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Model predictive control based on mathematical model of humidity deficit in greenhouses by system identification method

Research Project

Project/Area Number 20K06332
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
Research InstitutionKochi National College of Technology

Principal Investigator

Nakayama Shin  高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 准教授 (40445846)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 木村 竜士  高知工業高等専門学校, ソーシャルデザイン工学科, 准教授 (90571810)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsビニールハウス / 飽差 / 気温 / モデル予測制御 / システム同定 / モデルベース制御 / 巻き上げ式窓
Outline of Research at the Start

多くのハウス農家が設置している自動窓開閉器において、冬春季に、窓の開き過ぎによる飽差値の上昇から植物の気孔が閉じてしまうことが問題となっている。本研究では、システム同定法を用いることで実効性の高いハウス内飽差の数学モデルを作成し、そのモデルに基づいたモデル予測制御を実現することで、この問題への有効性を明らかにする。実験は高知県安芸郡芸西村にあるビニールハウス施設にて「環境データ収集→システム同定法による数値モデル生成→モデルベースド制御」の手順で行われる。

Outline of Final Research Achievements

In general greenhouses, when the windows are opened by temperature control during the winter season when the outside air is dry, the humidity deficit becomes more than 6 g/m3 and the plant stomata close, adversely affecting plant growth. In this study, we developed the inside humidity deficit and temperature greenhouse numerical model using the system identification method from measured data set as 'control output: inside humidity deficit and inside air temperature', 'control input: window opening degree' and 'disturbance input: outside humidity deficit, outside temperature and inside illumination'. The model predictive control window opener using this model was shown to be able to maintain the air temperature in the greenhouse at the target value of 27°C, while controlling the inside himidity deficit within the upper limit of 6 g/m3, approaching the target value of 4.5 g/m3.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的意義は,システム同定法による具体的なビニールハウス内の飽差気温モデルの作成手法と,モデル予測制御の実践方法を示し,その効果を証明した点である.社会的意義は,ハウス内外に温湿度・照度・窓開度のセンサを設置すれば,既設の窓開閉装置を利用して,ハウス内飽差気温のモデルベース制御がどのハウスでも利用できるようになることを示した点である.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] 窓開度を考慮した部分空間法によるビニールハウス内の飽差気温モデル: 冬期モデルの評価2023

    • Author(s)
      中山 信 , 宮岡奨一朗 , 木村竜士 , 大角理人 , 高田 拓
    • Journal Title

      高知高専学術紀要

      Volume: 68 Pages: 35-44

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] モデル予測制御器を用いた窓開度によるビニールハウス内飽差気温制御: モデル化誤差の異なるモデルに対する検証2022

    • Author(s)
      中山 信, 中脇匠悟, 木村竜士, 大角理人, 高田 拓
    • Journal Title

      高知高専学術紀要

      Volume: 67 Pages: 25-34

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Temperature and Humidity Deficit Model for Greenhouses Based on System Identification Method with Two-Variable Input: Quick Setup and Model Evaluation during Spring and Fall2021

    • Author(s)
      中山 信, 高田 拓, 木村 竜士, 岡 宏一
    • Journal Title

      Agricultural Information Research

      Volume: 30 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.3173/air.30.1

    • NAID

      130008014072

    • ISSN
      0916-9482, 1881-5219
    • Year and Date
      2021-04-01
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 中型ビニールハウスに対する環境制御を考慮した多点時系列分布の調査2023

    • Author(s)
      吉川明希, 中山信, 木村竜士, 大角理人, 高田拓
    • Organizer
      第28回高専シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 部分空間法によるハウス内環境制御モデルの設定次数とその妥当性2021

    • Author(s)
      中脇 匠悟, 中山 信, 木村 竜士, 高田 拓, 松浦 史法, 山崎 容次郎
    • Organizer
      令和3年度 電気・電子・情報関係学会 四国支部連合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 通信型環境計測装置を用いたビニールハウス窓開閉飽差制御システムの開発2021

    • Author(s)
      坂口稿成, 中山信, 木村竜士, 高田拓, 松浦史法, 山崎容次郎
    • Organizer
      第26回 高専シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ビニールハウス内温度飽差のモデルベースド制御 窓開閉システムの開発2020

    • Author(s)
      坂口稿成, 中山信, 木村竜士, 高田拓
    • Organizer
      電気・電子・情報関係学会四国支部連合大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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