机构的PID副调节器组成，4个PID副调节器 的作用是通过调整加热器电压、湿帘电机转速、风机转速、喷淋器流量来确保牛舍温度的稳 定，有效抑制外部环境对牛舍环境温度的影响，确保牛舍环境温度的稳定性和准确性；主调 节回路是针对牛舍环境温度变化显著的非线性、滞后性和时变性，将Bang-Bang控制器、模 糊神经网络和PID神经网络控制器应用于牛舍环境的温度控制，对于解决牛舍环境温度由 于非线性严重、滞后性和时变性而导致控制困难的问题具有较强的针时性，实验结果证明 该系统适应性强，稳定性好，响应速度快和控制精度高。在现场监控端3设计智能控制器和 牛舍环境温度灰色预测模型，在控制节点2设计4个PID副调节器，智能控制器-PID多串 级的牛舍环境温度智能控制系统见图9 ; 本发明专利与现有技术相比，具有W下明显优点： 1)由于智能控制器-PID多串级的牛舍环境温度智能控制系统，该系统的4个PID副调 节器是根据主调节器输出来调整牛舍养殖环境执行机构状态的随动系统，多个副调节器回 路已经尽可能把被控过程中对牛舍环境温度的影响变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包 括在副调节器回路中，该些副调节器回路对包含在其中影响牛舍环境温度的二次扰动具有 很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主、副调节器回路的调节对主被控量环境温 度的影响很小，所W牛舍环境温度输出值变化幅度小和稳定，该智