自动控制理论论文大全11篇

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一、工程概况：

本空调工程全部采用吊顶暗装风机盘管加独立新风系统。室内风机盘管承担全部的室内冷负荷和湿负荷，新风机组把引入的室外新风处理到室内焓值，再按需求分配到各个房间。按舒适性空调设计，采用露点送风。系统冷热源选用风冷式空气源热泵，安置于天台上。空调水系统采用一次泵定水量系统，双管制，闭式循环。系统主机采用远程控制，各房间的风机盘管可单独控制调节。

二、空气房间温度自动控制是通过接通或断开电加热器，以增加或减少精加热器的热量，而改变送风温度来实现的。

空调温度自动控制系统常用的改变送风温度方法有：控制加热空气的电加热器，空气加热器（介质为热水或蒸汽）的加热量或改变一、二次回风比等。室温控制规律有位式、比例、比例积分、比例积分微分以及带补偿与否等几种。设计时应根据室温允许波动范围大小的要求，被控制的调节机构及设备形式，选配测温传感器、温度调节器及执行器，组成温度自动控制系统。

（1）控制电加热器的功率

控制电加热器的功率来控制室温的系统，其原理图及方框图见下

①是室温位式控制方案，由测温传感器TN，位式温度调节器TNC，及电接触器JS组成。当室温偏离设定值时，调节器TNC输出通断指令的电信号，使电接触器闭合或断开，以控制电加热器开或停，改变送风温度，达到控制室温的目的

②是室温PID控制方案，由测温传感器TN，PID温度调节器TNC及可控硅电压调整器ZK组成，可实现室温PID控制。

（2）控制空气加热器的热交换能力

控制进入空气加热器热媒流量的室温控制系统及其原理如下：

该方案是由测温传感器TN，温度调节器TNC，通断仪ZJ及直通或三通调节阀组成。当室温偏离设定值时，调节器输出偏差指令信号，控制调节阀开大或关小，改变进入空气热交换器的蒸汽量或热水量，从而改变送风温度，达到控制室温的目的。

（3）制进入空气加热器的热水温度

该温控方案组成与上面相同，不同的是控制三通阀来改变进入空气加热器的水温，改变热交换能力，达到控制室温的目的。

三、房间空气相对湿度自动控制的方法

空调房间温湿度控制：

空调房间温湿度的干扰因素的多样性，气候变化的多工况性以及房间存在的较大的热惯性等因素使得利用单回路直接控制房间温湿度的方法难以达到满意的调节效果。因此，应该另选有效的方法。针对空调房间的热特性，采用串级调节较适宜。其调节框图如图所示

室温调节器用于克服维护结构传热，室内热源散热引起的室温干扰。室温调节器根据房间内实际温度与设定温度的偏差调整送风温度的设定值。送风温度调节器则用来控制送风温度。这一环节主要克服在不同的季节，新风、回风混合比的变化引起的对换热器的出口状态干扰。使其在进入房间前受到一定的抑制，减少对室内状态的影响。采用串级调节后，还能改变对象的时间特性，提高系统的控制质量。

四、风机盘管空调系统的自动控制

（一）温控器

（1）风机盘管宜采用温控器控制电动水阀，手动控制风机三速的控制方式。风机启停与电动水阀连锁。

（2）冬夏季均运行的风机盘管，其温控器应有冬夏转换措施。一般以各温控器独自设置冬夏转换开关为好。

（二）节能钥匙

（1）房间设有节能钥匙系统时，风机盘管宜与其连锁以节能。

（2）当要求不高时，可采用插、拔钥匙使风机盘管启动或断电停转的方式。使用要求较高时，可增设一个温度开关。

（三）定流量水系统

风机盘管定流量水系统自控方式较简单易行，但节能效果没有变流量自控方式好。

五、风机盘管的定流量水系统自动控制

该工程使用定流量二管制，其风机盘管机组的控制通常采用两种方式。

（1）三速开关手控的二管制定流量系统

采用二管制水系统时，表面冷却器中的水是常通的。水量依靠阀门的一次性调整，而室温的高低是由手动选择风机的三档转速来实现的。

（2）温控器加三速开关的二管制定流量水系统

采用这种控制的水系统时，表面冷却器中的水是常通的，水量依靠阀门一次性调整。室内温度控制器控制风机启停，而手动三档开关调节风机的转速。

温控器选择AFT06*系列即可满足要求。该系列是带浸入式套管的。

六、变风量系统的监控

变风量系统的基本思想是当室内空调负荷改变以及室内空气参数设定值变化时，自动调节空调系统送入房间的送风量，使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配，以满足室内人员的舒适要求或工艺生产要求。同时送风量的调节可以最大限度的减少风机的动力，节约运行能耗。

除了节能的优势外，VAV系统还有以下特点：（1）能实现局部区域的灵活控制，可根据负荷变化或个人舒适度要求调节。（2）由于能自动调节送入各房间的冷量，系统内各用户可以按实际需要配置冷量，考虑各房间的同时使用系数和负荷分布，系统冷源配置可以减少20%~30%左右，设备投资相应较大减少。（3）室内无过冷过热现象。

该系统采用单风管再加热VAV空调系统，其原理和控制系统图如下：

七、空调用制冷装置的自动控制

1、蒸发器的自动控制

空调用制冷装置系统的蒸发器和冷凝器温度的自动控制如图所示

空调负荷是经常变化的，因此，要求制冷装置的制冷量也要相应地变化。而制冷量的变化，就是循环的制冷剂流量的变化，所以需要对蒸发器的供液量进行调节，实现对载冷剂即被冷却物质的温度控制。空调用制冷装置的中常用的供液量自动控制的设备是热力膨胀阀。

热力膨胀阀的一种直接作用式调节阀，安装在蒸发器入口管上，感温包安装在蒸发器的出口管上。DV1和DV2是电磁阀，压缩机停时，电磁阀立即关闭，切断冷凝器至蒸发器的供液。

2、冷凝器的自动控制

在制冷装置上通常用冷却水量调节阀来调节冷凝温度。冷却水量调节阀是一种直接作用式调节阀，安装在冷凝器的冷却水进水管上，它的压力测量温包安装在压缩机的排气端，或冷凝器的制冷剂入口端，以感受Pl的变化。

3、制冷装置的自动保护

为了保证制冷装置的安全运行，在制冷系统中常有一些自动保护器件。制冷系统常用的自动保护包括排气压力保护、吸气压力保护、减压保护、断水保护、冷冻水防冻保护等。其系统图如下：

（一）排气与吸气压力自动保护

在制冷设备中设置了安全阀，还使用压力控制器来控制排气压力。当排气压力超过设定值时，压力控制器立即切断压缩机电动机电源，起高压保护作用；控制吸气压力的采用压力控制器PxS。它对吸气压力有保护作用。

（二）油压的自动保护

在制冷压缩机运转过程中，它的运动部件会摩擦生热。为了防止部件因发热而变形而发生事故，必须不断供给一定压力的油。油压控制器是一个压差控制器，用它可以实现制冷装置油压的自动保护。

（三）断水自动保护

为了保证压缩机的安全，在压缩机水套出水口和冷凝器出水口，装设了断水保护装置。该装置是由测量冷凝器出水口水的电阻的两个电极，配以晶体管控制电路的水流控制器SLS及继电器所组成。

（四）冻水防冻自动保护

在制冷装置运行中，蒸发器中冷冻水温度过低，容易发生冻结影响压缩机的正常运行，因此设置了冷冻水防冻自动保护系统。该系统是在蒸发器出口端安装了温度控制器TfS，当冷冻水出口处温度降至较低时，温度控制器使中间继电器断开，压缩机也就停止运转；在压缩机停转后，若蒸发器冷冻水温度回升到某一温度时，温度控制器使中间继电器接通，冷冻水泵和冷却水泵就重新启动，而压缩机也恢复运转。

4、水量调节阀的选择：

根据系统水管管径尺寸为：DN25DN32DN50三种，选择相应阀门口径的电动调节阀。结果如下：（品牌：丹佛斯）

阀门口径KV值经过阀们的流量（m^3/h）

压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)

0.20.250.30.350.40.450.50.550.6

DN25104.475.005.485.926.326.717.077.427.75

DN32167.168.008.769.4710.1210.7311.3111.8712.39

DN504017.8920.0021.9123.6625.3026.8328.2829.6630.98

二通阀选择：DN25Kvs=10m^3/h编号：065Z3420法兰连接VL2（PN6）

065B1725法兰连接VF2（PN16）

065B1525法兰连接VFS2（PN25）

DN32Kvs=16m^3/h编号：065Z3421法兰连接VL2（PN6）

065B1732法兰连接VF2（PN16）

065B1532法兰连接VFS2（PN25）

DN50Kvs=40m^3/h编号：065Z3423法兰连接VL2（PN6）

065B1750法兰连接VF2（PN16）

065B1550法兰连接VFS2（PN25）

三通阀选择：DN25Kvs=10m^3/h编号：内螺纹：065B1425外螺纹：065B1325

法兰连接VF3，VL3

DN32Kvs=16m^3/h编号：内螺纹：065B1432外螺纹：065B1332

DN50Kvs=40m^3/h编号：内螺纹：065B1450外螺纹：065B1350

模拟量控制驱动器：AME15，AME16，AME25，AME35

AME电子驱动器用在DN50以下的VRB，VRG，VF，VL，VFS2，VEF2阀门。该驱动器自动适应行程到阀的终端位置以减少调试时间。电源电压：24V~。适配器编号：065Z7548，介质温度超过150℃。阀杆加热器，用于DN15~DN50的阀门，编号是065B2171。

手动平衡阀：MSV-C该阀用于平衡制冷、供热和生活用水系统的流量。其特点有：固定的测量孔板；带有2件针式测量接头；手轮具有关断功能，一圈360度均可读数；数字刻度指示，并具有锁定功能；固定孔板测量精度是+-5%，MSV-C为内螺纹。

八、风机盘管系统的监控

风机盘管系统的控制通常包括风机转速控制和室内温度控制两部分。

1、风机盘管系统的监控功能

（1）室内温度测量；（2）冷、热水阀开关控制；（3）风机变速及启停控制

其监控原理图如图

九、新风机组的监控

新风机组通常与风机盘管配合进行使用，主要是为各房间提供一定的新鲜空气，满足人员卫生要求。其基本监控功能有：（1）监测功能检查风机电机的工作状态，确定是处于开或关；检测风机电机的电流是否过载；测量风机出口处的空气温湿度，以了解机组是否已将新风处理到要求的状态；测量空气过滤器两侧的压差，以了解过滤器是否要求清洗；检查新风阀状态，确定是开还是关。（2）控制功能根据要求启停风机；控制水量调节阀的开度；控制干蒸汽加湿器调节阀的开度；换热器的冬季防冻保护（3）集中管理功能显示新风机组启停状态，送风温湿度，风阀，水阀状态。通过中央控制管理机启停机组，修改送风参数设定值

为实现上述功能，相应的硬件配置如下：

新风机组的新风阀配置开关式风阀控制器。这是因为新风机组的风量是根据工作区内人员数量计算出来的，一般不做调节，因此新风门只有开、闭两种状态。在风机开启时，风阀全开，停机时，风阀全关。风阀的控制通过一路DO通道完成。当输入为高电平时，风阀全开；低电平时，风阀全关。若要了解风阀的实际状态，还可以用一路DI接受风阀执行器的反馈信号。

十、电子机械房间恒温控制器RMTE

该控制器广泛应用于商业、工业和住宅建筑。适用于供热，制冷和全年空调系统的室温控制，特别是风机盘管和电加热器等。特点是：高度敏感，无基准振动问题，硬防火塑料底座和上盖，一体结构，易于安装，系统OFF位置，切断所有环路。RMTE-HC2适用于2管制供热/关断/制冷，温度范围是10~30℃。电源等级：230V+-10%50/60HZ电流等级：恒温控制器1A230V/AC风机6（2）A230V/AC

十一、区域电动阀ZV-2/3

该系列阀门与时间温度控制器一起用来控制家庭和商业的中央供热，热水及冷水系统中的水量。主要参数：适用于各种安装要求和偏好，适用于供热和供冷应用，性能可靠，使用寿命长，易于安装和接线，结构坚固。相关数据如下：

类型产品编号种类DN关闭压力KV螺纹（外）介质

ZV-215087N72402-通开/关152.5bar3.2G1/2”制冷/热水（+5/+90）

ZV-220087N7241202bar3.2G3/4”

ZV-225087N7242250.8bar6.8G1”

ZV-315087N72373-通分流器152.5bar4.3G1/2”

ZV-320087N7238201bar4.6G3/4”

ZV-325087N7239251bar5.7G1”

十二、SIEMENS3LD主控和急停开关

3LD1开关可用于控制主回路、辅助回路以及三相电机和其它负载。应用

它是手动隔离开关，符合IEC947-3/DINVDE0660第107部分(EN60947-3)标准，并且满足隔离要求。3LD1控制开关可以用于：起/停(ON/OFF)。控制该开关有三个相邻的主触头，在开关的任何一边都可以装第四个触头。这个触头可以是N触头或一个带1常开和1常闭触点的开关

SIEMENS3TH中间继电器

3TH系列中间继电器，适用于交流50Hz或60Hz，电压至660V和直流电压至600V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈及作为电信号的放大和传递，符合IEC947，VDE0660，GB14048等标准。继电器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入继电器的活动部位。接线端都有罩覆盖，人手不能直接接触带电部位，安全防护性很高；继电器电磁铁工作可靠、损耗小、噪音小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。

十三、压差控制器

根据阀门口径，选择以下几种：ASV-PVDN25ASV-PVDN32AIPDN50

ASV压差平衡阀可自动保证供热和制冷系统的水力平衡。该工程中采用的是定水量系统，压差控制器用在排气与吸气压力自动保护中。使用ASV阀门，可避免烦琐的调试过程，安装完阀门即可。在所有负荷下自动平衡系统，也有助于节能。安装时需安在回水管，且流向应与阀体上的箭头一致。

十四、参考文献

建筑环境与设备的自动化刘耀浩天津大学出版社

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厂址位于XX市西郊雷锋大道7公里处，占地面积620亩。为加速实施全省农业结构的调整，先后从美国﹑法国﹑埃及﹑日本及国内10多个省市科研育种单位引进优质果茶品种资源158个，优质果茶种苗40多万株，建成果茶母本园150亩。每年可向社会提供优质果茶苗木200多万株，果茶母（接）穗1万公斤以上，生产优质果茶产品1000吨以上。

果茶场也是省城第一座以品茶、园艺、垂钓为主题的农业观光园。这里空气清新，景色怡人。春有草莓、樱桃、“明前”茶；夏有枇杷、苹果、葡萄、桃、李、杨梅、无花果与瓜类；秋有板栗、柿、枣、梨、猕猴桃；冬有柑桔、橙类等。一年四季。百果飘香，是个名副其实的“百果园”。

该厂第二期工程将于2003年完成，面积将扩至1000多亩。年生产优质果茶苗木将达到1000万株，优质果茶产品产量也将成倍增加，更多的农业高新技术将落户该场。果茶苗木和产品的生产、检测、采后处理、加工和多种农业观光设施将全部完善和配置。届时，一个全新的高科技生态农业示范、观光园将会展现在你的面前。

百果园是农业高科技的结晶，而滴灌系统是其中的重中之重。百果园现建成的620亩果园，全部由从以色列引进的先进滴喷灌系统控制，该园地势起伏较大，最高处海拔达86.60m，最低处64.72m，传统灌水方式很难进行，而先进的滴灌系统由于对地形的适应能力强，而且特别适应山地丘陵地区，所以滴灌正好大施其能，由低处水库中取水，经过过滤加压，然后由遍布全园的各种管道把带有肥料、除虫剂的水准确地送到每片需水地园中，保证果树的正常需水。不过其系统自动化程度不高，全园仅能使用微机控制电磁阀的开启，不能精确实现作物的轮灌、对灌水时间和灌水量还不能实现有效的控制，有望进一步提高。

2滴灌系统

滴灌就是滴水灌溉技术，它是利用低压管道系统，使滴灌水成点滴地、缓慢地、均匀而又定量地浸润作物根系最发达的区域，使作物主要根系活动区的土壤始终保持在最优含水状态。滴灌不同于传统的地面灌溉湿润全面积土壤，因此滴灌有节约灌溉用水量、促进作物生长和提高产量的作用，是一种很有发展前途的局部灌水技术。

百果园主要种植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果树，如果采用其它灌水方法，不仅浪费水资源，而且很难保证满足果树的需水量，而滴灌具有省水节能、省工省地省肥、操作简单，易于实现自动化、对土壤地形适应性强、保护和保持生态环境等优点，所以滴灌成为了百果园地首选。

2.1百果园滴灌系统的组成

百果园滴灌系统主要由水源、首部枢纽、输配水管网和尾部设备灌水器以及流量、压力控制部件和测量仪表等组成，如图所示。全园滴灌系统组成示意图：

1.水源2．水泵3.供水管4.蓄水池5.逆止阀6.施肥开关7.灌水总开关8.压力表

9.主过滤器10.水表11.支管12.微喷头13.滴头14.毛管(滴灌带、渗灌管)

15.滴灌支管16.尾部开关(电磁阀)17.冲洗阀18.肥料罐19.肥量调节阀20.施肥器21.干管

2.1.1水源

江河、湖泊、水库、井、渠、泉等水质符合微灌要求的均可作为水源，百果园采用从园中的水库中取水。

2.1.2首部枢纽

百果园的首部枢纽包括泵组、动力机、肥料罐、过滤设备、控制阀、进排气阀、压力表、流量计等。其作用是从水库中取水增压并将其处理成符合微灌要求的水流送到系统中去。百果园中采用五级加压式离心泵，在水库中取水，现取现用，计划建一水塔蓄水。

2.1.3输配水管网

输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的水按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器。包括干、支管和毛管三级管道，毛管是微灌系统末级管道，其上安装或连接灌水器。微灌系统中直径小于或等于63毫米的管道常用聚乙烯(PE)管材，大于63毫米的常用聚氯乙烯（PVC）管材。百果园中干、支管采用PVC管和UPVC管，毛管采用PE管。

2.1.4尾部设备

尾部设备是微灌系统的关键部件，包括微管和与之相联的灌水器(小微管、滴头、微喷头、滴灌带、渗灌头、渗灌管等)插杆等。灌水器将微灌系统上游所来的压力水消能后将水成滴状、雾状等施于所需灌溉的作物根部或叶面。

2.2百果园滴灌灌溉系统

灌溉系统的第一期工程是由以色列的普拉斯托公司负责承建，全园采用先进的滴、喷灌相结合的微灌节水技术，是我国南方发展节水农业的典范，其具体情况见下：

2.2.1设计原则

滴灌灌溉系统设计除了满足节水、节能、省力等之外，通常应遵循以下主要原则：

①必须满足果园果树生长对水分的要求；

②灌溉系统设计应结合耕作实际，便于操作；

③应使所选择的灌水方法既能满足作物的灌溉要求，又不因灌溉而造成病害、虫害的发生；

④在尽可能的情况下，灌溉系统设计时应考虑施肥及喷药装置；

⑤在尽可能的情况下，应使灌溉系统在满足灌溉要求的同时，工程建设的综合造价最小。

2.2.2设计步骤

2.2.2.1资料的收集在系统设计时，必须掌握以下资料：

①地形资料：根据实际情况测绘大比例尺地形图，其中包括果园的平面布置、道路、水源位置、高差等。

②土壤资料：主要是土壤理化性质、地下水埋藏深度和土层厚度等。土壤理化性质主要包括土壤类别、干容重、含盐情况、土壤田间持水率等。

③气象资料：区域年均降雨量及季节分布、平均气温、极端气温（包括最高、最低气温）、最大冻土层深度、无霜期、蒸腾蒸发资料等。

④水源资料：水源属性（个人或集体）、种类、水源位置、水质、含沙情况、水位、供水能力、利用和配套情况等。若水源为机井时，还应调查机井的静水位和动水位，当地下水水位较浅时，一定要调查清楚地下水位及其周年变化规律。若水源为渠水时，应调查清楚水源的含泥沙种类、含沙量、水位、供水时间、可能的配水时间等。同时，还应特别注意水源的保证率问题，不论是只用于果园的水源还是与周围大田混用的水源，都应考虑这个问题。

⑤百果园作物种植资料：其中包括作物的种类、种植密度（其中最主要的是行距和株距）等。

⑥百果园的环境资料：包括百果园周围的地形、交通和供电等。

2.2.2.2灌水方法的选择灌水方法选择适当与否，除了影响工程投资外，还直接影响着灌溉系统的效益发挥和灌溉保证率。因此，应根据作物种类、作物的种植制度、种植季节、水源情况、果园设施情况、工程区社会经济情况等，合理地选择相对投资较省、灌溉保证率较高且有利于果园果树生长的灌水方法。百果园灌溉系统的灌水方法采用以滴灌为主，滴喷灌相结合的方式。

2.2.2.3滴灌系统布置，百果园滴灌系统的管道分干管、支管和毛管等三级，布置时干、支、毛三级管道要求尽量相互垂直，以使管道长度和水头损失最小。通常情况下，园内一般出水毛管平行于种植方向，支管垂直于种植方向。

2.2.2.4滴灌灌溉制度的拟定

①灌水定额：是指作为滴灌系统设计的单位面积上的一次灌水量，如果用灌水深度表示，可用式（4-8）计算，即

H——计划湿润层深度（米），一般蔬菜0.20-0.30米深根蔬菜或果树0.3-1.0米；

p——土壤湿润比，70%-90%。

②设计灌水周期：滴灌设计灌水周期是指按一定的灌水定额灌水后，在作物适宜土壤含水率的条件下，保障作物正常生长的可能延续时间T，用式（4－9）计算，即

③一次灌水延续时间：一次灌水延续时间是指把设计灌水定额水量，在不产生径流的条件下，均匀分布于果园田间所用的灌水时间，用式（4－10）计算，即

i.轮灌区数目的确定：（a）对于固定式滴灌系统，轮灌区数目可按式（4-11）计算：（b）对于移动式滴灌系统，则有：

ii.一条毛管的控制灌溉面积：（a）对于固定式滴灌系统，毛管固定在一个位置上灌水，控制面积为

f=SeL(4-13)

式中f——每条毛管控制的灌溉面积（平方米）

L——毛管长度（米），移动式滴灌系统中为出流毛管长度。

（b）对于移动式滴灌系统，一条毛管控制的灌溉面积为

2.2.2.5滴灌系统控制灌溉面积大小的计算在灌溉水源能够得到充分保证的条件下，滴灌面积的大小取决于管道的输水能力。对于水源流量不能满足整个区域需要时，滴灌面积为

2.2.2.6管网水力计算滴灌系统各级管道布置好以后，即可从最末端或最不利毛管位置开始，逐级推算各级管道的水头损失（包括沿程水头损失和局部水头损失）。在设计中，同一条支管上的第一条毛管最前端出水孔处水头与最末一条毛管最末端出水孔处水头之间的差值，不超过滴头设计工作压力的20％，流量差值不超过10％；对于采用压力补偿式滴水器时，仅要求区域内滴头流量差值不超过10％，并据此确定支、毛管的最大设计长度；在滴灌中，由于管网中水流压力通常小于0．3兆帕，所以多选用PVC塑料管道。管道中水流在运动过程中的压力损失通常包括沿程阻力损失和局部阻力损失。工程设计中塑料管道的沿程阻力损失常选用式（4－16）、（4－17）计算，局部阻力损失常用式（4－18）计算。①沿程阻力损失hf

当管道有多个出水口时，管道的沿程阻力应考虑多口出流对沿程阻力的折减问题，多口出流折减系数k，对应计算公式

②局部阻力hj

工程设计中为了计算方便，局部阻力损失也常按沿程阻力损失hf的10％估算。

2.2.2.7管道系统设计包括各级管道的管材与管径的选择、各级固定管道的纵剖面设计、管道系统的结构设计。

①管材的选择：可用于灌溉的管道种类很多，应该根据滴灌区的具体情况，如地质、地形、气候、运输、供应以及使用环境和工作压力等条件，结合各种管材的特性及适用条件进行选择。一般情况下，对于地理固定管道，可选用钢筋混凝土管、钢丝网水泥管、石棉水泥管、铸铁管和硬塑料管。钢管易锈蚀和腐蚀，最好不要选用。随着材料工业的发展，地埋管道多选用塑料管。选用塑料管时一定要注意，不同材质的塑料管在几何尺寸相同的情况下可承受的工作压力相差甚远，特别是在使用低密度聚乙烯管（PE管）时，一定要注意管壁的厚度是否达到了能承受系统所要求压力的厚度，若没有达到，千万不能使用，否则将会埋下隐患，造成运行时管道发生爆破，甚至导致整个管道系统瘫痪。用于滴灌地埋管道的塑料管，最好选用硬聚氯乙烯管（UPVC管）。对于口径150毫米以上的地埋管道，硬聚氯乙烯管在性能价格比上的优势下降，应通过技术经济分析选择合适的管材。塑料管经常暴露在阳光下使用，易老化，缩短使用寿命。因此，地面移动管最好不采用塑料管。

②管径的选择：当轮灌编组和轮灌顺序确定之后，各级管道在每一轮灌组所通过的流量即可知道。通常选用同一级管道在各轮灌组中可能通过的最大流量，作为本级管道的设计流量，依据这个设计流量来确定管道的管径。若某一级管道，其最大流量通过的时间占管道总过水时间的比例甚小，也可选取一个出现次数较多的次大流量，作为管道的设计流量来确定管径。同一级管道的不同管段通过的最大流量不同时，可分段确定设计流量。（a）支管管径的确定：支管是指直接安装竖管和滴头的那一级管道。支管管径的选择主要依据灌溉均匀的原则。管径选得越大，支管运行时的水头损失就越小，同一支管上各滴头的实际工作压力和灌水量就越接近，灌溉均匀度就越接近设计状况。但这样增大了支管的投资，对移动支管来说还增加了拆装、搬移的劳动强度。管径选得小，支管投资减少，移动作业的劳动强度降低，但由于运行时支管内水头损失增大，同一支管上各滴头的实际工作压力和灌水量差别增大，结果造成果园各处受水量不一致，影响滴灌质量。为了保证同一支管上各滴头实际出水量的相对偏差不大于20％，国家标准GBJ85-85规定：同一支管上任意两个滴头之间的工作压力差应在滴头设计工作压力的20％以内。显然，支管若在平坦的地面上铺设，其首末两端滴头间的工作压力差应最大。若支管铺设在地形起伏的地面上，则其最大的工作压力差并不见得发生在首末滴头之间。考虑地形高差Z的影响时上述规定可表示为

许的水头损失即为从式（4－20）

可以看出：逆坡铺设支管时，允许的hw的值小，即选用的支管管径应大些；顺坡铺设支管时，因Z的值本身为负值，其允许的hw的值可以比0.2hp大些，也就是说因支管顺坡铺设时，因地形坡降弥补了支管内的部分水力坡降，选用的支管管径可适当的小些。当一条支管选用同管径的管子时，从支管首端到朱端，由于沿程出流，支管内的流速水头逐次减小，抵消了局部水头损失，所以计算支管内水头损失时，可直接用沿程水头损失来代替其总水头损失，即h''''f=hw，式（4－20）可改写为

滴头选定后，满头的设计工作压力可从滴头性能表中查得。两滴头进水口高程差（实际上就是两滴头所在地的地面高差）可以从系统平面布置图中查取。则h''''f即可求出。利用公式h''''f=FfLQm／db，在其他参数已知的情况下反求管径d，d就是该支管可选用的最小管径的计算值。因管材的管径已标准化、系列化。因此，还需按管材的标准管径将计算出的管径规范取整。对滴灌系统的支管，考虑到运行与管理的方便，最大的管径一般不超过100毫米，并且应尽量使各支管取相同的管径，至少也需在一个作业区中统一。对于固定管道式滴灌系统，地理支管的管径可以不同，但规格不宜太多，同一条支管一般最多变径两次。（b）支管以上各级管道管径的确定：一般情况下，这些管道的管径是在满足下一级管道流量和压力的前提下按费用最小的原则选择的。管道的费用常用年费用来表示。随着管径的增大，管道的投资造价（常用折旧费表示）将随之增高，而管道的年运行费随之降低。因此，客观上必定有一种管径，会使上述两种费用之和为最低，这种管径就是我们要选择的管径，称之为经济管径。经济管径中对应的流速称为经济流速。图4-7就是用最小年费用法计算经济管径的原理示意图。用这种方法确定管径概念清楚，但计算相当繁琐，往往需要分别计算出多种管径的年投资和年运行费，比较后再确定。随着科学技术的进步，计算机技术的飞速发展，许多优化设计方法，如微分法、动态规划法等已在管道灌溉管网的设计中得到应用，具体方法可参阅有关书籍。对于规模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的经验公式估算管道的直径：

应该指出的是，由于管道系统年工作小时数少，而所占投资比例又大。因此，一般在灌溉系统压力能得到满足的情况下，选用尽可能小的管径是经济的，但管中流速应控制在2.5～3米／秒以下。

③管道纵剖面设计：管道纵剖面设计应在系统平面市置图绘制后进行，设计的主要内容是确定各级固定管道在平面上的位置及各种管道附件的位置。管道的纵剖面应力求平顺，减少折点，有起伏时应避免产生负压。

ⅰ埋深及坡度：地埋管的埋深指管径距地面的垂直距离，埋深应根据当地的气候条件、地面荷载和机耕要求确定。一般管道在公路下埋深应为0.7～1.2米；在农村机耕道下埋深为0．5～0．9米。地埋管的坡度主要视地形条件而定，同时也应考虑地基好坏及管径大小。一般在地形条件许可的情况下，管径小、基础稳定性好的管道坡度可陡一点；反之应缓些。总的来说，管道坡度不得超过1:1，通常控制在1:1.5～1:3以下。

ⅱ管道连接及附件：地埋管道的连接多采用承插或黏接的形式，转向处用弯头，分水处用三通或四通接头，管径改变处采用异径接头，管道末端用堵头。为方便施工和安装，同类管件应考虑其规格尽量统一。

为了按计划进行输水、配水、管道系统上应装置必要的控制阀。白果园中为了实现灌水的有效控制,设置了30多个电子阀.而且各级管道的首端还设了进水阀或水分阀；当管道过长或压力变化过大时，设置节制阀。为保证管道的安全运行，还安装一些附设装置。自压系统的进水口和各类水泵吸水管的底端应分别设置拦污棚和滤网，管道起伏的高处应设排气装置，自压系统进水阀后的干管上设高度高出水源水面高程的通气管，管道起伏的低处及管道末端设泄水装置，管道可能发生最大水锤压力处设置安全阀。

2.3评价

从整体上来看,XX白果园的滴灌系统是建设的比较完善的一套滴水灌溉系统,设计施工都符合现代滴灌的要求,是一套先进的现代化滴水灌溉系统，而且产生了很好的经济效果。不过当时考虑到经济条件的限制，其毛管采用了单行直线布置，灌水均匀度不高，鉴于对多种毛管布置形式的比较分析，笔者认为百果园应改进为双行毛管平行布置；而且其控制系统自动化程度不高，全园仅能使用微机控制电磁阀的开启，不能精确实现作物的轮灌、对灌水时间和灌水量都不能实现有效的控制，故需进一步对其控制系统加以设计改进。正在建设的二期工程应该吸收一期工程中的好的经验，改进一期工程中的不足，特别是应该实现灌水的全自动控制。

3灌溉自动化控制系统

灌溉中的滴灌系统，能很方便实现自动化控制，灌水的自动化控制能有效的实现节水灌溉，也是农业实现现代化的要求。对微灌的自动化控制，根据控制系统运行的方式不同，一般可分为手动控制、半自动控制和全自动控制三类：

①手动控制系统

系统的所有操作均由人工完成，如水泵、阀门的开启、关闭，灌溉时间的长短，何时灌溉等等。这类系统的优点是成本较低，控制部分技术含量不高，便于使用和维护，很适合在我国广大农村推广。不足之处是使用的方便性较差，不适宜控制大面积的灌溉。

②全自动控制系统

系统不要人直接参与，通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参数可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中，除灌水器、管道、管件及水泵、电机外，还包括中央控制器、自动阀、传感器（土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等）及电线等。

③半自动控制系统

系统中在灌溉区域没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是根据预先编制的程序，而不是根据作物和土壤水分及气象资料的反馈信息来控制的。这类系统的自动化程度不等，有的一部分实行自动控制，有的是几部分进行自动控制。

为了对先进的滴灌自动化控制系统有具体认识和了解，下面我们将对滴灌的自动化控制作详细介绍：

3.1滴灌首部控制枢纽

滴灌自动化系统的基本控制方法有：时间控制、水量控制和反馈控制三种。时间控制系统是按预定好的时间放水或关水；水量控制系统是按照设计的配水量放水或关水；反馈控制系统是根据灌区内湿度感受器的反应，然后将信号传送到首部控制枢纽部分来关水或放水。滴灌系统更便于完全实现自动化，这在地多人少、劳力紧张的边远地区，沙漠地带的防护林区，铁路路基沿线，经济力量雄厚的城郊蔬菜种植区显得特别重要。目前，国外发达国家在滴灌区普遍使用了计算机管理系统，并通过专用的滴灌系统软件来控制和检测作物生长、土壤状况和气象趋势，取得了良好的效果。大大提高了现代化的土壤水分、作物生长测定技术的可能性和实用性，具有农艺上的综合性，为人们充分利用现代化仪器设备在滴灌系统中应用提供了巨大的潜力。滴灌系统软件根据作物对水分的需求和土壤墒情制定出合理的灌溉计划和作物管理计划。

3.2作物生产管理计划制定

控制软件系统应能提供一套科学的管理系统，它通过提高作物产量和品质以及减少用水量来提高水分利用效率，能给农民及有关用户提供一套针对灌溉方案制定作物生产管理的先进、完善的管理系统，用户能够使用它获得他们的每一块农田的土壤水分状况图，方便的数据资料存取能够得到每一块农田的准确土壤水分含量，还能够确定准确的日水分利用量，能够给每块农田制定出合理的灌溉管理决策，能够根据每一块农田各自的灌水量需求对不同农田进行灌溉优先排序，以便制定优化灌溉计划使农场或用户获得整体最高产量。

控制软件系统应能允许灌溉管理者根据作物水分需求和作物对灌溉的反应制定合理的灌溉计划，作为一个完整的灌溉计划和作物生产管理软件包，它能够对灌溉决策的制定和作物管理进行数据资料存储、运算处理、显示输出。土壤水分数据资料主要由中子探测仪、石膏电阻块和张力计测定获得。天气数据资料由自动气象站获得，作物生长资料如籽粒大小（直径）、株高和叶片硝酸盐含量等可直接田间测定，根据相应的作物响应，作物生长资料结合土壤水分资料能够制定出合理的灌溉计划，通过实际调查能够提高作物产量、品质和水分利用效率的管理技术能够详细地验证作物生长、土壤水分和气候之间的关系，因此能很好地解决一些灌溉管理和作物生长问题，其中包括过量灌溉导致的灌溉水排渗问题、肥料向根部以下淋溶损失问题以及为了达到高产稳产目标的籽粒重和穗粒数或结果率的控制管理问题。

3.3滴灌系统灌溉计划制定

滴灌系统灌溉计划一般是指确定何时进行灌溉及应该的灌溉量，灌溉计划的应用可消除代价巨大的不可预测的农业灾害，如在作物生长临界期由于土壤类型和作物自身生长能力，不同的农田具有不同的土壤水分亏缺量和日水分利用量，因此不同的农田需要不同的灌溉计划。农民通过土壤水分测定技术利用软件处理和显示不同层次土壤水分特征，能加深对发生于土壤内的各种过程的理解，以便进行更精细的灌溉计划和灌溉管理决策的制定，以确保土壤水分总是保持作物生长所需的最佳含水量。

当土壤水分和被作物利用的水分的准确数量被测定后，通过软件可以计算下一次滴灌的日期和准确的灌水量，它将考虑当前每天水分利用状况、天气变化和历史资料来帮助管理者制定以后的灌水计划。它把农田从最干到最湿分为不同等级。了解需要灌溉补充的水量有助于协调不同用户之间和同一用户内部的水分供给，充分了解雨后何时开始灌溉能使农民最大限度地利用自然降水，而把灌水过多和灌水不及造成地危险减到最小。

3.4土壤水分时间图和深度图的应用

3.4.1时间图时间显示某一指定土壤容积含水量、根区土壤含水量或作物响应随时间的变化。时间图的基本显示：直线表示根区土壤含水量的饱和点和需灌溉补充点；供给的和有效的灌溉和降雨情况；箭头指示预测的灌溉日期；关于水分饱和点、需灌溉补充点、当前和过去的土壤水分测定值及计划安排的灌水日期和灌水量的总结表；作物生长及其对灌溉管理技术措施的响应；该软件所做的时间图可进行大小调整，通过调整纵坐标轴上的最大值和最小值及横坐标上的日期范围能够把图形中用户想要的区域或作物生长期内的某特定阶段的图形放大。图形能够进行叠加来同时比较不同地点的田块或不同年份的数据。当季和前季的作物的生长，土壤水分和天气资料的叠加图形比较灌溉管理达到高度的协调一致。用户可以选择任何关键数据来建立相互作用关系图。

3.4.2深度图深度图显示土壤容积含水量沿土壤剖面随深度的变化而变化的情况，通过该软件和现代化仪器结合能够迅速直接测定和分析土壤水的剖面分布情况。根区吸收水分模式可以在深度图中看到，对深度图分析能使农民确定每一种农作物包括块根作物在土壤剖面中被研究的土壤体积范围和土壤剖面的每一深度层的作物利用的水分数量、土壤紧实度、土壤质地变化、高石灰岩含量、地下水位和盐分等问题能够通过对根部活动的仔细分析而发现。深度图也可以用来确定渗入和排出土壤剖面的水分的运动状况及深度和数量，从中能够给定灌溉饱和点和需灌溉补充点的准确设计值。灌溉或降水后从土壤的根区排出的水分数量能够通过深度图准确测定，根据可以调节灌溉所用时间以避免水分从土壤剖面排出而损失，控制土壤剖面排出水的数量将防止地下水水位地升高和土壤养分的淋溶损失，同时也将降低灌水及滴灌水及抽水的成本。深度图是一个非常有用的工具，能够解决在不同类型土壤中灌溉水的水平和垂直运动的关键问题，通过分别绘制灌溉前和灌溉后距滴管不同距离的各个点的土壤水分含量图可比较灌溉水的运动状况，用户能够利用研究所得的结果来减少水分和肥料排渗，同时确保作物根系能够一直得到适量的水分。

3.5软件的程序特点

3.5.1程序结构滴管软件的数据存储于一个树状结构，这使得制定灌溉方案是查询数据资料非常方便。管理人员可能负责管理几个农场或几块农田，每个农场或农田可能有许多检测点，每一个检测点都有一套不同时间收集的实际测定的读数记录。输入的数据经过计算机软件处理，能显示有关每一单个田块的详细资料，还能够向农民分别显示每一年的作物种植的详细资料。能够显示农场的每个监测田块或某一年份的每一监测点的情况，指明灌溉饱和点和需灌溉补充点，当前作物日水分使用情况，土壤水分平衡和预测出的三次灌溉的日期，土壤水分含量和作物日用水量的测定值，对未来作物在整个生长季节的长期的用水量作出估算。显示某一具体的时期的每一深度层的土壤水分含量的读数记录和根区的总水分含量，同时显示土壤水分需要量，中子仪测定并估算的日水分使用量。利用滴灌软件可进行数据资料综合分析，从中总结重要的信息形成报告，以帮助制定每日的管理决策方案。同时也可以编辑出前几个生长季的作物生长、水分管理。土壤等数据资料，并进行综合分析，为以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的评价标准。该软件程序的所以结构层次能为所选择的农场、监测点和某一日期建立报告。报告分为五种：深度图、时间图、记录读数报告。监测点报告和灌溉计划报告。用户可以根据自己的需要已及自己微机系统对程序进行修改编译，选择公制和英制计量单位进行数据资料综合分析，将田间测定得到的数据读数记录自动粘贴到没一个具体的农场栏、监测点栏和日期栏。每一个监测点的测定日期，时间及估计的水分日利用量能够在粘贴之前输入。

3.5.2数据输入在读数记录屏幕中可以人工录入和显示田间实际收集的数据，如土壤水分张力计的读数、作物籽粒大小。有关作物的数据可以测定得到，作物生长参数与土壤水分含量相关联可以确定作物生长期的水分需求量。气候数据资料可以人工输入或由气象站自动装载。天气数据参数的个数没有限制，它可以与任一个作物生长测定值和任一水平的土壤水分含量相关联制作相互作用关系图。从气象数据资料中可以得到蒸发损失的总水分量的数据并且把它与测定的日水分使用量相比较来调整该地区的作物灌溉计划。

3.5.3软件的数据处理利用滴管软件可以计算使土壤剖面达到灌溉饱和点所需的准确时间数。同时计算自从播种或其他生长时期（如发芽、开花等）以来的天数，使土壤水分能够与过去多年的作物生长资料数据参数同步分析，以确定作物水分利用效率。使用作物累积日水分方程。能够很好地评估作物总产量，尤其是对于玉米、小麦和棉花。可以通过作物－水分方程和气象资料估算理论产量。通过速率方程，计算作物生长速率。计算作物当前日水分利用量占整个生长季日水分利用量地比例。同时也可计算不同水分含量地土壤水分变化速率，这些速率地变化表明土壤紧实问题和土壤干旱地程度。滴灌软件可以分析某一作物在生长季内日水分利用状况地资料。结合现代先进地土壤水分测定仪器使用，该软件能够指导我们最有效地利用有限的水资源获得最大农业效益。例如能够确定每次灌溉的准确时间和灌水量。同时减小过量灌溉和水分不足对产量的影响。建立各种不同作物之间水分利用及水分利用效率的差异；建立如不同品种、土壤紧实情况、不同的耕作史等不同条件下水分利用及水分利用效率的差异；建立现代耕作技术和传统耕作技术条件下的水分利用效率的关系。确定灌溉和降水的利用效率，用以观察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和盐化问题，能够减少土壤养分的淋溶损失问题。建立土壤水分含量、作物长势及天气状况的数据库以使作物产量和质量获得持续稳定的提高，使高效农业可持续发展。

3.6灌溉自动化控制系统

要实现灌水的自动化，必须有自动灌溉控制器，该装置由土壤湿度传感器、控制器和电磁阀组成，能够按土壤墒情和作物需水特性实施自动灌溉（沟灌、喷灌、滴灌、渗灌），达到高产、高效、和节水的目的。适用于庭院花圃、苗圃、果园、菜地和农地。随着经济发展，庭院花圃、苗圃水分的自动灌溉倍受欢迎。它能省水省事，使花木生长更好。一亩庭院花圃、苗圃地投资1.0－1.5万元，可以建立自动灌溉控制系统。自动灌溉控制系统可以实现科学灌溉，节能、省水，使菜地和农地产量和质量明显提高。智能化，精准化灌溉技术是伴随着计算机应用技术、传感器制造技术、塑料工业技术的提高而逐步实现的

自动化计算机灌溉控制系统大约在80年代初由雨鸟公司、摩托罗拉等几家公司开发、研制成功，并投入使用。由于技术复杂、应用难度大，价格高昂，这种控制设备最早应用于高尔夫球场灌溉系统的控制上。90年代，计算机工业的硬件、软件飞速发展，使得灌溉系统中央计算机系统操作难度越来越小，功能越来越丰富，价格也逐渐降了下来。这种系统在园林绿化上用得也越来越多了起来，雨鸟公司针对不同用途，研制、开发出了中央计算机控制系统：Maxicom

智能化灌溉中央计算机控制系统具有如下功能：

①
动采集各种气象数据，计算并记录蒸发蒸腾量ET；

②
根据前一天的ET值自动编制当天灌溉程序并实施灌溉；

③
可由连接的土壤湿度传感器、风速传感器、雨量传感器等干涉程序，启动、关闭、暂停灌溉系统；

④
连接流量传感器可自动监测、记录、警示由于输水管断裂引起的漏水及电磁阀故障；最大限度利用管网输水能力；

⑤
运行程序而不起动灌溉系统（干运行），测试程序合理性，不合理时预先修改；

⑥
自动记录、显示、储存各灌溉站的运行时间；自动记录、显示、储存传感器反馈数据，以积累资料，修改程序，修改系统等。

⑦
频繁灌溉功能：可将设计好的灌水延续时间分成若干时段，以便提供足够的土壤入渗时间，减少坡地或粘性土地地面径流损失。

⑧
一套中央计算机系统可控制无数台田间控制系统（称为卫星站），一套中央计算机控制系统可控制小到一个公园，大到上百个公园，甚至全城的所有灌溉系统。

⑨
储存数百套灌溉程序；一台田间控制器（卫星站）可使4个轮灌区独立灌溉或同时灌溉。

⑩
手动干涉灌溉系统：可在阀门上手动启、闭系统，可在田间卫星站上手动控制系统，也可在计算机上手动启、闭任何一站，任何一个电磁阀。可控制灌溉系统以外的其它设备，如：道路或公共场所灯光，大门、喷泉、水泵等

自动化中央计算机控制系统主要由中央计算机，集群控制器(CCU)，田间控制器（卫星站），电磁阀构成。中央计算机可装置在任何一个地方。比如：一套中央计算机系统控制50个公园的灌溉系统。中央计算机可安装在市园林局认为合适的位置。CCU安装在各个公园内。中央计算机与CCU之间的通讯，可采用有线连接（近距离），无线连接，电话线连接或移动通讯方法连接。一台CCU最多可连接28个田间控制器。CCU与田间控制器之间同样可选上述数种通讯方式。由中央计算机到终端电磁阀的工作过程为：中央计算机编程，并将程序下达到CCU。CCU将各轮灌区灌溉控制程序再发到相关田间控制器。田间控制器依中央计算机制作的程序启闭各轮灌区电磁阀。如下图所示：

中央计算机上的初始程序由控制人员编制，之后，计算机每日自动收集由气象站采集的气象数据，计算ET值，并不断对原有程序自动修改。如遇传感器传来异常信息（如降雨，过分干燥，系统漏水...），自动中断或暂停程序，待异常情况排除后，继续恢复程序运行。

如果将智能泵站连接到中央计算机控制系统上，则效果会更好。这样从水泵到电磁阀之间复杂的系统将由一个高度智能化的系统管理起来，可做到最大限度地节水、节能，最大限度地保护系统设备运行，避免灌溉系统常发生的下列几种问题：

①
过量灌溉或灌水不足，浪费水资源或不能满足植物需水；

②
管网破裂，漏失水；

③
系统运行压力不合理；

④
水泵运行效率低下；

⑤
地形起伏不平时或土壤入渗率低产生地面径流，浪费宝贵的水资源；

⑥
降雨时，灌溉系统照常灌溉；

⑦
管理、维护成本高。

3.7百果园灌溉的自动化控制设计

百果园一期工程灌水基本实现了半自动化控制，可以使用电脑控制各电磁阀的开启。我们可在其基础上加以改进与提高，使其实现灌水的全自动化，具体见下：

3.7.1控制原理

自动化控制采用电子技术对田间土壤温湿度、空气温湿度等技术参数进行采集，输入计算机，按最优方案，控制各个阀门的开启及水泵的运行状态，科学有效地控制灌水时间、灌水量、灌水均匀度，为项目区作物提供一个良好的地、水、肥、气、热条件，促使其高产、稳产。同时进行控制软件及优化灌溉制度的研究，最终形成灌溉专家决策系统。另外，通过变频器控制改变电机转速，调节管道压力，为管道、滴灌等其他灌溉工程的自动化提供依据。具体包括以下几个方面：

①田间土壤含水量、盐分、地温、空气温度、湿度、降水、风速、管道压力等参数的自动化采集

②自动化控制设计安装

③监控软件设计

④变频系统设计，通过改变水压力，为微喷、滴灌等工程的自动化提供依据

⑤系统运行管理模式评价，包括系统评价、灌水指标、灌溉制度等

3.7.2控制系统的组成

欲实现真正意义上的全自动控制，需要控制田间参数及对象很多，例如土壤湿度、盐分、空气温度、相对湿度、降水量、风速、管道压力、阀门开启、水泵电机旋转等，都要送入控制器。考虑到要控制的对象较多，又要满足良好的人机界面要求，可以采用工业控制计算机作为整个控制系统的核心，来协调各部分的工作。

系统的组成如下图所示,整个系统的工作主要工控机和变频器两部分来控制，其中变频器主要用于控制水泵电机的旋转，工控机主要用来采集田间土壤及气象指标，按照设定的程序，控制各地块中电磁阀的开启，并通过变频器控制电机的运行状态，协调整个系统的工作。

3.7.3监控软件监控软件是工控机能够完成控制功能的重要基础，监控软件设计的好坏直接关系到整个系统的质量和可靠性。根据项目要求及滴灌的特点，笔者建议百果园采用雨鸟公司的“Maxicom”中央控制系统，该软件只需用户输入各地块种植作物种类及种植日期，系统便会自动计算当前作物所处生育期，确定出各自要求的土壤状况及气象信号，控制水泵电机的运行状态及阀门的开启，自动完成整个灌水过程，完全不需要人工干预，实现全自动控制。

该控制软件在此所完成的主要功能及特点如下：

①自动采集田间数据：系统根据软件中所预先设定的时间，自动地采集土壤湿度、温度风速、雨量等参数，进行相应的处理后，实时显示在屏幕上。

②作物生育期的判断：当管理人员输入各地块所种植的作物及种植日期后，系统便根据计算机时钟自动计算出各种作物已种植的天数，判断出作物所处的生育期，自动查找资料库中所存的原始资料，确定出当前作物最适宜的土壤含水量及灌水定额。

③滴灌的全自动控制：系统采集田间及气象数据后，将当前各地块土壤含水量与作物适宜含水量相比较，若土壤实际含水量小于作物要求下限值，便自动开启该地块的第一个电磁阀。进行灌溉。达到所需灌水定额后，自动关闭第一个电磁阀，同时开启下一个电磁阀，直到完成整个地块的灌溉任务。灌溉过程中，若出现温度过低、风速过大以及降雨过程等天气时，系统会自动暂停当前的灌溉任务，并保存当前状态。当气象条件满足时，继续进行未完成的任务。

④形式多样的控制方式：全自动控制外，系统还允许管理人员采用半自动、手动等控制方式。全自动方式只需运行人员输入各地块的作物信息，系统便会根据作物、土壤、气象等条件自动完成灌溉的全过程，无需人工干预。所谓半自动方式，是指系统允许用户根据实际情况控制开停机。用户可人为启动某个阀门，或某个地块，甚至是所有地块均轮灌一次。当然这些操作全部都是通过键盘或鼠标来完成的，而且在工控机屏幕上均有明显的提示。所谓手动方式是指人工去开启各个电磁阀，笔者建议百果园选用美国雨鸟公司生产的电磁阀：手动、电动两用阀门，既可手动，又可电动，使用非常方便。当手动打开某个电磁阀时，喷头出水，主干管道压力开始下降，系统会自动通过变频器升高水泵电机转速，维持管道压力的恒定，直到完成灌溉任务。

⑤丰富的办公自动化功能：系统在运行过程中，可自动生成各种定时、日、月、年报表，并通过打印机打印出来。其内容包括各种气象及土壤参数，可从各报表中得到土壤湿度变化曲线、日最高风速、月平均气温、全年总降水量等原始资料，为用户研究当地的气象及土壤变化情况提供翔实的依据。

⑥良好的可维持性：可维护性是衡量软件质量好坏的重要指标之一，在编写本系统时我们也充分考虑了这一点，例如用户在种植一类新作物时，可能系统的资料库中并没有该作物，便无法确定其适宜土壤含水量和灌水定额。此时，用户可按自定义按钮，通过鼠标各键盘输出这些参数，系统便会根据用户所定义的数值运行。另外，用户还可很方便地修改灌水定额、管道压力等参数，满足实际情况的需要。

⑥友好的人机界面：系统中大部分界面均为示意图形，实时显示各传感器送来的数值及系统当前的运行状态，一目了然。需要用户操作的部分全部为中文界面，工作人员无需学习便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用户都可以通过按帮助按钮得到相应的提示，指导用户完成相应的功能。

3.7.4效果

百果园通过增加自动化控制系统后，灌水时间、灌水量和灌溉周期等完全根据果树某些需水参数自动启闭水泵和自动灌溉，人的作用仅仅是调整控制程序和检修控制设备。既提高了水的有效利用率，又节省了人力，同时也提高了果树的产量，可以产生良好的经济效果。

3.8第二期工程的设想

正在建设第二期工程计划今年完工，第二期工程的滴灌系统我建议基本上参照第一期工程建设，也采用滴喷灌相结合的方式，其水源计划应采用水塔蓄水，用以缓解枯水期水库少水的矛盾，该可以区采用先进的电脑全自动控制方式，实行精确灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移动式（毛管）的有机结合。二期工程应该吸收一期工程中的好的经验，改进一期工程中毛管布置形式的不足，还特别是应该增加灌水的全自动控制部分，实现灌水的全自动化，精确控制作物的有效灌水。

4存在的问题及建议

通过对滴灌系统的学习与认识，笔者系统的学习了滴灌这种先进的果园节水灌溉方法，在实践的基础上深化了理论，并对滴灌和滴灌系统有一些不成熟的认识与建议。

4.1滴灌的优缺点

4.1.1百果园滴灌的优点

4.1.1.1水的有效利用率高，在滴灌条件下，灌溉水湿润部分土壤表面，可有效减少土壤水分的无效蒸发。同时，由于滴灌仅湿润作物根部附近土壤，其他区域土壤水分含量较低，因此，可防止杂草的生长。滴灌系统不产生地面径流，且易掌握精确的施水深度，节水效果达50%-90%。

4.1.1.2环境湿度低，滴灌灌水后，土壤根系通透条件良好，通过注入水中的肥料，可以提供足够的水分和养分，使土壤水分处于能满足作物要求的稳定和较低吸力状态，灌水区域地面蒸发量也小，这样可以有效控制保护地内的湿度，使果园中作物的病虫害的发生频率大大降低，也降低了农药的施用量。

4.1.1.3提高作物产品品质，由于滴灌能够及时适量供水、供肥，它可以在提高农作物产量的同时，提高和改善农产品的品质，使果园的农产品商品率大大提高，经济效益高。

4.1.1.4滴灌对地形和土壤的适应能力较强，由于滴头能够在较大的工作压力范围内工作，且滴头的出流均匀，所以滴灌适宜于地形有起伏的地块和不同种类的土壤。同时，滴灌还可减少中耕除草，也不会造成地面土壤板结。

4.1.2百果园滴灌的缺点

4.1.2.1滴灌的滴头很容易堵塞和磨损，产生灌水的不均，严重影响节水效果。

4.1.2.2滴灌的各管道的压力有所差异，会产生局部压力过高而使管道容易损坏，滴头的压力不均甚至会产生雾化，损坏滴头，浪费水资源。

4.1.2.3滴灌一般仅润湿作物根系区土体的一部分，所以作物根系的发展可能限制在围绕每一滴头的湿润区，这样容易产生作物根系的腐烂，进而引起作物倒伏。

4.1.2.4滴灌的管道布置要充分利用当地地势与地形，在原则的基础上加以灵活运用，如干管的布置、毛管的布置，取水方式等。

4.2滴灌的建议

4.2.1百果园应加强灌水的自动化控制，保证各种果树的精准灌水，实现精确的节水灌溉

4.2.2滴灌的水量应该有保证，应该建一水塔蓄水，确保枯水期各种果树的需水要求

4.2.3滴灌的毛管布置应采用单行带环形状态管布置和双行平行布置相结合，确保果树灌水均匀度。

4.2.4滴灌技术的应用应该和其他节水灌溉技术相结合，互相补给，更好的发挥优势。

篇（3）

2污水处理的管理措施

2．1建立有效的资金保障机制对于污水处理有着很大的公益性，这样的情况下就需要一定的资金投入。根据研究数据表明，就现在的污水处理相关资金有着一定的承受能力，但是确都不愿意承担，多数地区内污水处理费用有一定的不明之路。各个地区内政府可以结合地区的建设，可以使用国家扶持以及地方补助、或者居民支持以及企业参与等相关方式，将资金很好地筹集起来，这样就能形成多元化的投入。相关的地区也可以参考西方先进的运营模式，对于污水处理建设以及运行资金提供保障，推行污水治理的优惠政策，例如增加优惠政策、税收优惠等等，对于社会各种力量以及资金投入农村污水治理要积极的鼓励以及指导，这样污水处理才能顺利的实施以及运行。

2．2建立完善的水务基础设施管理机制由地方联合当地的水务行政部门以及乡镇机关部门进行一定的指导以及监督下，成立一定的水务基础设施管理部门，对于污水处理的基础建设积极的配合。水务处理部门可以根据地区的实际情况制定适合地区的水务基础设施方式，明确居民的权利以及义务，同时可以建立专门的账号，对于日常污水排放的日常维护费用以及相关管理费用等资金进行统一的管理。

2．3员工意识转变在污水自动化处理系统设计过程中，工程技术人员也要积极参与进来。在项目开发、安装、调试过程中，对于系统所具备的自动化性能要完全掌握，这样在系统后期运行过程中对于设备维护才能做到得心应手。需要定期对员工进行培训，员工的计算机、网络技术等方面都需要不断的提升。员工参与到系统设计过程中能够及时发现所存在的问题，对于系统进行完善。员工对于自动化控制的观念也要有所转变，工作不能全部依赖系统控制，在保证系统安全运行情况下，就地控制柜作用以及继电信号回路问题才能降低，保证随时随地的掌握污水处理厂运行状况。

篇（4）

通过对双离合器自动变速器控制系统发生的故障分析，其中的执行机构和传感器发生的故障率相对较高，因此，设计工作人员在对双离合器自动变速器控制系统进行故障容错控制和故障检测诊断时，要重点对执行机构和传感器进行诊断，以及与其有着密切关系的被控对象和控制器等相应的同步器、离合器以及控制器驱动电路等模块。

2双离合器自动变速器控制系统故障检测诊断策略

在对车辆进行诊断时，方法有很多种，其中极值法是最为简单的诊断方法。极值法主要选择要诊断的信号，然后针对此信号设定一个在正常范围内的信号值，在进行诊断时，如果发现选择的信号值超出设定的范围并且达到一定的时间，根据这类情况就可以看出车辆是否发生故障。在故障检测诊断的方法中，利用冗余技术的诊断方法是现今最常用的诊断技术，而冗余技术也分为软件冗余和硬件冗余等两种方法。软件冗余的方法主要是根据车辆内的传感器之间和传感器信号与车辆输出的信号之间产生的冗余关系，并从中分析出车辆出现的故障，软件冗余在诊断的过程中无需添加硬件，但是，这个诊断技术存在着处理器的开销;硬件冗余，相对于软件冗余技术来说诊断准确率高，原理简单等，但是，此技术需要增加冗余传感器设施，提升了整个系统的复杂度，而且诊断成本更高。除此之外，还有转动传感器诊断技术、杆位诊断技术、离合器诊断技术、电磁阀及其驱动电路诊断技术等。

2．1同步器及其位置传感器的故障检测诊断双离合器自动变速器控制系统的整个系统有四个同步器，需要分别检测这四个位置的传感器。当同步器在中间位置时传感器输出电压为0V，在两边挡位时输出电压分别为+2.5V(L)和+5V(H)。在车辆行驶的过程中，如果是按照各固定挡驾驶时，那么，同步器相应位置的传感器所产的值是保持不变的。如果在车辆行驶过程中，档位转换时，会出现预啮合的阶段，在这个过程中档位的电磁阀或发生动作，在发生动作后同步器实现挂档状态，在这个过程中，同步器相应位置的传感器所产生的值会发生变化。如果在后续情况下，同步器相应的感应器所产生的值未发生变化，则是发生故障的状态。可以通过对同步器的换档拔叉进行检测，计算输出轴与下一档的输入轴的转速相比，进而分析挂档操作是否实现，如果这个环境可以实现挂档成功的话，那么就是同步器及其位置传感器发生错误。

2．2离合器故障检测诊断技术离合器故障检测诊断主要使用极值法进行诊断。在车辆行驶的过程中，需要对离合器的结合或分离进行判断是否执行正确。在车辆行驶中，换档或固定档行驶时，离合器相应的也会执行不同的工作，判断离合器的运行状态，要对离合器的分离和结合的预定时间对比，当然，在这个过程中可能要多花费一些时间，如果在诊断过程中发现离合器运行的分离和结合的时间超出了预定值，那么，可以根据这个依据推断出离合器没有在正常工作状态下运行，离合器存有故障。

2．3双离合器自动变速器控制系统综合故障的诊断技术策略为了能及时发现车辆离合器汽车自动变速器的故障，需要把离合器汽车自动变速器的故障检测诊断程序设计改为对车辆行驶的整个过程进行监视的状态。要对离合器汽车自动变速器的综合故障检测功能进行设计，使其部分诊断程序能够有效地协调运行状态。在汽车钥匙到ACC的位置后，TCU系统启动，对PRND杆位进行故障检测诊断，在对档位进行诊断时需要注意以下几点:仔细检查杆位与TCU中的储存杆是否正常;仔细排查车辆电磁阀的工作是否正常;检查车辆的离合器的工作状态是否正常;检查车辆同步器以及相应的传感器的工作状态是否正常;检查车辆发动机的工作状态是否正常;检查车辆转速传感器的工作状态是否正常等。

3双离合器自动变速器控制系统故障容错控制

根据故障对车辆行驶的影响程度大致可以分为严重故障、中等故障以及轻微故障等。严重故障主要就是指由于发生的故障而导致车辆不能正常使用运行的故障;中等故障指因故障导致车辆的动力传感受到极大的影响，致使车辆不能使用全部的档位，只能在部分的档位可以使用的故障;轻微故障相对来说要比之前的两种故障形式发生率要高，轻微故障不影响车辆的正常运行，车辆动力传感以及换档等都能保持完整性，但是，车辆在运行的过程中的控制精度相对降低了。双离合器自动变速器控制系统故障容错控制主要就是当双离合器自动变速器控制系统的某个部分发生故障的时候，故障检测诊断系统会自动把检测出来的数据通过容错处理程序显示出相应的错误信息。

篇（5）

1.污水处理可能对三峡库来说还算是一个新星的行业，在三峡库区新建的污水处理厂中，大部分设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：

（l）主要控制设备功能不稳定，特别是在线仪表的准确性和稳定性来看，不能完全达到由计算机控制的要求。

(2)自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。

(3)运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。

(4)运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。

由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。长寿污水处理厂针对以上问题，自2003年5月试运行到现在来看，根据实际运行,并通过对部分设备的改造和完善，加之对现场运行操作人员的技术培训，使中控室具有集中控制、监视、现场故障报警等功能。操作人员可在中控室进行操作，为安全稳定运行提供了保障。

2.长寿排水公司自控概况

长寿污水处理厂处理长寿区20万人生活污水及工业废水，我厂监控系统采用工业以太网集中控制系统。此系统包括1个监控中心（中控室）、6个现场PLC站（模拟屏PLC0、配电间站PLC1加药间站PLC2、脱水间PLC3、PLC4站和紫外光PLC5站）。配电间站主要控制提升泵站、格栅井、沉砂池、氧化沟、二沉池、回流泵站、剩余泵站、贮泥池的自动运行；模拟屏站主要对模拟屏的数据处理控制；加药间站主要是对加药间的自动控制；脱水间2个站分别对1号和2号脱水机进行自动控制，紫外光站是对紫外光消毒系统进行控制。中控室则对全厂设备的控制操作及监视。现场分站采用的PLC可编程控制系统是美国AB公司以太网系统。

3.对设备的改造与完善

长寿污水处理厂从试运行以来，由于现场电气及机械设备存在一些问题，直接影响了自控系统的正常运行。根据存在的问题，结合实际运行情况及工艺要求，对自动化控制系统的现场控制设备进行了部分技术改造。

3.1对现场一些设备进行改造

由于我厂增加了一台脱水机和PLC柜，为了把新增的这台脱水机PLC柜的运行信号联到中控室，避免重新进行布线。使用交换机联接两台脱水间PLC柜，通过一根信号线接到中控室交换机。改造现场和配电机曝气机的二次控制回路，解决了中控室不能控制曝气机启停的问题。

1号2号氧化沟的变频曝气机由于控制转换开关处在开关柜

控制和机旁控制方式时，变频器模拟量4～20mA电流输入电路断开，使得不能输入变频器运行频率，变频器控制失效，不能运行。经考虑，短接模拟量电流输入的转换开关控制回路。

变频器频率信号（模拟量）、运行信号（开关量）没有输出给

PLC，使得上位机无法判断曝气机是否运行。过后经自动化人员改进后，只给出变频器频率信号（模拟量），运行信号可有可无（开关量）。

3.2对PLC源程序的修改、优化

试运行中，我厂由于采用的是巡检制度，将各分散值班点集中到中心控制室值班操作。所以必须对比较重要的报警参数根据实际情况做进一步的修改。通过对PLC可编程控制器的源程序进行修改、编译，主要是启停液位、报警液位、逻辑控制、出水流量、加药间液位、提升泵站液位差等。不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，大大降低了电气设备的故障率，使现场自动运行更加稳定。更主要的是为自动化控制的顺利实现创造了条件。

另外对高压配电系统和一套独立的监控系统，如出现任何故障不仅有指示灯光报警，而且还配有语音报警系统，使值班人员一目了然，可清楚地判断故障发生的部位并做及时处理，避免事故的发生。

3．4安装视频监视系统的

为了让操作人员真正在中控室控制全厂、监视全厂、管理全厂，长寿污水处理厂于2002安装了BAXALL系列摄像机视频监视系统。它配合原有的自控仪表，对进水粗格栅、细格栅、提升泵、排砂泵、搅拌机、砂水分离机、氧化沟曝气机、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脱水间、办公室等10多个场所的现场情况，进行24小时全天候监视。

这套视频监视系统运行可靠。在中控室里，通过对摄像机的遥控。可以监视全厂20多个部位工艺设备的运行情况。如果按工艺流程在现场巡查一遍，需要30分钟左右，而通过视频监视系统，几分钟就可以对全厂工况浏览一遍，大大提高了工作效率。

3.5提升泵站和格栅井的控制

污水提升泵站安装两台潜水泵一用一备，在上位机设定常用/备用，按如下原理进行控制：

当泵站内水位达到1.70m时，一台泵启动；

当水位降至0.80m时，水泵停机，并发出报警信号。

粗、细格栅分别有时间控制/液位差控制，2种控制方法，我厂现在用的是时间控制。

格栅井安装粗、细格栅机两台，运行依据其前、后超声波液位差计测得的水位差进行控制。

当粗格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差超过20cm，粗格栅机、皮带轮输送机自动开机。

当粗格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差降至10cm，粗格栅机、皮带轮输送机自动停机。

当细格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差超过30cm，细格栅机、螺旋输送机，压榨机自动开机。

当细格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差降至20cm，细格栅机、螺旋输送机，压榨机自动停机。

粗格栅、细格栅还可以通过在上位机设定运行、停止间隔时间的方式定时开启停止。当格栅每运行15分钟后停15分钟。皮带输送机、螺旋输送机与格栅联动，及格栅运行时，同时运行。

两组涡流沉砂池，每组涡流沉砂池内安装一台搅拌机和排砂泵，搅拌机长期运行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分离器。排砂泵每运行10分钟后停20分钟，时用，砂水分离器与排砂泵同时工作，以上设备均可在中心控制室监控。

3.6氧化沟的自动控制

本工程氧化沟设两组，日处理污水能力40000m3/d，每组氧化沟设计日处理能力2万m3/d。每组氧化沟PDSL-325（C）型倒伞型表面曝气机三台，其中1#，3#机组为恒速，逆时钟方向运转，单台机组充氧量为119kgO2/h；2#机组为变频调速，顺时针方向运转，单台机组充氧量为23～119kgO2/h，电机功率均为55KW；每组氧化沟安装两台溶解氧检测仪（DO仪）和一台污泥浓度检测仪（MLSS仪），一台DO仪和MLSS仪安装在接近出水口处，另一台DO仪安装在缺氧区。另一组氧化沟设备与该组氧化沟对称，倒伞型表面曝气机的运行按照氧化沟内溶解氧值（DO值）进行自动控制，其DO值以接近出水口处的DO仪的测定值为准。

当DO值在0.2mg/L<DO值<1.2mg/L范围内时三台电机都开启；当DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范围内时开一台恒速机和一台变频调速机；其中变频调速机的调速频率分为五段（频率随着DO值减小而增大）；当DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范围内时只开一台恒速机。如果DO值不在以上范围内那么开一台恒速机和一台变频调速机（频率固定）。

氧化沟内设一台污泥浓度（MLSS）测定仪，将MLSS测定仪测定值传送至中控室，用于调节活性污泥回流泵站及电动套筒阀的运行。

氧化沟内安装的各检测仪器（如DO仪、MLSS仪）的数据，由PLC1进行采集。然后PLC1将采集的数据通过控制层网络送至中控室用于控制相关设备运转。

3.7回流泵站的自动控制

污泥回流泵站安装潜水轴流泵两台，按如下原理进行控制：

在泵站出水侧及吸水侧（套筒阀井处）各设一台超声波水位计，出水侧设两个水位，一个正常水位7.8m，一个报警水位8.4m,吸水侧设四个水位，一个正常水位5.30m，一个启动水位5.00m，一个高限报警水位5.80m，一个低限报警水位4.40m；

当两个氧化沟的污泥浓度同时高于3000mg/L时，开启1台污泥回流泵，如果其中任何一个氧化沟的污泥浓度低于3000mg/L时只开启2台污泥回流泵。

本控制程序能使两泵交替工作（统计工作时间），负荷均等，从而延长二泵工作寿命。

3.8剩余泵站和贮泥池的自动控制

本泵站安装100QW70-7-3型潜水排污泵一台，其工作原理如下：

当贮泥池液位低于2.0m时,剩余污泥泵自动开启。当贮泥池液位高于4.5m时，剩余污泥泵站剩余污泥泵根据液位计信号自动停止运行，贮泥池液位在中心控制室显示及报警。另外，当贮泥池水位计超过贮泥池设定的最高水位或最低0.5m时，水泵亦由中控室控制自动切断水泵电源，泵站停止工作。

贮泥池安装超声波液位计，当液位为1.5m时，向脱水间PLC发出污泥泵停泵停止运行信号。

3.9加药间的自动控制

溶解、溶液池为两组，每组2m；每组内安一台搅拌机，和超声波液位计一套，工况一用一备；

溶解池加料加水后，搅拌机工作15分钟，搅拌机停车，溶液池的液位预报警（液位现场确定）；

当一格溶解池最低液位时（液位现场确定），自动关停药液输出电磁阀同时开启另一溶液池的电磁阀；

FeCl3液按照出水流量计信号自动调节频率，手动调节冲程控制投加量，使其出水水质达到国家一级排放标准。

3.10紫外光的自动控制

紫外光消毒采用的是德国威得高系统，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的电动阀门自动行动，使液位始终保持在1.7m，紫外光灯启动±5%左右。

3.11脱水间的自动控制

脱水间加药池设有一液位探头，当液位低于设计标准时，脱水机停止。

脱水机的控制主要还是以人工控制为主，操作人员在PLC柜在启停各个设备。

3.12现场仪表的控制

我厂的主要仪表有：液位计、进水PH值、溶解氧、污泥浓度、COD在线仪、浊度仪、出水流量计（其中大部分的在线仪表都自带得有温度计）。显示的具体形式以具体数值显示为主，操作人员可直观地读取各种数据。

3.13高压配电系统监视功能

此功能主要是对高压配电及供电系统的开关是合是断，通过在上住机（CRT）显示来提示有关人员。具体显示以示意图的形式实现。

3.14时间累计、故障次数和报警功能

主要功能是对所有设备运行的时间进行统计。报警功能是对设备运行出现的故障都有灯光和声音提示，准确及时地提示操作人员哪台设备出现了故障。故障出现时，运行设备立即停止运行。此部分功能的实现，为有关人员确定设备大修时间及日常保养次数提供了依据。

4.自控系统的使用效果

4.1快速准确地反映运行异常情况

当现场现出任何的异常情况，可通过监控系统和上位机系统一目了然的看出问题。有设备出现故障、上位机同时报警并停止该设备的运行，相应地计算机作故障情况记录，方便设备故障排除、管理、维护等。

4.2促进了职工技求素质的提高

实行自控，运行人员合并值班操作，对职工素质的要求也相应地变为复合型，这就进一步激发了职工特别是青年职工学文化、学技术的积极性。

篇（6）

 

控制理论是自动化及工业仪表专业的重要专业基础课，理论性极强，它的基本概念及理论贯穿于许多后续课程中，该门课程也是许多学生报考硕士研究生的一门专业课程，因而控制理论的教学显得非常重要。为了加强学生对理论知识的理解与应用，根据多年教学经验，对控制理论中几个难点问题的解决提供一些简便的方法。

1 Nyquist稳定判据中D形围线的推广

分析一个实际系统的运动，大家都知道首先要判别它是否稳定，因为不稳定的系统在工程实际中是没有任何意义的。奈魁斯特稳定判据由于它主要靠作图，计算量小；不仅能判断闭环系统是否稳定，而且还可判定系统的稳定裕度；可以提示改善系统稳定性的办法；可以方便的判定带时滞环节系统的稳定性等优点使其在控制系统稳定性的分析中有十分重要的地位，事实上它是整个控制理论频率域的基石。论文格式。根据多年关于控制理论的教学与研究，本文对奈魁斯特稳定判据D形围线（奈魁斯特轨迹）提供一种新的较为实用的选取方式。

篇（7）

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0042-02

控制理论是自动化及其相关专业的一门重要核心专业基础课程，在武汉理工大学华夏学院（以下简称“我院”）自动化专业，控制理论所授主要内容为以经典控制论为核心的“自动控制原理”和以卡尔曼的状态空间分析法为核心的“现代控制理论”。

其中，“自动控制原理”是研究控制系统的一般规律，并为系统的分析和综合提供基本理论和方法的专业基础核心课程。该课程又是“现代控制理论”“过程控制系统”“运动控制系统”“计算机控制技术”“智能控制”等许多后续课程的基础。而作为其后续课程的“现代控制理论”仍作为硕士研究生“线性系统理论”与“最优控制”等学位课程的基础。这两门课程理论性强，概念多且杂，对学生的数学基础要求较高。而我院作为一个三本院校，自动化专业的学生相比较一本和二本的学生而言，数学基础较为薄弱，故学好这两门课对学生来说至关重要且具有一定的难度。

而教好上述两门课程也是教师必须思考和解决的重要问题。笔者经过几年的教学实践，摸索出一套比较适合三本院校学生的系统化教学方法，致力于培养学生的系统观，进行了一些尝试，且取得了一定的效果。

一、工程背景系统性

任何一种理论的产生都有其历史背景，都是在实践中产生的。自动控制技术萌芽在18世纪，在第一次世界工业革命期间，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，一种凭借直觉的实证性发明。飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度振荡，其他自动控制系统也有类似现象。

由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出：不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控制的不稳定。麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开端，接着就进入了经典控制理论发展的孕育期。1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据。1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。1948年，维纳出版《控制论》，形成完整的经典控制理论，标志控制学科的诞生。维纳成为控制论的创始人。

经典控制理论的主要内容包括：系统数学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等。

从四十年代到五十年代末，经典控制理论的发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术（可以说工业革命和战争促使了经典控制理论的发展）。科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件――现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。[1]

在二十世纪五十年代末，计算机技术的飞速发展推动了核能技术、空间技术的发展，并且为多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析和设计提供了新的手段。

五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法，在1957年提出了动态规划。1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念。

由上面的历史背景介绍可以看出，现代控制理论是在自动控制理论的基础上发展得到的，尽管两种理论在方法和思路上有显著的不同，但是在教授的时候不能将两者视为单独的个体。笔者每次在绪论部分都会系统化地讲解理论的产生，以让学生对两门课程形成一个初步的比较清晰的认识。

二、理论教学的系统性

在这两门课程的理论教学过程中，虽然涉及到的知识点有差异，但是经笔者研究，在具体教学中，两门课程的教学有些许共性，比如说两门课程的教学流程就基本一致。如图1所示：相对于现代控制原理而言，自动控制原理理论推导较少，同时其工科背景较强，实例较多。在学习之初，可先帮助学生搭建起分析问题和解决问题的基本框架，形成一个较为初步的系统观。

自动控制原理分析问题的核心是数学建模，稳定性判断和性能指标的计算，[2]主要分析方法是时域分析法、频域分析法和根轨迹分析法。时域分析法直观易懂，频域分析法是自动控制原理的核心，根轨迹分析法在目前的工程实践中已用的很少，在学时有限的情况下可略讲。在实际讲解的过程中，要合理安排学时，适当加快时域分析法的讲授，略讲根轨迹分析法，重点讲解频域分析法及系统校正。

现代控制理论包含了大量的理论概念机数学公式，在实际讲授中，应弱化理论推导，在教学过程中可结合倒立摆工程实例，从建模、稳定性分析、能控能观性分析、极点配置到状态反馈，形成一个较为完整的分析过程。[3]

总而言之，在讲解的过程中，注重引言，初步建立系统观，结合实例，比较异同，突出重难点，最后再通过总结强化各知识点之间的联系。[4]

三、实践教学的系统性

1.重视实验，理论教学和实验教学的系统化[5]

以往，控制理论的实验课和理论课教学是独立的，理论课教师和实验课教师各行其道，相互交流匮乏。目前，学院已明确提出，理论课教学和实验课教学的一致性，理论课教师必须参与进实验教学，教学手段要丰富、系统。

2.实验箱教学和仿真教学的系统化

首先在实验箱上搭建模拟电路，利用信号发生器、示波器等测量波形和数据。同时引入MATLAB仿真，先引出数学模型，利用MATLAB强大的系统工具箱分析并绘制各种相应曲线，利用Simulink工具箱进行校正和状态反馈设计。[6]最后，对比电路测试波形和仿真结果，可让学生深入了解理论和实际参数之间的差异，进而寻找原因，加深理解。

四、今后教学方向

在今后的教学过程中，可进一步加强比较，加强学生的系统观，并且尝试迁移到其他相关学科，加强学生对整个学科的理解。

参考文献：

[1]万雄波，杨方.基于“自动控制原理”与“现代控制理论”课程异同点分析的教学探索[J].科教文汇，2013，（7）：56-57.

[2]孙韵钰.“相似论”在“自动控制理论”课程教学中的运用[J].消费电子，2013，（7）.

[3]王斌，李斌.“现代控制理论”教学改革与实践[J].中国电力教育，2013，（10）：61-62.

篇（8）

中图分类号：TP13-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0310-01

随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。

一、现代控制理论的产生及其发展

控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论―或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。

1.经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。”

2.现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。

3.第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。

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中图分类号：[TU992.3] 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

污水处理是一门涉及化学、物理、生物等多门科学的综合性技术，其工艺机理复杂，操作要求十分严格，实现起来难度较高。如果只凭现场人员手动操作，往往操作繁琐，劳动强度大，处理效果差。加之我国水污染控制水平较低，尤其是工业废水的污染控制，投入不足，给环境带来了严重的威胁。因此为了改变我国污水处理控制技术的这种落后现状，进行污水处理自动控制系统的研究，具有非常现实的意义。当前，污水处理控制领域将计算机技术、智能技术、网络技术等运用到过程中，实现优化控制，已成为研究热点。

2、自动控制理论的发展

在工业和现代科学技术的飞速发展的同时，控制理论的发展至今已有100多年的历史。各个领域中的自动控制系统对控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，应用范围也更加广泛。特别是自20世纪80年代以来，计算机技术的高速发展，推动了控制理论研究的深入发展。

3.各单元的自动控制系统

3.1 格栅自动控制系统

根据水位差测量仪检测的格栅前后水位差阈值自动控制机械格栅的运行。当机械格栅停止运行的时间超过设定值时，系统转由时间控制，自动启动机械格栅。PLC系统还将按软件程序自动控制栅渣输送机、机械格栅的顺序启动、运行、停车以及安全联锁保护。水位差设定值，格栅的运行时间及格栅运行周期可调。3.2 水泵自动控制

在泵池设超声波液位仪表，根据水位测量仪测得的泵房水位值自动控制多台水泵的启停运行。当泵房水位高至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动增加水泵的运行台数；相反，当泵房水位降至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动减少水泵的运行台数。同时，系统累积各个水泵的运行时间，自动轮换水泵，保证各水泵累积运行时间基本相等，使其保持最佳运行状态。当水位降至干运转水位时，自动控制全部水泵停止运行。在监控管理系统和就地控制系统的操作面板上可以设定水位值。

3.3 沉砂池自动控制

沉砂池的设备自成系统，随设备所带的就地控制箱将带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序，自动控制整套沉砂池设备的运行。PLC系统将采集沉砂池全部设备的运行状态，上位监控管理计算机也可远控整套沉砂池设备的启动/停止。

3.4 分段进水多级AO生物池控制

现有AO或AAO生物池改造采用分段进水多级AO工艺。主要测控内容有：

――各段进水流量检测、配水阀门/堰门监控，自动控制各段流量，保证多级AO工艺进水流量分配比，实现合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源进行反硝化, 达到有效降低出水TN, 并降低运行费用。

――厌氧池氧化还原电位监测，各级缺氧池入口溶解氧监测，各级缺氧池混合液浓度监测，搅拌器运行控制。

――各级好氧池溶解氧监测、空气流量检测、曝气量自动控制。由于污水处理厂的实际运行中, 进水负荷实时变化，DO串级控制策略可根据进水负荷实时调整DO的设定值, 有效地消除进水扰动。

――生物池出水硝氮在线检测，作为甲醇投加的过程控制参数，及时调整外碳源的投加量，保证出水水质并节省碳源。

――生物池出水氨氮在线检测，根据出水氨氮值及时调整曝气量满足和保证出水水质的要求。

――分段进水多级AO工艺对C/N比的敏感性，具体水质、水量的实时变化，使得分段进水工艺的运行和优化有很大的空间。利用在线监测及智能控制技术，根据进水水质、水量对系统进行实时控制, 提高污染物的去除效率, 降低运行成本，并可提高分段进水生物脱氮工艺的可操作性。

3.5 鼓风机房出口压力控制

通过压力变送器检测空气总管的压力，根据设定的压力值控制鼓风机的运转台数、调节鼓风机的导叶片角度，从而保证生物池对空气的需求量。在保证空气需求量的前提下，尽可能地节省能耗，压力控制系统和曝气量调节系统相互关联，相互影响，最终使生物池的生物处理过程处在最佳状态。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定鼓风机出口的压力控制值。

3.6 污泥回流量自动调节

回流污泥量的控制采用比例控制以保证污泥混合液浓度在一定的范围内。根据生物池的进水量、回流污泥浓度控制回流污泥泵（工频泵）的运转台数或变频泵的转速，保证生物池微生物的需要量。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定回流污泥比例。

3.7 沉淀池排泥控制

沉淀池的排泥可以根据装在沉淀池内的泥位计来控制刮泥车的运行，指导排泥。排泥有二种控制方式：按泥位计设定值进行自动排泥，按定时实现自动排泥。

3.8 污泥浓缩自动控制

污泥浓缩机系统控制采用时间控制和手动控制。该系统中设备的启动顺序依次为输送机、浓缩机、加药泵、进泥泵、污泥切割机，停止顺序与之相反。当药液制备段的溶液罐的液位低，进泥泵的进泥流量低、系统中任何一台设备发生故障时，系统停止运行。采用污泥流量比例投加絮凝剂，通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定每天允许的运行次数及每次运行的时间。

3.9 污泥脱水自动控制

污泥脱水过程按污泥脱水系统自身PLC预先编制的程序控制运行。污泥脱水的程序控制采用时间控制和手动控制。系统设计带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序。在药液已制备完成的前提下，设备的启动次序依次为倾斜式输送机、水平式输送机、浓缩脱水一体机、加药泵、进泥泵，停止顺序与之相反。上位监控管理计算机可远程监测污泥脱水系统全部设备的运行状态和故障报警，但不可远程控制污泥脱水系统的开停。

3.10 加氯的自动控制

根据进水流量和浊度控制加氯机按比例自动加氯，并根据出水余氯值进一步修正加氯量，使加氯量始终处于最佳值。

3.11 电动闸门的控制

重要的电动闸门，旁边设置的现场手动操作箱面板上设手动/远动转换开关。手动状态下，由操作箱面板上的按钮控制闸门的开闭；远动状态下，由中控室遥控闸门的开闭。闸门的状态和工况在中控室的模拟屏上显示。

4.结束语

污水处理运行过程任务要求重，特性复杂，运行管理难度大，目前水处理行业尚缺乏可靠的实时监测仪器，用传统的控制方式往往达不到精确的控制要求。先进控制理论实现了过程工艺参数的优化，可以改变污水处理厂人工调节操作处理不及时、效率低的现状。污水处理的社会意义巨大应用计算机控制技术实现污水处理工艺的半自动全自动控制提高污水处理的技术管理水平合理使用和配置处理设施设备具有非常现实的意义。

参考文献：

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中图分类号：TL372 文献标识码： A

引言

自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。它的发展很迅速，特别是计算机的快速发展，更加快了它的发展，尤其是工业自动化技术近年来的发展。自动化学科研究的范围也是很广泛的，对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极作用。

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 基础的结论是由诺伯特・维纳，鲁道夫・卡尔曼提出的.

自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。

自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。

一、自动化控制原理

自动化控制有半自动与全自动化

例如：机器、设备可以按照生产的要求和目的，进行自动化生产；全自动人只需要作为操作员，确定控制的要求和程序，不用直接参与生产过程的控制技术；半自动化控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。

自动化控制技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化控制不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动化控制理论是自动化专业的重要学习课程。

二、自动化控制的应用

2.1过程自动化

石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理的自动化控制。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。

2.2机械制造自动化

这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化控制系统。

2.3管理自动化

工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理的自动化控制，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。

三、自动化控制系统

自动化控制系统是指能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象所组成。

自动化控制系统的概念

自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。

自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。

四、自动控制系统特点

自动控制能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。

自动控制系统理论

自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。

自动控制是工程科学的一个分支，它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。

结束语：

随着科技的发展，自动化控制已经广泛应用到各行各业。直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业都有应用。相信不久的将来会带给人们更多的便利。

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一、无模型控制思想的产生背景

随着科学技术的快速发展，自动控制理论必将在民用的工业和军事技术产业当中得到了广泛的应用和发展。大型化的工业生产机器和微型化的民用产品是控制科学技术发展的两大趋势，本论文的主要研究内容是针对大型化、复杂化的滞后非线性系统的智能控制。随着各个产业对节能环保的要求越来越高，在化工、炼油、电力、冶金等大型复杂的生产过程中先进的控制系统的使用显得尤为重要。而诸如此类的生产过程都是典型的非线性滞后系统，这些系统具有控制对象不确定性、多个变量、较大的滞后性和强耦合性等共同特点，所以通过获取系统的精确数学模型而进行控制的方法是困难的，即便被控系统数学模型可以建立起来，而一些未建模的动态特性也是不可避免的。这是现代控制理论的不足之处，即在很大程度上依赖于受控系统数学模型结构，如不能建立数学模型那么也就不能进行控制了。在以后的研究中主要集中于对被控对象的建模、自适应控制、系统辨识、鲁棒控制等方向，试图打破传统控制思想的局限，试着针对工业生产过程的特点，力求寻找对数学模型要求不高、辨识计算方便、控制效果好的控制理论和方法。总的来说如果想要解决这个问题，就需要从另外一个角度思索，寻找不同于以往的研究方向，尽量避免过分依赖被控对象数学模型。无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control，MFAC）就是为了解决这个现代控制理论的本质问题而产生和发展起来的一种先进的控制理论和方法。无模型自适应控制（MFAC）的实质就是一种在设计控制器的时候不需建立数学模型的自适应控制方法，即控制器的设计过程只使用被控系统的 I/O 数据，控制器中不含有被控对象数学模型的任何信息的控制理论与方法。

二、无模型控制方法的发展现状

无模型控制理论既包含经典控制理论和现代控制理论的优点，又在很大程度上突破了这些理论局限性，创新性的提出来一个全新的控制方法。自从提出以后就受到国内外许多专家和学者的广泛关注。在我国，早期的研究方向是围绕与无模型控制律基本形式有关的问题，这方面的问题最先由韩志刚教授在 1994 年的文献中正式提出的，随后其在文献中又提出了一系列基于功能组合途径上的一种 MFAC 控制方法和应用实例，此处所说的功能组合的意思是指控制律的推导不建立在被控系统的数学模型上，而是根据被控系统对控制律的控制功能的要求进行组合并且优化系统设计，其重点研究的内容不是被控系统的本身，而是从控制器出发的。经过验证基于功能组合途径之上的 MFAC 虽然控制效果比较理想，但是有一个缺点就是控制律算法欠缺数学解析过程，很多的参数需要现场测定，这个缺点使得 MFAC 的控制方法在实际的使用过程困难重重。文献从被控对象本身出发，详细的阐述了各种非线性系统动态线性化方法的 MFAC 控制方法，推导得出了一般非线性系统的几种线性化的方法，其中有紧格式线性化、偏格式线性化以及全格式线性化等方法，利用这些线性化方法得出的 MFAC 控制器在处理一些复杂的、大延时、快速时变系统的时候更具有优势。

经过国内外专家学者的多年研究实践，无模型控制技术取得了很好的成绩，已经成功使用在炼油、轻工、电力、化工、焦碳、造纸、化肥等行业。美国通控集团公司也开发出了一系列的 MFAC 产品，包括：CyboconMFA 控制软件，Cybocon CE 通用先进控制器以及 Cybocon HS 高速自适应控制软件等等。在国内的一些化工和电力等行业虽然已经部分有使用 MFAC 控制技术的例子，但是在普及性上还远远不及国外的水平，在产业化规模化的道路上还有很大的空间。

三、无模型控制方法的优势分析

无模型自适应控制（Model Free Adaptive Control, MFAC）实质是在设计控制器的时候不使用受控对象数学模型的任何信息，是一种基于受控对象 I/O 信息的一种新型控制理论与方法。

无模型自适应控制器设计途径是一种非经典的途径，其最为主要的特点就是系统建模与在线反馈控制一体进行，突破传统 PID 的概念以及控制器设计的束缚，引进了功能组合设计方法。可以概括为无模型控制器在设计的时候不需要针对某个特定的被控系统进行控制器设计，也无需对控制器的所需参数进行复杂的整定，且还具有一定的系统稳定性分析来保证系统的闭环稳定。

无模型自适应控制器所具备的一些优点是现在正在应用的其他控制器所无法替代的。许多控制中的难点问题，无模型控制器几乎都可以实现稳定的闭环控制。在算法运算过程中加大算法的集成度能够简化泛模型系统，包括无模型控制算法的所有功能，对大时滞、强干扰、强耦合、时变、非线性都可以达到很好的控制性能。

基于无模型的自适应控制算法不但具备传统 PID 和现代控制理论的优点，还有一个明显的优势就是在不需要被控系统的数学模型的情况下，还能够使被控系统达到闭环稳定状态，是一种控制效果非常好、算法实现简单的新型控制方法。在炼油、轻工、化工、焦碳、造纸、化肥、电力等领域的应用收到令人非常满意的控制效果。

参考文献