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Modelado y control jerárquico de crecimiento de cultivos en invernaderos

de Francisco Rodríguez Díaz
  • Autor: Francisco Rodríguez Díaz
  • N° de páginas: 390
  • Tamaño: 120x140
  • Formato: CD ROM
  • isbn: 9788482407494
  • Idioma: español
  • visitas: 0
La agricultura es uno de los principales motores econ³micos de la provincia de Almer­a (sudeste de Espa±a), en la que se sitºa la mayor concentraci³n de invernaderos del mundo. Hasta hace unos a±os, se ha mantenido una alta presencia en el mercado internacional, debido fundamentalmente a los relativamente bajos costes de producci³n y a la oferta de productos fuera de estaci³n, existiendo adem¡s poca competencia por parte de pa­ses en v­as de desarrollo. Esta competencia est¡ creciendo actualmente, tanto por parte de sectores muy tecnificados de pa­ses desarrollados, que ofertan buena calidad yservicio a costo medio, como con nuevos sectores en pa­ses menos desarrollados con costes de producci³n muy bajos. nicamente la mejora de la productividad y la calidad pueden permitir el mantenimiento de la rentabilidad, siendo la tecnolog­a parte esencial de este proceso. Actualmente, se est¡ realizando un gran esfuerzo encaminado a la introducci³n de tecnolog­a en cada una de las fasesde la cadena de comercializaci³n agr­cola. Evidentemente, la fase de producci³n en el invernadero es la m¡s importante, por lo que deben realizarse los mayores esfuerzos por mejorar tanto la cantidad como la calidad de los frutos. El crecimiento de un cultivo se encuentra fundamentalmente determinado por las variables clim¡ticas del entorno en el que se encuentra y por la cantidad de agua yfertilizantes que se le aplican mediante el riego; por tanto, el adecuado manejo de estas variables permitir¡ controlar el crecimiento del cultivo. Por esta raz³n un invernadero es ideal para cultivar, ya que al ser un recinto cerrado, se pueden manipular estas variables para alcanzar un crecimiento y desarrollo ³ptimo de lasplantas. Sin embargo, el hecho de conseguir las condiciones ³ptimas Volverde las variables clim¡ticas y de fertirrigaci³n1 supone un coste econ³mico en cuanto a energ­a, agua y fertilizantes. Por tanto, lo ideal desde el punto de vista econ³mico no ser¡ obtener el m¡ximo de producci³n, sino maximizar el beneficio entendido como la diferencia entre los ingresos procedentes de la venta de la producci³n final y sus costes asociados.El clima y la fertirrigaci³n son dos sistemas independientes, por lo que plantean problemas de control diferentes. Emp­ricamente, se conocen las necesidades de agua y nutrientes de cada especie de cultivo y, de hecho, los primeros sistemas que se automatizaron son los que controlan estas variables. Como el problema de control de crecimiento de un cultivo bajo invernadero es complejo, una base departida comºn en este ¡mbito consiste en suponer que las plantas reciben la cantidad de agua y fertilizantes que requieren en cada momento. De esta forma el problema se reduce al control del crecimiento de cultivos en funci³n de las condiciones clim¡ticas de su entorno. Por tanto, el objetivo principal de la presente tesis es el dise±o e implementaci³n de un sistema de control ³ptimo jer¡rquicodel crecimiento de cultivos bajo invernadero en funci³n de las variables clim¡ticas internas y externas, en el que se puedan integrar criterios econ³micos de forma que se maximice la diferencia entre el beneficio bruto obtenido por la venta del cultivo y los costes de producci³n asociados a los sistemas de actuaci³n clim¡ticos.Para llevarlo a cabo se ha requerido el cumplimiento de algunos objetivos espec­ficos, como el estudio y modelado de las variables clim¡ticas del interior del invernadero que afectan al crecimiento del cultivo, estudio y modelado de las variables que caracterizan al crecimiento del cultivo, as­ como el dise±o y prueba de algoritmos de control de las variables clim¡ticas en el interior de un invernadero.1 Riego y fertilizaci³n.Como soluci³n integrada se ha propuesto una arquitectura de control jer¡rquica de dos capas que controle el sistema cultivo/clima, bas¡ndose en la existencia de dos escalas de tiempo distintas en el problema de optimizaci³n. La capa superior, en funci³n de la producci³n esperada y sus costes asociados o de la fecha derecolecci³n, resuelve un problema de optimizaci³n que maximiza una funci³n objetivo que representa el beneficio obtenido en funci³n de las variables clim¡ticas que afectan al crecimiento de las plantas, proporcionando las consignas que deben seguir dichas variables clim¡ticas a lo largo de la campa±a. La capa inferior incluye los controladores necesarios para que se alcancen las consignascalculadas en la capa superior. Utilizando una estrategia de horizonte deslizante, en cada transici³n de noche a d­a, o viceversa, se vuelve a resolver el problema de optimizaci³n realimentando con los datos reales que se han medido de las variables clim¡ticas y del crecimiento hasta ese momento, tratando as­ de reducir los errores que se pueden cometer debido a aspectos din¡micos no contemplados por los modelos usados para la predicci³n, a desviaciones en la predicci³nmeteorol³gica o al no poderse alcanzar las consignas clim¡ticas por defecto de las perturbaciones y limitaciones en los dispositivos de actuaci³n.La presente tesis no se ha limitado simplemente al desarrollo de modelos y estructuras de control, sino que ha requerido una importante labor de experimentaci³n en campo durante varios a±os con la finalidad de obtener datos necesarios para la calibraci³n y validaci³n de modelos, as­ como para ensayar diversos algoritmos de control. Algunos de los desarrollos contenidos en esta tesis han sido incluso implantados en sistemas de control comerciales a trav©s decontratos de transferencia de tecnolog­a.
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