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ザゼンソウの肉穂花序温度調節機構に関する制御工学的解析

発表形態：: 原著論文
主要業績：: 主要業績
単著・共著：: 共著
発表年月：: 2015年09月

DOI：
会議属性：: 指定なし
査読：: 有り
リンク情報：

日本語フィールド

著者：

稲葉繁樹,広間達夫,伊藤菊一,原道宏,鳥巣諒読み: イナバシゲキ,ヒロマタツオ,イトウキクカズ,ハラミチヒロ,トリスリョウ

題名：

ザゼンソウの肉穂花序温度調節機構に関する制御工学的解析

発表情報：

農業情報研究巻: 24 号: 3 ページ: 81-89

キーワード：

ザゼンソウ，発熱植物，肉穂花序，PID制御，温度調整

概要：

抄録：

ザゼンソウの発熱器官である肉穂花序の温度制御機構について，周囲と肉穂花序の温度測定結果を元に，PID(Proportional Integral Differential)動作によるフィードバック制御の適用について検討した．まず容器をかぶせ，周囲を雪で覆ってザゼンソウの周囲を冷却した．翌日，それらを取り除いて急激な温度変化を発生させ，その後通常の外気温下に数日間置いた．その全ての過程で，肉穂花序温度と周囲温度を計測した．その結果，発熱最盛期の雄期の肉穂花序温度の目標温度は一定ではなく，直線的に変化する可変目標値で表せることが判明した．発熱の状態は活性化係数で表すことができ，同じ発熱植物であるハスより高いことが確認された．また，制御系において，肉穂花序温度をフィードバック要素として可変目標値との偏差を制御器に導く制御機構について検討したところ，外気温や発熱部から肉穂花序中心に至る伝達関数は一次遅れ系で，制御器は積分動作で表すことができた．肉穂花序温度における本制御系は，急激な温度変化に対してやや遅れて追従しつつ目標温度に戻るのに対し，穏やかな変化に対してはともに少しずつ変化する応答を示し，肉穂花序温度が自身の可変目標値に従って変化していると考えられた．

英語フィールド

Author：

Shigeki Inaba, Tatsuo Hiroma, Kikukatsu Ito, Michihiro Hara, and Ryo Torisu

Title：

Analysis of the Spadix Temperature Control Mechanism in Skunk Cabbage by Using the Proportional Integral Differential (PID) Algorithm

Announcement information:

Agricultural Information Research Vol: 24 Issue: 3 Page: 81-89

Keyword：

skunk cabbage, thermogenic plant, spadix, PID control, temperature control

An abstract：

We examined the applicability of feedback control with proportional integral differential (PID) action to the temperature control mechanism in the spadix, a thermogenic organ of skunk cabbage (Symplocarpus renifolius). We covered plants with a container and cooled with snow. The next day, we removed the snow and container, which resulted in a rapid temperature change, and continued to monitor the ambient and spadix temperature for several days. We found that the target temperature of the spadix at the early male phase is not constant but can be expressed by a variable value that changes linearly with the outside temperature. We found that the thermogenic state can be quantitatively described by the activation coefficient, which was higher in skunk cabbage than in lotus (another thermogenic plant). We modeled the mechanisms of the spadix temperature control; in our model, a transfer function to the spadix center from the heating portion near the surface and the outside temperature was described as a first-order lag system, and changes in the target temperature as a feedback. We found that the control was achieved by integral action. The control system returned the spadix temperature to the target value with a slight delay in response to sudden changes in the outside temperature, or gradually with little delay in response to gradual changes. We conclude that the spadix temperature changes in accordance with a variable target value.