自動控制裝置或系統的典型結構

A. 從信息技術的角度出發,如何理解自動控制系統及它的各個組成部分

自動控制系統的基本組成

任何一個自動控制系統都是由被控對象和控制器有機構成的。自動控制系統根據被控對象和具體用途不同，可以有各種不同的結構形式。下圖是一個典型自動控制系統的功能框圖。

圖中的每一個方框，代表一個具有特定功能的元件。除被控對象外，控制裝置通常是由測量元件、比較元件、放大元件、執行機構、校正元件以及給定元件組成。這些功能元件分別承擔相應的職能，共同完成控制任務。

被控對象一般是指生產過程中需要進行控制的工作機械、裝置或生產過程。描述被控對象工作狀態的、需要進行控制的物理量就是被控量。

給定元件主要用於產生給定信號或控制輸入信號。例如，圖1-4(a)中直流電動機轉速控制系統中的電位器。

測量元件用於檢測被控量或輸出量，產生反饋信號。如果測出的物理量屬於非電量，一般要轉換成電量以便處理。例如，圖1-4(a)中直流電動機轉速控制系統中的測速發電機。

比較元件用來比較輸入信號和反饋信號之間的偏差。它可以是一個差動電路，也可以是一個物理元件（如電橋電路、差動放大器、自整角機等）。

放大元件用來放大偏差信號的幅值和功率，使之能夠推動執行機構調節被控對象。例如功率放大器、電液伺服閥等。

執行機構用於直接對被控對象進行操作，調節被控量。如閥門，伺服電動機等。

校正元件用來改善或提高系統的性能。常用串聯或反饋的方式連接在系統中。例如RC網路、測速發電機等。

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B. 怎麼實現大棚的溫濕度自動控制

應用自動控制和電子計算機實現農業生產和管理的自動化，是農業現代化的重要標志之一,近年來電子技術和信息技術的飛速發展，帶來了溫室控制方面的一場革命,對於農業生產的增產增質增量產生了巨大的經濟效益與社會效應。隨著國民經濟的迅速發展，現代農業得到了長足的進步，溫室工程已成為高效農業的一個重要組成部分。計算機自動控制的智能溫室自問世以來，已成為現代農業發展的重要手段和措施。它的功能在於以先進的技術和現代化設施，人為控製作物生長的環境條件，使作物生長不受自然氣候的影響，做到常年工廠化，進行高效率，高產值和高效益的生產。

一個完整的溫室大棚自動控制系統，包括以下幾個部分：

1現場的監測元件：包括溫度監測、濕度監測、CO2濃度等監測元件。這些裝置相當於整個控制系統的眼睛，實時監測大棚的狀況，以便實施控制。

2執行結構：如各種泵，加熱器，CO2 發生裝置，照明控制裝置等執行機構。這些裝置相當於整個控制系統的手，自動控制系統的指令通過這些設備得到執行，以達到控制目標。

3A/D和D/A轉換模塊。因為自動控制系統不能識別各種電信號，必須轉換成標準的數字信號才能為計算機所識別，同樣計算機發出的也是標準的數字信號。這些設備如同人的神經系統，把各個信號傳遞到大腦，並把控制信號傳遞到各執行機構。

4控制系統主機：主機實施各種控制方案，並依據不同的環境、作物、生長期實施不同的控制方案。是這個控制系統的核心，相當於大腦。

5人機交互系統：工作人員可以通過人機交互系統了解系統的工作情況，並可通過人機交互系統對控制系統下發人工指令，設定控制主機的工作環境。人機交互系統通過紫金橋組態軟體就可以實現系統的人機交互。

以上的分類是一個典型的控制系統，根據系統的繁簡情況，系統的配置會有所增減。如有的小系統，就直接用計算機做為控制系統主機了，和人機交互系統合二為一了。

功能敘述

溫室環境包括非常廣泛的內容，但通常所說的溫室環境主要指空氣與土壤的溫濕度、光照、CO2濃度等。計算機通過各種感測器接收各類環境因素信息，通過邏輯運算和判斷控制相應溫室設備運作以調節溫室環境。輸出和列印設備可幫助種植者作全面細致的數據分析，保存歷史數據。系統主要具備以下幾部分功能：

1、綜合環境控制

採用計算機實現環境參數比較分析，四季連續工況調控系統。，比例調節環境溫度、濕度與通風。CO2 發生裝置按需比例調節環境CO2濃度，夏季室外屋頂噴淋，在保證室內光照強度的前提下，組合調節環境溫度與通風，達到強制降低環境溫度的效果。通過計算機對溫室各電動執行器進行整體調節，自動調控到作物生長所需求的溫、濕、光、水、氣等條件，另外通過臭氧消毒凈化器對溫室進行消毒。

2、肥水灌溉控制

採用計算機肥水灌溉運籌系統。根據作物區的需要，對水培區的營養液成分，PH和EC值進行綜合調控。對基培和土培區主要是根據作物生產需要，設定基質、土壤的水勢值，自動調節滴灌、噴灌系統的灌溉時間和次數。

3、緊急狀態處理

採用計算機實測環境參數、狀態極限值反饋報警保護系統。根據作物的各項參數設定溫室環境的極限值和作物生長環境參數極限值報警保護系統，提高了整個系統安全性。

4、信息處理

採用計算機集散控制信息管理系統。信息處理由中心控制計算機完成。主機通過局部數字通訊網路與現場控制機相連，實現遠動雙向控制及全系統集中數據處理。其功能包括運行實時參數執行器模擬狀態顯著，歷史數據存儲、檢索，數據平均值報表、曲線顯示與列印。

下面我們以葡萄溫室和黃瓜、番茄溫室為例，介紹其生長參數：

葡萄溫室：

a、在冬季休眠期約90多天需保持溫室內溫度為5℃。休眠期以後白天需控制溫室內溫度為25-30℃，夜間需控制在15-18℃。

b、濕度需保持在50-75%不能超過95%。

c、光照強度應保持在45000-55000勒克斯

d、二氧化碳濃度在上午日出後到10點左右保持在1000PPM左右。

e、PH值保持在7-7.5。

f、EC值離子總濃度保持在1‰-2‰，隨時進行調整。

黃瓜、番茄溫室：

a、在苗期需保持溫室內溫度在13-15℃，定植後白天上午應保持在25-28℃，下午應保持在20-25℃，夜間應保持在15-18℃。

b、濕度黃瓜在白天保持在70-75%，夜間保持在85-90%；番茄白天保持在65-75%，夜間保持在75-85%。

c、光照強度番茄應保持在50000勒克斯左右，保證12個小時光照；黃瓜應保持在40000勒克斯左右，保證8-10小時光照。

d、二氧化碳濃度在上午日出後到10點左右保持在1000PPM左右。

e、PH值保持在6.5-7.5。

f、EC值離子總濃度保持在1‰-2‰，隨時進行調整。
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C. 自動控制技術的內容有哪些

從控制的方式看，自動控制系統有閉環和開環兩種。

閉環控制

閉環控制也就是（負）反饋控制，原理與人和動物的目的性行為相似，系統組成包
括感測器（相當於感官），控制裝置（相當於腦和神經），執行機構（相當於手腿和肌肉）。感測器檢測被控對象的狀態信息（輸出量）,並將其轉變成物理（電）
信號傳給控制裝置。控制裝置比較被控對象當前狀態（輸出量）對希望狀態（給定量）的偏差，產生一個控制信號，通過執行機構驅動被控對象運動，使其運動狀態
接近希望狀態。在實際中，閉環（反饋）控制的方法多種多樣，應用於不同領域和各個方面，當前廣泛應用並快速發展的有：最優控制，自適應控制，專家控制（即以專家知識庫為基礎建立控制規則和程序），模糊控制，容錯控制，智能控制等。

開環控制

開環控制也叫程序控制，這是按照事先確定好的程序，依次發出信號去控制對象。按信號產生的條件，開環控制有時限控制，次序控制，條件控制。20世紀80年代以來，用微電子技術生產的可編程序控制器在工業控制（電梯，多工步機床，自來水廠）中得到廣泛應用。當然，一些復雜系統或過程常常綜合運用多種控制類型和多類控製程序。

技術運用

隨著電子計算機技術和其他高技術的發展，自動控制技術的水平越來越高，應用越來越廣泛，作用越來越重要。尤其是在生產過程的自動化、工廠自動化、機器人技術、綜合管理工程、航天工程、軍事技術等領域，自動控制技術起到了關鍵作用。