| 研究課題/領域番号 |
20K06332
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| 研究機関 | 高知工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
中山 信 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)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ビニールハウス / 気温 / 飽差 / システム同定 / モデルベース制御 / 巻き上げ式窓 |
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| 研究実績の概要 |
研究１年目では、無加温期の春秋期におけるハウス内の飽差（気温）が、ハウス外の飽差（温気温）とハウス内の日射量の２変数入力による伝達関数モデルで表すことが出来て、システム同定期間5日間程度のモデルがFit率75%（70%）で運用可能なことを示し、「農業情報研究 30 (1), 2021. pp1-12」に論文が掲載された。物理モデルでは非常に複雑になるハウスの飽差（気温）の数学モデルを、2点の温湿度センサと１点の日射センサのデータからシステム同定法を利用することにより構築することで、実効性の高い数学モデルが得られることが示された。これにより、システム同定法により得られたモデルで、モデルベース制御が実現可能であることが示唆された。また、モデルベース制御の実現のために、窓開度の制御入力変数を加えた制御システムを開発し、その成果を「電気・電子・情報関係学会四国支部連合大会,8-2, 2020年9月26日」、「第26回 高専シンポジウム 2021年1月23日」にて発表している。具体的には、マイコンボード(Arduino Uno)・XBee無線モジュール・温湿度センサ・日射センサ・窓開度センサを搭載した通信型環境計測ユニットをハウス内外に設置して、計測データをPCに送信してcsvファイル化、Simulink&Arduinoによりcsvファイルを読み込み、モータドライバを経由して巻き上げ式窓開閉モータ制御を行うことが出来るシステムを開発した。今後は窓開度を考慮したモデルを作成するとともに、モデル化誤差を陽に考慮したモデルベース制御シミュレーションを行い、制御実験成功を目指す。また、１坪ハウスを２棟製作し、同じ環境下でPID制御とモデルベース制御の比較実験を行う計画である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請書において示した、初年度の計画は以下である。
「１．飽差数学モデルの作成条件と運用条件（２０２０年度）：計測して得られた全てのセンサデータから、システム同定法（部分空間法など）を利用して、ハウス内飽差を出力、窓開度を制御入力、ハウス外飽差・日射量などを外乱入力とした数学モデルを作成し、モデル予測制御のシミュレーションを行うことで効果を検証する。このとき、モデルの精度を上げるために必要となる物理情報やモデル次数などのモデル作成条件、季節や天気の変化に対応可能なモデル更新周期などの運用条件を明らかにする。」
2020年度において未実施となっているのは窓開度を考慮したモデルと、制御シミュレーションである。窓開閉がハウス内の飽差や気温に特に大きく影響を及ぼすのは、加温期の12月～3月であるため、それ以外の無加温期におけるモデル作成条件や運用条件などについては計画を全て実施できたと考えている。外枠をしっかり埋めることが出来たという点で、おおむね順調に進展していると思われる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度に取得したデータにより窓開度を考慮したモデル作りと、制御シミュレーションを行う。モデルベース制御をビニールハウスで実現しようとした場合、天候などによりモデル化誤差は必ず生じるため、モデル化誤差を許容できるモデルベース制御手法を検討する。モデル化誤差が発生した条件下での制御シミュレーションの成功は、実験成功への近道であるため、早い段階で制御シミュレーションを成功させる必要がある。また、同じ環境下でＰＩＤ制御とモデルベース制御との比較をする必要がある為、高知高専の敷地に１坪ハウスを２棟設置して、2021年度中に窓開閉制御による比較実験を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020年度において、ハウスの管理費の負担を高知工科大から高知高専が受け持つこととなり、灯油代や修繕費など不測の事態に対処するため、ワークステーションなどの高額出費を控えることとなった。2021年度はデータ処理などを行うため、ワークステーションなどの出費を見込んだ結果、前倒しが必要との判断に至った。
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