Hệ thống điều khiển thích ứng
Trong sàn xuất cơng nghiệp thường gặp phài vấn đề: để cho sàn phẩm phù hợp với một yêu cẩu cùa một chi tiêu nào dĩ, phái tiến hành điều khiển và đo giám định đổi với chức năng bộ phận cùa hệ thống chc tạo sàn phẩm đĩ. thơng thường gọi đĩ là vấn đề điều khiển quá trinh, là một lĩnh vực nghiên cíai cua kỹ thuật điều khiển. Phương thức điều khién này là một loại điều khiển tự động, thu dược thơng tin từ bộ phận của hệ thống hoặc từ đầu chuyển ra, nhờ đĩ mà điều khiển chức năng cùa hệ thống. Hình 1.4 là một thí dụ cơ bản và giàn dơn trong hệ thống cĩ chức năng như vậy. Đĩ là phương thức lấy thơng tin chuyền ra của hệ thống quy về phía chuyển vào, nhờ đĩ kiểm tra sai số tồn tại mà điều tiết tín hiệu chuyến đi. Phương thức điều khiển này cĩ hiệu suất và độ chính xác kém. phạm vi thích hợp hẹp. khơng thích hợp dùng vào hệ thống quy mơ lớn. Hệ thống xừ lý trong kỹ thuật hệ thống nĩi chung đều cĩ nhiều lớp chuyển vào, quá trình bên trong phức tạp và thường phát sinh tác dụng qua lại. Quá trình của hệ thống này cịn cĩ một đặc tính là biến đổi cĩ thời eian theo một số nguyên nhân phát sinh ờ bên ngồi hoặc bên trong. Do đĩ, để điều khiển hệ thống quy mơ lớn, phải nắm vững sự thay đổi đặc tính của quá trinh do các biến động này gây ra. nĩi một cách khác là phải hiểu được đặc tính động thái của quá trình. Hệ sinh thái mà chúng ta nghiên cứu hồn tồn cĩ thể coi là hệ thống quy mơ lớn nhir vậy. Để nắm vừng đặc tính động thái cùa quá trình, cần tiến hành tính tốn và đo lường nhất định để thu được những tài liệu phán đốn cần thiết cho việc điều khiển. Những phán đốn này được hồn thành qua máy tính điện tử. Để dùng máy tính điện tử vào quá trình sản xuất. ít nhất cần cĩ đủ ba điều kiện sau đây:
1. Cĩ những máy đo lường thích đáng với độ tin cậy cao. 2. Cĩ hệ thống điều khiển chi lệnh trà lời chính xác và nhanh.
3. Phải cĩ một mơ hình quá trình tiêu chuẩn biểu hiện được điều kiện tốt nhất. Diều khiển quá trình cần cĩ mơ hinh (Ahuja. 2002; Phạm Chí rhành và ctv, 1996; Tsuji và ctv, 2002). Hình 2.4 là phương thức điều khien quá trinh khơng cĩ mơ hình. Trong phương thức này, để hiệu chính chuyền vào, đã sứ dụng tín hiệu chính phát ra chu kỳ. ngồi việc dùng máy tính để thí nghiệm động tác ra. về cơ bản là giống với hình 1.4. Phương pháp này do khơng lợi dụng thơng tin bên trong hệ thống, cho nên lượng thơng tin của tín hiệu chính từ cơ cấu điều khiển ra rất ít.
Nhiẽu
Khác với phương thức trên, phương thức đièu khiên như hình 3.4 cỏ ihê thu được nhiều thơng tin hơn trong quá trình điều khiến, cĩ thể liên tục tiến hành thao lác tốt nhất. Điểm khác với phương thức điều khiến khơng cĩ mơ hình là phương thức này cĩ mơ hình hồn tồn độc lập và dùng máy tính điện tử đế kiếm nghiệm độ chính xác cua mơ hình. Do đĩ, trong hệ thống này. cĩ thể vừa bước vào điều khiến quá trinh, vừa chỉnh lý kết quà của hành vi mình tạo ra. nhờ đĩ tiến hành hiệu đính tuỳ lúc đối với mơi trường mình ở để hiệu dính quyết định tiêu chuẩn, nên cũng gọi là hệ thống điều khiển thích ứng. Trong hệ thống quy mơ lớn tương đối phức tạp, trước hết cần đặt mơ hình vào trong hệ thống, vì thế phải làm rõ cần điều khiển biến số nào trong mơ hình, tức là điều khiển bộ phận nào tronc quá trình, sau đĩ mới tiến hành điều khiến chính xác.
Cần nghiên cứu làm thế nào để sán xuất cây trồng trong hệ sinh thái đồng ruộng trớ thành hệ thống điều khiển thích ứng như vậy để mà điều khiển. Nhưng hiện nay vẫn chưa cĩ mơ hình dùng thích hợp với hệ thống tổng hợp, thậm chí ngay đến mơ hình sản xuất (sinh trưởng) cây trồng cũng khơng hồn thiện. Dưới đây sẽ nĩi đến cơ sớ cúa sự điều khiển quá trình hệ sinh thái đồng ruộng - điều khiển quang hợp cùa quần thế cây trồng.
Mơ hình M áy tinh đê
điểu khiên Tin hiệu điều khiên Quá Tín hiệu ra M áy linh đẻ thì nghiệm mõ hình M áy lính cíỡ thí nghiệm động tác Két qua động lác
H ình 3.4. Phương thức điều khiển thích ứng (Kunizawa và ctv., 1964) Điều khiển quang hợp của quần thể cây trồng
Hệ thống sàn xuất cây trồng là một hệ thống phụ cùa hệ sinh thái đồng ruộng, mà quang hợp quần thể lại là một hệ thống con của hệ thống sàn xuất cây trồng, v ề sự quang hợp của quẩn thể cây trồng, mặc dù cĩ nhiều thơng tin, nhưng phương pháp điều khiển coi nĩ là hệ thống điều khiển thích ứng thì lại hầu như chưa được nghiên cứu. Mơ thức mơ hình hố nêu ra ở chương trước cĩ thê dùng làm mơ thức điều khiển. Từ cơng thức (95) đến (99) cĩ Ihể thấy rõ quang hợp của quần thể quyết định ở:
1. Hàm số ánh sáng - quang hợp cùa phiến lá 2. Hàm số CO2 - quang hợp của phiến lá 3. Hàm sổ hơ hấp của phiến lá
4. Cấu trúc hình học của quần thể (hệ số tiêu ánh sáng) 5. Hệ số khuếch tán trong và ngồi quần thể
6. Bức xạ mặt trời
Do dĩ, phương pháp đicu khiên cùng phai imhicn cứu lần lượt từng yếu tố. P:0,% J_____ I_____ L 0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8 C a O % J __________ I__________ L 0 0 , 2 0 , 4 0 , 6 0 , 8 0 0 . 2 0 . 4 0 , 6 0 .8
Hìnlt 4.4. Hàm lượng thành phần vơ cơ và cường độ quang hợp cùa phiến lá lúa nước Hàm sổ quang hợp của phiến ỉá
Những nhân tố chù yếu quan trọng quyết định hàm số quang hợp cùa phiến lá là; cấu trúc của lá (kế cà cấu trúc của chất diệp lục), tuồi của lá và cá thế cây, thành phần vị cơ (hữu cơ) cùa lá, lượng nước của lá và năng lục di truyền cúa giống. Trong đĩ, thịng qua điều kiện canh tác cĩ thê thay đồi chủ yếu là thành phần vơ cơ (hữu cơ) và lirợntỉ nước của lá. Các thành phan vơ cơ cỏ tác dụng là nhân tổ hạn chế đối với hàm số quang hợp cùa lá (hình 4.4). Nhưrm đỏ là kát luận rút ra ờ điều kiện trồng trong nước và trồng trong cát khi thành phần dinh dưỡng vơ cơ hết sức thiếu. Cịn ở các trường hợp
th ơ n g th ư ờ n g , th à n h p h ầ n d in h d ư ỡ n g \ ơ c ơ . n h ư dạm c h ă n g h ạ n , c h i a nh h ư ờ n g c h ú t ít
tới hàm số quang hợp mà thơi (thực lế chi anh hườn” tới hàm lượng protein). Đạm cĩ tác dụng quyết định đổi với sự mơ rộng diện tích lá. đặc biệt quan trọng đổi với sự điều kliicMi quang hợp thuần cùa quần thế thiếu nước thì từ trước khi héo cũng đã đú để hạ ihấp quang hợp. Nĩi chung, quan hệ hàm số quang hợp và độ nhiệt cĩ thể vẽ thành dường cong tốt nhất, độ nhiệt ứng với gần dinh đườntỉ coriR tương đối gần với nhiệt độ khơng khí của thời kỳ trồng trọt cây trồng đĩ.
Hàm số hơ hấp của lả dơn
Thơng thường, hoạt độim hơ hấp và hoại dộng quang hợp là song song, cĩ nghĩa là. lá cĩ hoạt động hơ hấp mạnh thì hoạt động quanu hợp của nĩ cũng mạnh. Vi thế hoạt dộng hơ hâp cĩ quan hệ chặt chẽ với tuơi lá. lá càng non thì càng mạnh. Ngồi ra hàm
lirợnt> đạm c ũ n g c ĩ q u a n hệ ch ặt chẽ \ ớ i hoạt đ ộ n u hị hâp. D o c u n g câ p đ ạ m , h o ạ t d ộ n g h ơ hâp và sự tơ n g h ợ p p ro le in là m nhàn quà c h o nha u v à đ êu đ ư ợ c th ú c đây. N h ư đã
biết, độ nhiệt thấp cĩ thê hạ thap hoại dộnc hơ hấp. nhưim độ nhiệt tốt nhất cùa hơ hấp
lại khác nha u tu ỳ lo ạ i cây trồ im . C'ír cao lên 1 0 ''c so v ứ i d ộ n h iệ t tổ l n h ấ t, th ì th ú c d ẩ y hị hấp lèn gấp 2 - 3 lầ n . u iố n u v ớ i trị số của n h ừ iií’ phán ír n i’ h ố h ọ c n ĩ i c h u n u .
Chương trước đã nĩi kỳ vấn đề này, chi nhấn mạnh là mật độ quần thể khác nhau thì phương thức ảnh hưởng khác nhau rõ rệt. Hệ sổ khuếch tán quyết định ờ tốc độ giĩ và cường độ dịng xốy. Nĩi chung, tốc độ giĩ càng lớn thì hệ số khuếch tán cũng càng lớn, tốc độ trao đổi (tích phân của hệ số khuếch tán) gần như tỷ lệ với tốc độ giĩ.
M ặt cắt thẳng đứng của nồng độ CO2
Nồng độ CO2 từ đất thải ra cĩ ảnh hưởng đối với mặt cất thẳng đứng của nĩ (hình 5.4). Đất được bĩn phân hữu cơ, làm tăng rõ rệt CO2, cĩ ý nghĩa quan trọng làm nguồn cung cấp CO2 trong nhà ấm trồng cây.
cẩu trúc hình học của quần thể
I I I I45 45
I I50 50
Như trên đã nĩi, mặc dù quan hệ và tác dụng của mồi một nhân tổ đã được nghiên cứu rõ ràng trên mức độ nào đĩ, nhưng khơng thể căn cứ vào thực nghiệm của mơ thức mơ hinh hố để nhìn ra phương hướng điều khiển thích ứng đối với quang hợp của quần
I I I I I I I55 55 c. lO^g COVcm^ I I Ì I I I 60 65 COrFlux. 10'’gCO/cm-. s fl<z). 10' cm' cm thể cây trồng, vẫn cần phải cĩ những ^
: ® ^ ® iTmh 5.4. Quan hê của sư phân bo nơng đơ CO-Í
sừa đổi tưọng ứng vĩi mơ hitih theo - V . ị- "
m ụ c đ ic h y e u cau. Hình trên: Nồng độ CO-.; Hình dưới'. Thơng lượng CO;
Trồng trọt theo k ế hoạch năng suất cao
ở Liên Xơ (cũ), người ta đã tiến hành thí nghiệm trồng ngơ theo kế hoạch năng suất cao ờ vùng Vonga. Người ta đã lần lượt xét đến các chi tiêu cơ bản của quần thể cây trồng như sau:
1. Đường cong tăng diện tích lá
2. Tạo thành thế năng quang hợp cần thiết cĩ hiệu suất quang hợp nhất định 3. Hệ số sử dụng năng lượng mặt trời trong quang hợp
4. Hệ số thốt hơi nước.
Việc lập trĩnh tự cùa chúng dựa vào các sổ liệu dưới đây: Với điều kiện của vùng
Vonga, từ ngày 20 tháng 5 nảy mầm đến ngày 20 tháng 9 thu hoạch, trong thời gian đĩ ngơ đã hút 1.800 triệu kcal/ha, trong số 3.000 triệu kcal/ha bức xạ quang hợp được tới mặt đất, tồn trữ vào trong hạt ngơ năng lượng 220 - 270 triệu kcal/ha (tương đương với khối lượng chất khơ 55 - 65 tấn/ha, hoặc khối lượng hạt 20 - 25 tấn/ha). Đĩ là con số khả năng lớn nhất của năng suất ngơ thời ấy. Cĩ năm, người ta đặt mục tiêu là đạt 1/2 con số đĩ, tức là thu được 12 tấn/ha ngơ hạt. Nếu tỷ lệ chất khơ tích luỹ trong hạt là 0,43 - 0,45 thì cần cĩ năng suất trọng lượng chất khơ tổng cộng là 23 - 24 tấn/ha.
Trong điều kiện nước trong đất thích hợp và phân bĩn đủ, hiệu suất quang hợp bình quân trong tồn thời gian sinh trướng cùa ngơ là 7- 8 g/m^ ngày. Nếu lấy hiệu suất quang hợp bình quân là 8 g/m ngàv, thì để tạo thành 24 tấn chất khơ/ha sẽ cần thế năng quang hợp (diện tích lá tính tốn trong cả thời gian sinh trường, lấy đơn vị là hecta) là khoảng 3.000 nghìn ngày.
Neu chi số diện tích lá của quần thể ngơ vào tháng 7 và 8 là 4,0 và 6,0 thì trải qua cá thời gian sinh trưởng sẽ cĩ thể hình thành thế năng quang hợp nĩi trên.
Hình 6.4. Trị số đo thực cùa trình tự thí nghiệm trồng trọt theo kế hoạch
đối với giống ngơ VIR-156