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自动控制系统的设计和设施环境自动控制(一)
第1章 概况大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。其主要功能是采用电路来自动控制室内的温度，以利于植物的生长。温室的性能指标：
1．温室的透光性能
温室是采光建筑，因而透光率是评价温室透光性能的一项最基本指标。透光率是指透进温室内的光照量与室外光照量的百分比。温室透光率受温室透光覆盖材料透光性能和温室骨架阴影率的影响，而且随着不同季节太阳辐射角度的不同，温室的透光率也在随时变化。温室透光率的高低就成为作物生长和选择种植作物品种的直接影响因素。一般，连栋塑料温室在50%~60%，玻璃温室的透光率在60%~70%，日光温室可达到70%以上。
2．温室的保温性能
加温耗能是温室冬季运行的主要障碍。提高温室的保温性能，降低能耗，是提高温室生产效益的最直接手段。温室的保温比是衡量温室保温性能的一项基本指标。温室保温比是指热阻较小的温室透光材料覆盖面积与热阻较大的温室围护结构覆盖面积同地面积之和的比。保温比越大，说明温室的保温性能越好。
3．温室的耐久性
温室建设必须要考虑其耐久性。温室耐久性受温室材料耐老化性能、温室主体结构的承载能力等因素的影响。透光材料的耐久性除了自身的强度外，还表现在材料透光率随着时间的延长而不断衰减，而透光率的衰减程度是影响透光材料使用寿命的决定性因素。一般钢结构温室使用寿命在15年以上。要求设计风、雪荷载用25年一遇最大荷载；竹木结构简易温室使用寿命5~10年，设计风、雪荷载用15年一遇最大荷载。
由于温室运行长期处于高温、高湿环境下，构件的表面防腐就成为影响温室使用寿命的重要因素之一。钢结构温室，受力主体结构一般采用薄壁型钢，自身抗腐蚀能力较差，在温室中采用必须用热浸镀锌表面防腐处理，镀层厚度达到150~200微米以上，可保证15年的使用寿命。对于木结构或钢筋焊接桁架结构温室，必须保证每年作一次表面防腐处理。
第2章 自动控制系统的设计和设施环境自动控制
2.1 自动控制系统的设计
自动控制系统的各个环节的特性一般是给定的，如机械、气动、电动、液压等设备。在设计自动控制系统时，采用加入一个专门用来校正(补偿)系统特性的环节(校正环节)，来改变系统特性，使其符合给定的特性要求。实现该环节的装置，称为校正装置或调节器。设计自动控制系统主要招校正装置的设计。由于开环系统一般达不到控制的要求，因而自动控制系统均采用闭环(反馈)控制方法。在采用串联校正时。其中方块图1
图1-1 自动控制系统
自动控制系统的设计步骤
①给出系统所要求的特性(期望特性)。
②由控制目的、静态特性等要求来选择系统各元件(如电护、电动机等)。
③对该系统进行系统特性分析，并与系统的期望特性进行比较，由比较的结果来求取校正装置的特性。
④检验由此设计出的系统所具有的特性，若不满足，则重新修改校正装置的特性，直至复合要求为此。
具体的设计方法有时域法、频率法和根轨迹法。
时域法即按前面介绍的方法对系统进行分析，选择适当的校正装置，以满足系统的定性、稳态误差、超调量、过渡时间等的要求。
频率法即分析系统的频率特性，选择适当的校正装置以改变其对数频率特性的形状，以满足对系统稳态误差、相位裕量和截止频率的要求。
所谓频率特性，是在正弦量输入下，系统的输出稳态分量与输入稳态分量的复数比，用表示。只要将传递函数中的s用替代，就可得到系统的频率特性。
由于是以复致形式表示，故其幅值可表示为
称为幅值频率特性。
其相角可表示为
按系统的频率特性，可分析系统的稳定性、过渡特性和稳态误差。
根轨迹法即分析闭环传递函数的根的轨迹，然后选择适应的校正装置，以满足对系统稳定性、稳态误差和动态响应等的要求。
由于难以求解高阶特征方程，故在分析特征方程的根与方程中参数的关系时，采用根的轨迹的方法。即按特征方程式的根(它们为复数)所必须满足的增益条件和相位条件并利用根轨迹的特性来作出根的轨迹。
2．2 设施环境自动控制
2.2.1自动控制的基本概念?
所谓控制，简单地说，就是为了实现某种目的、愿望和要求，对所研究的对象进行的必要的操作。控制分为人工控制和自动控制。利用人工操作的通称为人工控制。利用控制装置，自动地、有目的地操作纵和控制某一些设备或某一些过程，从而实现某一些功能或状态就称为自动控制。用自动控制的生产过程系统，称生产过程的自动化系统，简称自动控制系统。自动控制系统就其控制的对象或者控制的具体过程而言，种类繁多，通常按如下几点分类：
1.按所控制的变量的性质分：?
(1)断续控制系统
(2)连续控制系统
2.按控制系统有无反馈分：?
所谓反馈是指将系统的输出信号或该系统中某个环境的输出信号，返送回该系统的输入端，再与输入信号一同作用于该系统本身的过程。可区分为开环和闭环控制系统。
(1)开环控制系统：没有反馈的控制系统称为开环控制系统。
(2)闭环控制系统：具有反馈的控制系统称为闭环控制系统。
3.按控制系统输出变化规律分：?
(1)自动调节系统：在这种系统中，当输入为常值，或为随时间缓慢变化值时，能保证在干扰下也能使输出自动保持恒定的预期值。自然，这种系统是属于连续闭环控制系统范畴。
(2)伺服系统：又称随动系统或跟踪系统，也属于闭环控制系统。在这种系统中，输入在广泛范围内随时间而变化，能保证输出以一定精度跟随着输入的变化而变化。
(3)程序控制系统：在这种系统中，输入是按事先确定的程序变化的，其变化规律是已知的时间函数，系统能保证输出准确地自动按事先确定的规律变化。这种控制系统可以是开环的，也可以是闭环的。 ?
2.2.2自动调节系统的组成?
自动调节系统是由起调节作用的全套自动化仪表(器)装置(调节装置)和被调节与控制的设备(或各种参数，即调节对象)构成。如温室内的感温元(器)件、调节器、各种控制件(如阀门)、散热器、温室围护结构组合在一起就是一个自动调节系统。?
自动调节装置仅管多种多样，但均必须由传感器，调节器和执行器三大部分构成。传感器好比人的眼、耳，是由具有一定物理特性的敏感元件，如热敏电阻，湿敏电阻及相应的测量变换电路等组成，它能够检测各种非电的环境参数，并转换成某一单一函数的特定信号(电量、气压或机械位移等)，送至调节器。当敏感元件发出的信号与调节器所要求的信号不相符合时，尚需通过"变送器"将信号进行相应的变换。变送器通常由电路或气路构成。
调节器好比人的大脑，是调节装置的核心部件。它将传感器送来的信号值与要求的值相比，检出偏差，再按照已经确定的运算规律算出结果，并将结果用特定的信号(电量、电气接点的通、断、气压等)送给执行器，实现预定的控制和调节。? 执行器好比人的手脚，它是一些动力部件(电动、气动、液动等)，它接收调节器发送来的特定信号，去改变调节机构(如电磁阀门、窗扇等)的位移，自动地维持某一参数恒定。
2.2.3自动调节的基本规律及对调节过程的影响?
所谓调节规律是就指调节器的输出信号与输入信号之间的关系随时间而变化的规律。
1.双位调节
双位调节是调节器只有全开和全关两个固定位置的调节动作。
双位调节系统在农业环境工程中应用极为普遍。一般凡是有上、下限触点的检测装置，如带电气触点的温度计，土壤水分张力计，双金属片式温度计等都可以做成双位调节式。?
2.比例调节(P调节)?
3.积分调节(I调节)?
积分调节器在实用中通常有两种方式，即恒速积分和比例速度积分。
4.比例积分调节(PI调节)?
人们常将比例动作和积分动作两者结合起来组成比例积分调节。 ?
2.3园艺设施自动控制的功能和对自动控制系统的基本要求
2.3.1自动系统的功能应包括如下几个方面：?
1.保温控制2.换气检制3.加温控制4.遮光控制5.CO2施用控制6.降温控制7.警报系统控制8.记录、显示和打印功能
2.3.2对温室自动控制系统的基本要求：?
1.可靠性?
由于温室内的高温和高湿和存在腐蚀性气体，所以控制装置是处于一个十分不利的环境下长期工作，因此要求配套的设施和器材有高的可靠性。
2.适应性?
现代的自动化温室造价都很高，因此，不能单生产某一种作物品种。要能根据作物品种不同和在各个不同的生长发育阶段对环境的要求，灵活方便地调整各被控环境因子，以满足作物生长发育的需求，获得高产和优质的成果。?
3.调控精度?
我们知道，在温室生产中影响生物体生长发育的环境因素如光照、温度、湿度、CO2浓度等，对不同生物和同一生物在不同的生长发育阶段都有较严格的范围，因此，为了保证生物体优质和高产、稳产，控制系统的精确度是至关重要的。
4.具有完善的软件系统
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