猪舍热环境建模与最优控制
最优化与控制
2025-11-04 v3
摘要
养猪业中热环境的管理对于优化动物健康、生产力和运行能效至关重要。本研究引入了一种基于焓平衡的新型热通风模型 (TVM)，该模型集成了温度和湿度控制，以解决中国广东等高温高湿地区猪舍特有的热调节需求。这些恶劣的环境条件会导致猪产生热应激，对其健康和生产力产生不利影响。TVM 通过考虑温度和湿度的综合效应，提供了对热舒适的精确表示。基于 TVM，我们使用模型预测控制 (MPC) 构建了一个优化问题，该问题通过修改权重因子实时动态调整通风率，以在保持温度和湿度处于猪的舒适区内的同时最小化能耗。TVM 的准确性通过来自广东猪舍设施的真实环境数据进行了验证。冬季、春季和夏季温度的均方根误差分别为 1.23、0.81 和 0.60，证明了其在不同气候条件下的可靠性和鲁棒性。此外，仿真结果表明，所提出的 MPC 策略显著提高了能效和环境舒适度，在春季和夏季分别实现了 100% 和 83% 的舒适温度区，而传统的基于规则的控制分别为 91% 和 43%。然而，该模型在夏季的能耗 (91.2 kWh) 高于基于规则的控制 (80.8 kWh)，反映了在极端条件下保持最佳舒适度与能效之间的权衡。
引用
@article{arxiv.2506.00502,
title = {Modeling and Optimal Control of Thermal Environment in Pig Houses},
author = {Mingxin Wei and Jinrui Zhang and Peter Groot Koerkamp and Andre Aarnink and Congcong Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.00502},
year = {2025}
}
备注
Some co-authors do not agree to be published at this stage