Estrategia de control selectivo de temperatura y humedad para un invernadero solar chino con un enfoque basado en eventos
DOI:
https://doi.org/10.4995/riai.2022.18119Palabras clave:
Control selectivo, Control PI, Control basado en eventos, Agricultura, InvernaderosResumen
Este artículo presenta la aplicación de un esquema de control selectivo de temperatura y humedad para invernaderos solares chinos, que son los más utilizados en las provincias del norte de China. En primer lugar, para controlar la temperatura, se propone un controlador PI con un enfoque basado en eventos. Tras la evaluación de varios valores de la banda de ocurrencia de eventos, se obtiene una solución que permite reducir en un 43,8%el número de aperturas y cierres de las ventanas del invernadero, mientras que el error de temperatura se incrementa sólo en un 1,13 %. En segundo lugar, se ha diseñado un controlador para la humedad relativa y otro para la humedad absoluta. Los resultados muestran que el control de humedad relativa funciona adecuadamente cuando la consigna no es demasiado elevada. Sin embargo, la acción de control se deteriora cuando la consigna es superior al 70 %. En comparación, el control de humedad absoluta permite regular la humedad para referencias de cualquier valor, pero la precisión de control es menor. Finalmente, mediante un estudio en simulación, se demuestra la efectividad de la estrategia de control selectivo de temperatura con un esquema que da prioridad para controlar la humedad cuando ésta alcanza límites no deseados. Esta estrategia de control consigue mantener la humedad relativa por debajo del 80% mientras que controla la temperatura en la consigna establecida, evitando así que la alta humedad dañe al cultivo.
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Åström, K. J., Hägglund, T., 2005. Advanced PID Control. ISA - The Instrumentation, Systems, and Automation Society, Research Triangle Park, NC 27709.
Beschi, M., Dormido, S., Sanchez, J., Visioli, A., 2013. Stability analysis of symmetric send-on-delta event-based control systems. In: 2013 American Control Conference. pp. 1771-1776. https://doi.org/10.1109/ACC.2013.6580092
Beschi, M., Pawlowski, A., Guzmán, J. L., Berenguel, M., Visioli, A., 2014. Symmetric send-on-delta PI control of a greenhouse system. IFAC Proceedings Volumes 47 (3), 4411-4416. https://doi.org/10.3182/20140824-6-ZA-1003.01028
Dormido, S., Sánchez, J., Kofman, E., 2008. Muestreo, control y comunicación basados en eventos. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 5 (1), 5-26. https://doi.org/10.1016/S1697-7912(08)70120-1
García-Mañas, F., Guzmán, J. L., Rodríguez, F., Berenguel, M., Hägglund, T., 2021. Experimental evaluation of feedforward tuning rules. Control Engineering Practice 114, 104877. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2021.104877
Guo, Y., Zhao, H., Zhang, S., Wang, Y., Chow, D., 2021. Modeling and optimization of environment in agricultural greenhouses for improving cleaner and sustainable crop production. Journal of Cleaner Production 285, 124843. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124843
Körner, O., Challa, H., 2003. Process-based humidity control regime for greenhouse crops. Computers and Electronics in Agriculture 39 (3), 173-192. https://doi.org/10.1016/S0168-1699(03)00079-6
Li, J., Li, L., Wang, H., Ferentinos, K. P., Li, M., Sigrimis, N., 2017. Proactive energy management of solar greenhouses with risk assessment to enhance smart specialisation in China. Biosystems Engineering 158, 10-22. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2017.03.007
Liu, R., Li, M., Guzmán, J. L., Rodríguez, F., 2021. A fast and practical one-dimensional transient model for greenhouse temperature and humidity. Computers and Electronics in Agriculture 186, 106186. https://doi.org/10.1016/j.compag.2021.106186
Liu, R., Wang, H., Guzmán, J. L., Li, M., 2022. A model-based methodology for the early warning detection of cucumber downy mildew in greenhouses: An experimental evaluation. Computers and Electronics in Agriculture 194, 106751. https://doi.org/10.1016/j.compag.2022.106751
Montoya-Ríos, A. P., García-Mañas, F., Guzmán, J. L., Rodríguez, F., 2020. Simple tuning rules for feedforward compensators applied to greenhouse daytime temperature control using natural ventilation. Agronomy 10 (9), 1327. https://doi.org/10.3390/agronomy10091327
Pawlowski, A., Beschi, M., Guzmán, J. L., Visioli, A., Berenguel, M., Dormido, S., 2016. Application of SSOD-PI and PI-SSOD event-based controllers to greenhouse climatic control. ISA Transactions 65, 525-536. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2016.08.008
Rodríguez, F., Guzmán, J. L., Berenguel, M., Arahal, M. R., 2008. Adaptive hierarchical control of greenhouse crop production. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing 22 (2), 180-197. https://doi.org/10.1002/acs.974
Smit, J N & Combrink, N. J. J., 2005. Pollination and yield of winter-grown greenhouse tomatoes as affected by boron nutrition, cluster vibration and relative humidity. South African Journal of Plant and Soil 22 (2), 110-115. https://doi.org/10.1080/02571862.2005.10634691
Wang, L., Zhang, H., 2018. An adaptive fuzzy hierarchical control for maintaining solar greenhouse temperature. Computers and Electronics in Agriculture 155, 251-256. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.10.023
Wang, T.,Wu, G., Chen, J., Cui, P., Chen, Z., Yan, Y., Zhang, Y., Li, M., Niu, D., Li, B., Chen, H., 2017. Integration of solar technology to modern greenhouse in China: Current status, challenges and prospect. Renewable and Sustainable Energy Reviews 70, 1178-1188. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.12.020
Xu, D., Du, S., van Willigenburg, G., 2018a. Adaptive two time-scale receding horizon optimal control for greenhouse lettuce cultivation. Computers and Electronics in Agriculture 146, 93-103. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.02.001
Xu, D., Du, S., van Willigenburg, L. G., 2018b. Optimal control of chinese solar greenhouse cultivation. Biosystems Engineering 171, 205-219. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.05.002
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