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自動(dòng)控制系統的設計和設施環(huán)境自動(dòng)控制(一)
第1章 概況大棚、中棚及日光溫室為我國主要的設施結構類(lèi)型。其主要功能是采用電路來(lái)自動(dòng)控制室內的溫度，以利于植物的生長(cháng)。溫室的性能指標：
1．溫室的透光性能
溫室是采光建筑，因而透光率是評價(jià)溫室透光性能的一項最基本指標。透光率是指透進(jìn)溫室內的光照量與室外光照量的百分比。溫室透光率受溫室透光覆蓋材料透光性能和溫室骨架陰影率的影響，而且隨著(zhù)不同季節太陽(yáng)輻射角度的不同，溫室的透光率也在隨時(shí)變化。溫室透光率的高低就成為作物生長(cháng)和選擇種植作物品種的直接影響因素。一般，連棟塑料溫室在50%~60%，玻璃溫室的透光率在60%~70%，日光溫室可達到70%以上。
2．溫室的保溫性能
加溫耗能是溫室冬季運行的主要障礙。提高溫室的保溫性能，降低能耗，是提高溫室生產(chǎn)效益的最直接手段。溫室的保溫比是衡量溫室保溫性能的一項基本指標。溫室保溫比是指熱阻較小的溫室透光材料覆蓋面積與熱阻較大的溫室圍護結構覆蓋面積同地面積之和的比。保溫比越大，說(shuō)明溫室的保溫性能越好。
3．溫室的耐久性
溫室建設必須要考慮其耐久性。溫室耐久性受溫室材料耐老化性能、溫室主體結構的承載能力等因素的影響。透光材料的耐久性除了自身的強度外，還表現在材料透光率隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)而不斷衰減，而透光率的衰減程度是影響透光材料使用壽命的決定性因素。一般鋼結構溫室使用壽命在15年以上。要求設計風(fēng)、雪荷載用25年一遇最大荷載；竹木結構簡(jiǎn)易溫室使用壽命5~10年，設計風(fēng)、雪荷載用15年一遇最大荷載。
由于溫室運行長(cháng)期處于高溫、高濕環(huán)境下，構件的表面防腐就成為影響溫室使用壽命的重要因素之一。鋼結構溫室，受力主體結構一般采用薄壁型鋼，自身抗腐蝕能力較差，在溫室中采用必須用熱浸鍍鋅表面防腐處理，鍍層厚度達到150~200微米以上，可保證15年的使用壽命。對于木結構或鋼筋焊接桁架結構溫室，必須保證每年作一次表面防腐處理。
第2章 自動(dòng)控制系統的設計和設施環(huán)境自動(dòng)控制
2.1 自動(dòng)控制系統的設計
自動(dòng)控制系統的各個(gè)環(huán)節的特性一般是給定的，如機械、氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓等設備。在設計自動(dòng)控制系統時(shí)，采用加入一個(gè)專(zhuān)門(mén)用來(lái)校正(補償)系統特性的環(huán)節(校正環(huán)節)，來(lái)改變系統特性，使其符合給定的特性要求。實(shí)現該環(huán)節的裝置，稱(chēng)為校正裝置或調節器。設計自動(dòng)控制系統主要招校正裝置的設計。由于開(kāi)環(huán)系統一般達不到控制的要求，因而自動(dòng)控制系統均采用閉環(huán)(反饋)控制方法。在采用串聯(lián)校正時(shí)。其中方塊圖1
圖1-1 自動(dòng)控制系統
自動(dòng)控制系統的設計步驟
①給出系統所要求的特性(期望特性)。
②由控制目的、靜態(tài)特性等要求來(lái)選擇系統各元件(如電護、電動(dòng)機等)。
③對該系統進(jìn)行系統特性分析，并與系統的期望特性進(jìn)行比較，由比較的結果來(lái)求取校正裝置的特性。
④檢驗由此設計出的系統所具有的特性，若不滿(mǎn)足，則重新修改校正裝置的特性，直至復合要求為此。
具體的設計方法有時(shí)域法、頻率法和根軌跡法。
時(shí)域法即按前面介紹的方法對系統進(jìn)行分析，選擇適當的校正裝置，以滿(mǎn)足系統的定性、穩態(tài)誤差、超調量、過(guò)渡時(shí)間等的要求。
頻率法即分析系統的頻率特性，選擇適當的校正裝置以改變其對數頻率特性的形狀，以滿(mǎn)足對系統穩態(tài)誤差、相位裕量和截止頻率的要求。
所謂頻率特性，是在正弦量輸入下，系統的輸出穩態(tài)分量與輸入穩態(tài)分量的復數比，用表示。只要將傳遞函數中的s用替代，就可得到系統的頻率特性。
由于是以復致形式表示，故其幅值可表示為
稱(chēng)為幅值頻率特性。
其相角可表示為
按系統的頻率特性，可分析系統的穩定性、過(guò)渡特性和穩態(tài)誤差。
根軌跡法即分析閉環(huán)傳遞函數的根的軌跡，然后選擇適應的校正裝置，以滿(mǎn)足對系統穩定性、穩態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)響應等的要求。
由于難以求解高階特征方程，故在分析特征方程的根與方程中參數的關(guān)系時(shí)，采用根的軌跡的方法。即按特征方程式的根(它們?yōu)閺蛿?所必須滿(mǎn)足的增益條件和相位條件并利用根軌跡的特性來(lái)作出根的軌跡。
2．2 設施環(huán)境自動(dòng)控制
2.2.1自動(dòng)控制的基本概念?
所謂控制，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是為了實(shí)現某種目的、愿望和要求，對所研究的對象進(jìn)行的必要的操作�？刂品譃槿斯た刂坪妥詣�(dòng)控制。利用人工操作的通稱(chēng)為人工控制。利用控制裝置，自動(dòng)地、有目的地操作縱和控制某一些設備或某一些過(guò)程，從而實(shí)現某一些功能或狀態(tài)就稱(chēng)為自動(dòng)控制。用自動(dòng)控制的生產(chǎn)過(guò)程系統，稱(chēng)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化系統，簡(jiǎn)稱(chēng)自動(dòng)控制系統。自動(dòng)控制系統就其控制的對象或者控制的具體過(guò)程而言，種類(lèi)繁多，通常按如下幾點(diǎn)分類(lèi)：
1.按所控制的變量的性質(zhì)分：?
(1)斷續控制系統
(2)連續控制系統
2.按控制系統有無(wú)反饋分：?
所謂反饋是指將系統的輸出信號或該系統中某個(gè)環(huán)境的輸出信號，返送回該系統的輸入端，再與輸入信號一同作用于該系統本身的過(guò)程�？蓞^分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統。
(1)開(kāi)環(huán)控制系統：沒(méi)有反饋的控制系統稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統。
(2)閉環(huán)控制系統：具有反饋的控制系統稱(chēng)為閉環(huán)控制系統。
3.按控制系統輸出變化規律分：?
(1)自動(dòng)調節系統：在這種系統中，當輸入為常值，或為隨時(shí)間緩慢變化值時(shí)，能保證在干擾下也能使輸出自動(dòng)保持恒定的預期值。自然，這種系統是屬于連續閉環(huán)控制系統范疇。
(2)伺服系統：又稱(chēng)隨動(dòng)系統或跟蹤系統，也屬于閉環(huán)控制系統。在這種系統中，輸入在廣泛范圍內隨時(shí)間而變化，能保證輸出以一定精度跟隨著(zhù)輸入的變化而變化。
(3)程序控制系統：在這種系統中，輸入是按事先確定的程序變化的，其變化規律是已知的時(shí)間函數，系統能保證輸出準確地自動(dòng)按事先確定的規律變化。這種控制系統可以是開(kāi)環(huán)的，也可以是閉環(huán)的�！ � ?
2.2.2自動(dòng)調節系統的組成?
自動(dòng)調節系統是由起調節作用的全套自動(dòng)化儀表(器)裝置(調節裝置)和被調節與控制的設備(或各種參數，即調節對象)構成。如溫室內的感溫元(器)件、調節器、各種控制件(如閥門(mén))、散熱器、溫室圍護結構組合在一起就是一個(gè)自動(dòng)調節系統。?
自動(dòng)調節裝置僅管多種多樣，但均必須由傳感器，調節器和執行器三大部分構成。傳感器好比人的眼、耳，是由具有一定物理特性的敏感元件，如熱敏電阻，濕敏電阻及相應的測量變換電路等組成，它能夠檢測各種非電的環(huán)境參數，并轉換成某一單一函數的特定信號(電量、氣壓或機械位移等)，送至調節器。當敏感元件發(fā)出的信號與調節器所要求的信號不相符合時(shí)，尚需通過(guò)"變送器"將信號進(jìn)行相應的變換。變送器通常由電路或氣路構成。
調節器好比人的大腦，是調節裝置的核心部件。它將傳感器送來(lái)的信號值與要求的值相比，檢出偏差，再按照已經(jīng)確定的運算規律算出結果，并將結果用特定的信號(電量、電氣接點(diǎn)的通、斷、氣壓等)送給執行器，實(shí)現預定的控制和調節。? 執行器好比人的手腳，它是一些動(dòng)力部件(電動(dòng)、氣動(dòng)、液動(dòng)等)，它接收調節器發(fā)送來(lái)的特定信號，去改變調節機構(如電磁閥門(mén)、窗扇等)的位移，自動(dòng)地維持某一參數恒定�！ �
2.2.3自動(dòng)調節的基本規律及對調節過(guò)程的影響?
所謂調節規律是就指調節器的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系隨時(shí)間而變化的規律。
1.雙位調節
雙位調節是調節器只有全開(kāi)和全關(guān)兩個(gè)固定位置的調節動(dòng)作。
雙位調節系統在農業(yè)環(huán)境工程中應用極為普遍。一般凡是有上、下限觸點(diǎn)的檢測裝置，如帶電氣觸點(diǎn)的溫度計，土壤水分張力計，雙金屬片式溫度計等都可以做成雙位調節式。?
2.比例調節(P調節)?
3.積分調節(I調節)?
積分調節器在實(shí)用中通常有兩種方式，即恒速積分和比例速度積分。
4.比例積分調節(PI調節)?
人們常將比例動(dòng)作和積分動(dòng)作兩者結合起來(lái)組成比例積分調節�！ � ?
2.3園藝設施自動(dòng)控制的功能和對自動(dòng)控制系統的基本要求
2.3.1自動(dòng)系統的功能應包括如下幾個(gè)方面：?
1.保溫控制2.換氣檢制3.加溫控制4.遮光控制5.CO2施用控制6.降溫控制7.警報系統控制8.記錄、顯示和打印功能
2.3.2對溫室自動(dòng)控制系統的基本要求：?
1.可靠性?
由于溫室內的高溫和高濕和存在腐蝕性氣體，所以控制裝置是處于一個(gè)十分不利的環(huán)境下長(cháng)期工作，因此要求配套的設施和器材有高的可靠性。
2.適應性?
現代的自動(dòng)化溫室造價(jià)都很高，因此，不能單生產(chǎn)某一種作物品種。要能根據作物品種不同和在各個(gè)不同的生長(cháng)發(fā)育階段對環(huán)境的要求，靈活方便地調整各被控環(huán)境因子，以滿(mǎn)足作物生長(cháng)發(fā)育的需求，獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的成果。?
3.調控精度?
我們知道，在溫室生產(chǎn)中影響生物體生長(cháng)發(fā)育的環(huán)境因素如光照、溫度、濕度、CO2濃度等，對不同生物和同一生物在不同的生長(cháng)發(fā)育階段都有較嚴格的范圍，因此，為了保證生物體優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)、穩產(chǎn)，控制系統的精確度是至關(guān)重要的。
4.具有完善的軟件系統
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