一种肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化系统及方法

本发明涉及家禽养殖环境控制，具体为一种肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化系统及方法。

背景技术：

1、肉鸡育雏期是家禽养殖过程中的关键阶段。育雏期的鸡群对舍内环境的温湿度以及氨气等有害气体浓度具有极高的敏感性。为了维持鸡群的健康生长，育雏鸡舍通常需要配备机械通风系统。机械通风系统通过控制舍内外的气体交换调节温度、排除湿气并降低有害气体的积累。

2、在现有的育雏鸡舍环境控制实践中，通风系统的运行管理主要依靠养殖人员设定固定的通风曲线或使用常规的环境控制器。常规的环境控制器通过布置在舍内的传感器采集温湿度数据，并设定上下限阈值控制风机的启停以及进风口的开度。规模化养殖场通常引入带有预设逻辑的环控主机。环控主机根据鸡群的日龄推算基础通风量，并结合外部天气情况由人工定期手动调整舍内通风管道的开启数量和进风面积，试图满足鸡群在不同生长阶段的生理需求。

3、然而，上述现有技术在实际应用中存在明显的缺陷。现有的环境控制方案缺乏对通风管道数量与舍内三维流场分布之间映射关系的数值求解能力，完全依赖养殖人员的人工经验主观判断并手动增减通风管道的开启数量。依靠人工经验的主观调节方式无法根据环境基准数据执行多目标参数的动态计算与迭代评价，导致通风系统无法实现管道开启数量的无人化寻优。缺乏无人化寻优机制导致进风分布不均或气流组织混乱，容易引发鸡舍局部区域冷应激或有害气体浓度超标的环境失控隐患，无法保证育雏期鸡舍内部热舒适度与空气品质的精确控制。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有鸡舍通风系统依赖人工经验调节、容易造成局部冷应激与环境指标恶化的问题。为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案。

2、本发明第一方面提供一种肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化系统。肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化系统包括传感网络模块、上位机算法模块、下位机控制模块以及执行机构模块。

3、传感网络模块配置于育雏期鸡舍内部，采集鸡舍内部的实时环境数据。上位机算法模块接收实时环境数据，将离散的管道数量作为计算流体力学模型的边界条件进行计算，运行预设的多目标函数，并通过对管道数量进行迭代寻优，输出最小必要管道数量作为最优解。下位机控制模块接收最优解数据，根据最优解数据生成底层硬件驱动信号。执行机构模块包含多组参数化管段、安装于对应参数化管段上的电动闸板总成以及风机矩阵。执行机构模块根据底层硬件驱动信号改变电动闸板总成的开闭状态以及风机矩阵的运行转速。

4、作为本发明一个实施例的进一步限定，上位机算法模块内置几何参数化脚本。上位机算法模块接收作为离散变量的通风管道数量，运行几何参数化脚本在三维几何基准模型上生成与管道数量数值相等的侧壁入口。上位机算法模块通过几何参数化脚本执行布尔切割操作，将生成的侧壁入口从三维几何基准模型的实体侧壁面上切除，形成计算流体力学模型的进风物理通道，完成进风边界条件的自动赋值。

5、作为本发明一个实施例的进一步限定，上位机算法模块结合历史环境数据执行熵权法计算，动态更新多项目标权重系数的数值。多目标函数综合评价流场计算结果中的空间温度差数值、风速变异系数、运行功率数值以及氨气浓度数值。上位机算法模块提取当前迭代步的流场计算结果，将空间温度差数值、风速变异系数、量纲归一化处理后的运行功率数值以及偏离目标氨气浓度的绝对差值分别与对应的目标权重系数相乘。上位机算法模块将上述乘积结果执行加和计算，生成综合量化评价育雏期鸡舍热舒适度、空气品质以及运行能耗的当前迭代步的多目标函数值。

6、作为本发明一个实施例的进一步限定，上位机算法模块生成粗网格模型以及细网格模型。上位机算法模块利用粗网格模型执行管道数量迭代的快速筛选求解。在相邻两次迭代计算输出的多目标函数下降梯度满足切换条件后，上位机算法模块调用细网格模型完成后续的精确求解计算。在执行当前管道数量的计算流体力学模型稳态求解之前，上位机算法模块提取前一次稳态求解收敛的流场数据文件，将流场数据文件中的物理场分布数据映射至当前管道数量对应的流体计算网格中，设定为当前稳态求解的初始计算流场。

7、作为本发明一个实施例的进一步限定，参数化管段的外侧壁沿轴向注塑成型有定位卡槽，参数化管段的中部开设有安装缺口。电动闸板总成包含闸板外框以及设置于闸板外框内部的活动闸板。闸板外框嵌入并固定于安装缺口内，使得活动闸板截断参数化管段的内部气流通道。闸板外框的内侧壁设置有弹性凸起结构。弹性凸起结构与定位卡槽相对应配合形成过盈配合量。活动闸板的外边缘粘接有三元乙丙发泡密封条。活动闸板处于关闭状态时三元乙丙发泡密封条受压阻断气流泄露通道。

8、作为本发明一个实施例的进一步限定，电动闸板总成包含驱动单元以及传动组件。驱动单元包含24v永磁步进电机以及12位绝对式编码器。传动组件包含齿轮与齿条。传动组件将24v永磁步进电机的旋转运动转换为活动闸板的直线运动。在活动闸板完成关闭行程后，传动组件进入机械自锁状态。机械自锁状态配合24v永磁步进电机的静电磁保持转矩对活动闸板施加轴向固定力，抵消管内负压吸力。

9、作为本发明一个实施例的进一步限定，下位机控制模块内部烧录有防喘振时序逻辑程序。当判定当前运行的管道数量与最小必要管道数量不一致时，防喘振时序逻辑程序控制执行机构模块遵循如下物理动作顺序：首先根据降频控制信号降低风机矩阵的运行频率，随后控制待停用参数化管段上的对应电动闸板总成执行闭合行程，并控制待启用参数化管段上的对应电动闸板总成执行开启行程，最后根据升频控制信号提升风机矩阵的运行频率至目标风机频率。上述物理动作顺序降低管网切换瞬间的空气阻力突变幅值，防止风机矩阵发生气流喘振现象。

10、作为本发明一个实施例的进一步限定，肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化系统包括云端服务器模块。上位机算法模块封装于云端服务器模块内部署的容器化引擎的标准化镜像文件内。云端服务器模块配置有应用编程接口。云端服务器模块通过应用编程接口接收外部环境控制器发送的输入请求数据包。输入请求数据包为json数据格式且携带肉鸡日龄数值与肉鸡体重数值。上位机算法模块根据肉鸡日龄数值与肉鸡体重数值更新计算流体力学模型中多孔介质的阻力参数。

11、本发明第二方面提供一种肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化方法。

12、肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化方法包括以下步骤：获取鸡舍当前的环境参数，判断实测温度与氨气浓度是否超出设定的容许区间；若超出设定的容许区间，生成二次优化指令，依据当前通风管道数量刷新计算流体力学模型的几何边界，重新划分网格后执行流体稳态求解；提取流场计算结果并执行多目标函数评价计算，若当前评价计算结果未满足收敛准则或当前多目标函数值处于上升状态，将通风管道数量递增并返回执行刷新几何边界与网格的步骤；若当前评价计算结果满足收敛准则，将当前通风管道数量确定为最小必要管道数量；根据最小必要管道数量生成控制指令，降低风机矩阵的运行频率，随后控制待停用参数化管段上的电动闸板总成关闭，并控制待启用参数化管段上的电动闸板总成打开，完成动作后提升风机矩阵的运行频率至目标频率。

13、本发明提供了一种肉鸡育雏鸡舍通风管道数量自动迭代优化系统及方法。具备以下有益效果：

14、1、本发明通过上位机算法模块运行几何参数化脚本执行布尔切割操作以自动更新计算流体力学模型的进风边界条件，并提取稳态求解的流场数据文件进行映射以及利用历史环境基准数据动态更新多目标函数的权重系数执行迭代评价，实现了通风管道最小必要数量的无人化寻优，排除了人工凭借经验主观调节造成的环境失控隐患，保证了育雏期鸡舍内部热舒适度与空气品质的精确控制。

15、2、本发明通过在参数化管段的安装缺口处固定具有活动闸板以及三元乙丙发泡密封条的电动闸板总成，并利用传动组件的齿轮与齿条将永磁步进电机的旋转运动转换为活动闸板的直线运动，在闭合后进入机械自锁状态产生抵消管内负压吸力的轴向固定力，实现了管道内部气流通道的可靠截断与高强度密封防漏风，保障了虚拟流场寻优结果在真实物理空间的准确映射与环境控制指令的精准执行。

16、3、本发明通过下位机控制模块的防喘振时序逻辑程序，控制执行机构模块严格遵循先降低风机矩阵的运行频率，随后依次切换对应参数化管段上电动闸板总成的闭合与开启状态，最后再提升风机矩阵至目标运行频率的物理动作顺序，实现了管网切换瞬间系统空气阻力突变幅值的有效降低，排除了局部流路突变诱发的风机气流喘振现象，提升了底层机电硬件设备的长期运行寿命与动态执行稳定性。