自動控制理論論文匯總十篇
時間：2023-03-17 17:58:05
序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇自動控制理論論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。
篇（1）
一、工程概況：
本空調工程全部采用吊頂暗裝風機盤管加獨立新風系統。室內風機盤管承擔全部的室內冷負荷和濕負荷，新風機組把引入的室外新風處理到室內焓值，再按需求分配到各個房間。按舒適性空調設計，采用露點送風。系統冷熱源選用風冷式空氣源熱泵，安置于天臺上。空調水系統采用一次泵定水量系統，雙管制，閉式循環。系統主機采用遠程控制，各房間的風機盤管可單獨控制調節。
二、空氣房間溫度自動控制是通過接通或斷開電加熱器，以增加或減少精加熱器的熱量，而改變送風溫度來實現的。
空調溫度自動控制系統常用的改變送風溫度方法有：控制加熱空氣的電加熱器，空氣加熱器（介質為熱水或蒸汽）的加熱量或改變一、二次回風比等。室溫控制規律有位式、比例、比例積分、比例積分微分以及帶補償與否等幾種。設計時應根據室溫允許波動范圍大小的要求，被控制的調節機構及設備形式，選配測溫傳感器、溫度調節器及執行器，組成溫度自動控制系統。
（1）控制電加熱器的功率
控制電加熱器的功率來控制室溫的系統，其原理圖及方框圖見下
①是室溫位式控制方案，由測溫傳感器TN，位式溫度調節器TNC，及電接觸器JS組成。當室溫偏離設定值時，調節器TNC輸出通斷指令的電信號，使電接觸器閉合或斷開，以控制電加熱器開或停，改變送風溫度，達到控制室溫的目的
②是室溫PID控制方案，由測溫傳感器TN，PID溫度調節器TNC及可控硅電壓調整器ZK組成，可實現室溫PID控制。
（2）控制空氣加熱器的熱交換能力
控制進入空氣加熱器熱媒流量的室溫控制系統及其原理如下：
該方案是由測溫傳感器TN，溫度調節器TNC，通斷儀ZJ及直通或三通調節閥組成。當室溫偏離設定值時，調節器輸出偏差指令信號，控制調節閥開大或關小，改變進入空氣熱交換器的蒸汽量或熱水量，從而改變送風溫度，達到控制室溫的目的。
（3）制進入空氣加熱器的熱水溫度
該溫控方案組成與上面相同，不同的是控制三通閥來改變進入空氣加熱器的水溫，改變熱交換能力，達到控制室溫的目的。
三、房間空氣相對濕度自動控制的方法
空調房間溫濕度控制：
空調房間溫濕度的干擾因素的多樣性，氣候變化的多工況性以及房間存在的較大的熱慣性等因素使得利用單回路直接控制房間溫濕度的方法難以達到滿意的調節效果。因此，應該另選有效的方法。針對空調房間的熱特性，采用串級調節較適宜。其調節框圖如圖所示
室溫調節器用于克服維護結構傳熱，室內熱源散熱引起的室溫干擾。室溫調節器根據房間內實際溫度與設定溫度的偏差調整送風溫度的設定值。送風溫度調節器則用來控制送風溫度。這一環節主要克服在不同的季節，新風、回風混合比的變化引起的對換熱器的出口狀態干擾。使其在進入房間前受到一定的抑制，減少對室內狀態的影響。采用串級調節后，還能改變對象的時間特性，提高系統的控制質量。
四、風機盤管空調系統的自動控制
（一）溫控器
（1）風機盤管宜采用溫控器控制電動水閥，手動控制風機三速的控制方式。風機啟停與電動水閥連鎖。
（2）冬夏季均運行的風機盤管，其溫控器應有冬夏轉換措施。一般以各溫控器獨自設置冬夏轉換開關為好。
（二）節能鑰匙
（1）房間設有節能鑰匙系統時，風機盤管宜與其連鎖以節能。
（2）當要求不高時，可采用插、拔鑰匙使風機盤管啟動或斷電停轉的方式。使用要求較高時，可增設一個溫度開關。
（三）定流量水系統
風機盤管定流量水系統自控方式較簡單易行，但節能效果沒有變流量自控方式好。
五、風機盤管的定流量水系統自動控制
該工程使用定流量二管制，其風機盤管機組的控制通常采用兩種方式。
（1）三速開關手控的二管制定流量系統
采用二管制水系統時，表面冷卻器中的水是常通的。水量依靠閥門的一次性調整，而室溫的高低是由手動選擇風機的三檔轉速來實現的。
（2）溫控器加三速開關的二管制定流量水系統
采用這種控制的水系統時，表面冷卻器中的水是常通的，水量依靠閥門一次性調整。室內溫度控制器控制風機啟停，而手動三檔開關調節風機的轉速。
溫控器選擇AFT06*系列即可滿足要求。該系列是帶浸入式套管的。
六、變風量系統的監控
變風量系統的基本思想是當室內空調負荷改變以及室內空氣參數設定值變化時，自動調節空調系統送入房間的送風量，使通過空氣送入房間的負荷與房間的實際負荷相匹配，以滿足室內人員的舒適要求或工藝生產要求。同時送風量的調節可以最大限度的減少風機的動力，節約運行能耗。
除了節能的優勢外，VAV系統還有以下特點：（1）能實現局部區域的靈活控制，可根據負荷變化或個人舒適度要求調節。（2）由于能自動調節送入各房間的冷量，系統內各用戶可以按實際需要配置冷量，考慮各房間的同時使用系數和負荷分布，系統冷源配置可以減少20%~30%左右，設備投資相應較大減少。（3）室內無過冷過熱現象。
該系統采用單風管再加熱VAV空調系統，其原理和控制系統圖如下：
七、空調用制冷裝置的自動控制
1、蒸發器的自動控制
空調用制冷裝置系統的蒸發器和冷凝器溫度的自動控制如圖所示
空調負荷是經常變化的，因此，要求制冷裝置的制冷量也要相應地變化。而制冷量的變化，就是循環的制冷劑流量的變化，所以需要對蒸發器的供液量進行調節，實現對載冷劑即被冷卻物質的溫度控制。空調用制冷裝置的中常用的供液量自動控制的設備是熱力膨脹閥。
熱力膨脹閥的一種直接作用式調節閥，安裝在蒸發器入口管上，感溫包安裝在蒸發器的出口管上。DV1和DV2是電磁閥，壓縮機停時，電磁閥立即關閉，切斷冷凝器至蒸發器的供液。
2、冷凝器的自動控制
在制冷裝置上通常用冷卻水量調節閥來調節冷凝溫度。冷卻水量調節閥是一種直接作用式調節閥，安裝在冷凝器的冷卻水進水管上，它的壓力測量溫包安裝在壓縮機的排氣端，或冷凝器的制冷劑入口端，以感受Pl的變化。
3、制冷裝置的自動保護
為了保證制冷裝置的安全運行，在制冷系統中常有一些自動保護器件。制冷系統常用的自動保護包括排氣壓力保護、吸氣壓力保護、減壓保護、斷水保護、冷凍水防凍保護等。其系統圖如下：
（一）排氣與吸氣壓力自動保護
在制冷設備中設置了安全閥，還使用壓力控制器來控制排氣壓力。當排氣壓力超過設定值時，壓力控制器立即切斷壓縮機電動機電源，起高壓保護作用；控制吸氣壓力的采用壓力控制器PxS。它對吸氣壓力有保護作用。
（二）油壓的自動保護
在制冷壓縮機運轉過程中，它的運動部件會摩擦生熱。為了防止部件因發熱而變形而發生事故，必須不斷供給一定壓力的油。油壓控制器是一個壓差控制器，用它可以實現制冷裝置油壓的自動保護。
（三）斷水自動保護
為了保證壓縮機的安全，在壓縮機水套出水口和冷凝器出水口，裝設了斷水保護裝置。該裝置是由測量冷凝器出水口水的電阻的兩個電極，配以晶體管控制電路的水流控制器SLS及繼電器所組成。
（四）凍水防凍自動保護
在制冷裝置運行中，蒸發器中冷凍水溫度過低，容易發生凍結影響壓縮機的正常運行，因此設置了冷凍水防凍自動保護系統。該系統是在蒸發器出口端安裝了溫度控制器TfS，當冷凍水出口處溫度降至較低時，溫度控制器使中間繼電器斷開，壓縮機也就停止運轉；在壓縮機停轉后，若蒸發器冷凍水溫度回升到某一溫度時，溫度控制器使中間繼電器接通，冷凍水泵和冷卻水泵就重新啟動，而壓縮機也恢復運轉。
4、水量調節閥的選擇：
根據系統水管管徑尺寸為：DN25DN32DN50三種，選擇相應閥門口徑的電動調節閥。結果如下：（品牌：丹佛斯）
閥門口徑KV值經過閥們的流量（m^3/h）
壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(bar)壓降(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
二通閥選擇：DN25Kvs=10m^3/h編號：065Z3420法蘭連接VL2（PN6）
065B1725法蘭連接VF2（PN16）
065B1525法蘭連接VFS2（PN25）
DN32Kvs=16m^3/h編號：065Z3421法蘭連接VL2（PN6）
065B1732法蘭連接VF2（PN16）
065B1532法蘭連接VFS2（PN25）
DN50Kvs=40m^3/h編號：065Z3423法蘭連接VL2（PN6）
065B1750法蘭連接VF2（PN16）
065B1550法蘭連接VFS2（PN25）
三通閥選擇：DN25Kvs=10m^3/h編號：內螺紋：065B1425外螺紋：065B1325
法蘭連接VF3，VL3
DN32Kvs=16m^3/h編號：內螺紋：065B1432外螺紋：065B1332
DN50Kvs=40m^3/h編號：內螺紋：065B1450外螺紋：065B1350
模擬量控制驅動器：AME15，AME16，AME25，AME35
AME電子驅動器用在DN50以下的VRB，VRG，VF，VL，VFS2，VEF2閥門。該驅動器自動適應行程到閥的終端位置以減少調試時間。電源電壓：24V~。適配器編號：065Z7548，介質溫度超過150℃。閥桿加熱器，用于DN15~DN50的閥門，編號是065B2171。
手動平衡閥：MSV-C該閥用于平衡制冷、供熱和生活用水系統的流量。其特點有：固定的測量孔板；帶有2件針式測量接頭；手輪具有關斷功能，一圈360度均可讀數；數字刻度指示，并具有鎖定功能；固定孔板測量精度是+-5%，MSV-C為內螺紋。
八、風機盤管系統的監控
風機盤管系統的控制通常包括風機轉速控制和室內溫度控制兩部分。
1、風機盤管系統的監控功能
（1）室內溫度測量；（2）冷、熱水閥開關控制；（3）風機變速及啟停控制
其監控原理圖如圖
九、新風機組的監控
新風機組通常與風機盤管配合進行使用，主要是為各房間提供一定的新鮮空氣，滿足人員衛生要求。其基本監控功能有：（1）監測功能檢查風機電機的工作狀態，確定是處于開或關；檢測風機電機的電流是否過載；測量風機出口處的空氣溫濕度，以了解機組是否已將新風處理到要求的狀態；測量空氣過濾器兩側的壓差，以了解過濾器是否要求清洗；檢查新風閥狀態，確定是開還是關。（2）控制功能根據要求啟停風機；控制水量調節閥的開度；控制干蒸汽加濕器調節閥的開度；換熱器的冬季防凍保護（3）集中管理功能顯示新風機組啟停狀態，送風溫濕度，風閥，水閥狀態。通過中央控制管理機啟停機組，修改送風參數設定值
為實現上述功能，相應的硬件配置如下：
新風機組的新風閥配置開關式風閥控制器。這是因為新風機組的風量是根據工作區內人員數量計算出來的，一般不做調節，因此新風門只有開、閉兩種狀態。在風機開啟時，風閥全開，停機時，風閥全關。風閥的控制通過一路DO通道完成。當輸入為高電平時，風閥全開；低電平時，風閥全關。若要了解風閥的實際狀態，還可以用一路DI接受風閥執行器的反饋信號。
十、電子機械房間恒溫控制器RMTE
該控制器廣泛應用于商業、工業和住宅建筑。適用于供熱，制冷和全年空調系統的室溫控制，特別是風機盤管和電加熱器等。特點是：高度敏感，無基準振動問題，硬防火塑料底座和上蓋，一體結構，易于安裝，系統OFF位置，切斷所有環路。RMTE-HC2適用于2管制供熱/關斷/制冷，溫度范圍是10~30℃。電源等級：230V+-10%50/60HZ電流等級：恒溫控制器1A230V/AC風機6（2）A230V/AC
十一、區域電動閥ZV-2/3
該系列閥門與時間溫度控制器一起用來控制家庭和商業的中央供熱，熱水及冷水系統中的水量。主要參數：適用于各種安裝要求和偏好，適用于供熱和供冷應用，性能可靠，使用壽命長，易于安裝和接線，結構堅固。相關數據如下：
類型產品編號種類DN關閉壓力KV螺紋（外）介質
ZV-215087N72402-通開/關152.5bar3.2G1/2”制冷/熱水（+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主控和急停開關
3LD1開關可用于控制主回路、輔助回路以及三相電機和其它負載。應用
它是手動隔離開關，符合IEC947-3/DINVDE0660第107部分(EN60947-3)標準，并且滿足隔離要求。3LD1控制開關可以用于：起/停(ON/OFF)。控制該開關有三個相鄰的主觸頭，在開關的任何一邊都可以裝第四個觸頭。這個觸頭可以是N觸頭或一個帶1常開和1常閉觸點的開關
SIEMENS3TH中間繼電器
3TH系列中間繼電器，適用于交流50Hz或60Hz，電壓至660V和直流電壓至600V的控制電路中，用來控制各種電磁線圈及作為電信號的放大和傳遞，符合IEC947，VDE0660，GB14048等標準。繼電器動作機構靈活，手動檢查方便，結構設計緊湊，可防止外界雜物及灰塵落入繼電器的活動部位。接線端都有罩覆蓋，人手不能直接接觸帶電部位，安全防護性很高；繼電器電磁鐵工作可靠、損耗小、噪音小、具有很高的機械強度，線圈的接線端裝有電壓規格標志牌，標志牌按電壓等級著有特定的顏色，清晰醒目，接線方便，可避免因接錯電壓規格而導致線圈燒毀。
十三、壓差控制器
根據閥門口徑，選擇以下幾種：ASV-PVDN25ASV-PVDN32AIPDN50
ASV壓差平衡閥可自動保證供熱和制冷系統的水力平衡。該工程中采用的是定水量系統，壓差控制器用在排氣與吸氣壓力自動保護中。使用ASV閥門，可避免煩瑣的調試過程，安裝完閥門即可。在所有負荷下自動平衡系統，也有助于節能。安裝時需安在回水管，且流向應與閥體上的箭頭一致。
十四、參考文獻
建筑環境與設備的自動化劉耀浩天津大學出版社
篇（2）
一、攻關的任務、考核目標及主要技術指標：
經過論證，我們在專題合同中將各種指標定位在：
本專題的攻關任務：研究智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統，該系統包括兩項任務，其一是開發家用管理軟件，其二是開發家庭智能控制裝置，實現對居室溫度、濕度進行自動調節；對廚房用具進行時序控制；對衛生間的排風進行控制。而家用電腦管理軟件要對家庭設施進行管理并提供若干家政服務程序。
本專題的考核目標：提供具有居室空調、廚房監控、衛生間自動排風功能的微機控管裝置一套；提供家用電腦管理軟件一套；住宅溫、濕度等參數應滿足智能住宅規定標準；在示范工程中應用該項成果。
本專題的技術經濟指標：溫度、濕度等主要被控參數應滿足智能小康住宅標準（溫度18℃～28℃，濕度30％～70％）；系統運行可靠。
在進行該項專題的進一步研究的過程中，結合當前先進技術的發展以及我國智能住宅發展狀況，在原有的合同的基礎上，我們對家庭智能控制器又增加了三表遠傳、安防等功能。
二、專題執行情況評價
本專題按兩個部分實施，即家庭智能控制器和家用電腦管理軟件的研究：
1、家庭智能控制器
（1）功能
本專題所開發的家庭智能控制器即智能節點具有4路模擬輸入，12路數字輸入，12路數字輸出，其所實現的功能如下：
通過對室內溫度監測，得到實際溫度與設定溫度比較：當實際溫度低于設定溫度一定值時，在夏季關空調，在冬季開暖氣；當實際溫度高于設定溫度一定值時，在夏季開空調，在冬季關暖氣。溫度控制達到智能小康住宅規定標準：18～28℃。
通過對室內濕度監測，得到實際濕度與設定濕度比較：當實際溫度高于設定溫度一定值時，關加濕器；當實際濕度低于設定濕度一定值時，開加濕器。濕度控制達到智能小康住宅規定標準：30～70％。
對三表實行脈沖計數，并發送到上位機。
當門磁或紅外報警時，在設防狀態下，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
玻璃破碎報警時，聲光報警啟動；在設防狀態下，自動撥號器啟動：有報警信號傳到上位機。
緊急按鈕報警時，自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
排風扇按鈕控制排風扇，排風扇運行一段時間自動關閉。
煙感探頭報警時，煤氣閉閥器關閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位，此外，通過判斷煙感探頭輸入信號可識別探頭是否有故障。
煤氣泄漏報警時，排風扇啟動，煤氣閉閥器關閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
探頭復位輸入控制火災探頭掉電復位及開啟煤氣閉閥器。
通過上位機運作，可以控制廚房設備按一定時序啟動。
溫度的設置可以通過上位機或者設定按鈕實現。
濕度的設置可以通過上位機或者設定按鈕實現。
與本專題預期目標相比，我們在設備監控的基礎上，增加了安防功能，三表遠傳功能；我們經過認真研究，考慮研發產品的應用和推廣，我們單片機來完成這些功能，而是采用了先進的現場總線棗LON總線。
（2）應用的LONWORKS技術特點
本專題采用了LONWORKS技術進行開發，該技術有如下特點：
開放性：網絡協議開放，對用戶平等；
通信媒介的多樣性：可采用任何媒介進行通信，如雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外等，并且同一網絡可以有多種通信媒介；
互操作性：其通信協議Lontalk是符合ISO定義的OSI模型，任何制造商的產品都可以實現互操作性；
網絡拓撲：有星型、總線型、環型以及自由型；
網絡結構：主從式、對等式或客戶/服務式結構；
通信的每幀有效字數可從0至228個字節；
通信速率可達1.25MB/S，此時有效距離為130M；78KB/S的雙絞線，直線通信距離可達2700M；
其技術核心器件棗Neuron芯片內部裝有三個8位微處理器、34種I/O對象和定時器以及LONTALK通信協議等。該芯片具有通信和控制功能。
近年來，該技術在國內外的智能建筑領域都得到了應用和發展，其開發工具平臺強大，開發者在短期內就可以完成開發工作；在韓國、日本、澳大利亞、加拿大等國都已經利用該技術完成多項工程；并且，總體來看，該技術適用于中國，而且還在無線擴頻等方面有繼續加強的潛力，能在家庭智能系統上有更大的突破。
（3）解決的技術關鍵
功能集成：在目前智能住宅產品中，實現單一功能（如抄表、安防）的產品很多，本裝置將三表收費、三防、廚房設備監控、室內環境監測、衛生間排風扇控制等功能集成在一起，真正實現了功能集成。
采用了Lonworks技術：Lonworks技術作為先進的總線技術，在本專題得以采用，將會更有利于家庭智能控制裝置的推廣。
模擬量的引入：從長遠來看，將模擬量引入智能住宅將是必然，而目前國內幾乎沒有智能住宅產品將其引入，本裝置將模擬量引入，也體現裝置的前瞻性。
軟件編程語言采用NeuronC語言，利用該語言事件驅動任務的特點，增強了裝置的實時性。
本裝置可靈活組態：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設計硬件電路時預留出端口，而不焊接模數轉換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準備；12路數字輸入點被開關量或脈沖信號來觸發，其可以配置成電表水表煤氣表輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結合；12路輸出只是一個開關信號，也可根據實際情況進行靈活配置。
與目前系統集成商所提出智能小區方案相比，本專題將家用電腦引入家庭智能控制系統來管理家庭設施。
住宅節能：我們認為，智能住宅在提供給人們安全、舒適的環境的同時，也應將節能的概念引入智能住宅中。在本專題中，我們對衛生間排風采取實時控制，使其在滿足室內排風要求的同時做到節省電能；我們通過對室內溫度的設定，在不同季節內對空調或供暖設備進行控制，使其在一定的條件下工作，當達到預期要求時，立刻停止工作，進而達到節能的目的。
模數轉換通信匹配問題：在本專題中，我們利用Max186芯片對采樣的溫濕度信號進行模數轉換。Max186芯片具有12位精度，其與LONWORKS技術的neurowire方式進行通信需要匹配，本專題解決了這個問題。
本專題所開發出來的家庭智能控制器比較成熟，可作為產品投入市場，并且，該家庭智能控制器已經在北京翌景嘉園使用。與目前國內同類產品相比，其性能價格比是最優的（具體情況見效益分析）。
2、家用電腦管理軟件
家用電腦管理軟件是在Delphi5.2平臺上開發而成，其功能、設計特點如下：
（1）功能
提供家庭生活服務信息。主要有：醫療保健知識、家庭菜肴、點心制作方法及飲食科學知識、女性美容裝飾常識、花鳥魚種值飼養方法、旅游知識、保險知識及家庭生活中的一些常用信息等。
提供家庭事物管理手段。這部分主要內容有：家庭財務、親友通訊錄、個人檔案管理。
該軟件通過網卡直接對家庭設施進行管理：三表計費、設備狀態顯示、廚房設備時序控制、溫濕度設定。
（2）軟件特點：
是軟、硬件技術成功結合的典范：考慮到“小康住宅”的特點，將計算機硬件、軟件技術相結合，通過LON控制模塊成功地實現了對住宅內的環境監測及設備監控。
實用性強：在本軟件中，我們以科學實用為原則，從醫學、美食、旅游、保險、美容裝飾、花鳥魚種植飼養、財務管理、通信錄管理等方面為用戶提供了及其豐富的生活服務信息，以便為用戶的工作、學習提供更多的方便。
易學易用：在軟件開發過程中，我們在不影響功能及生動性的前提下，盡量使界面簡潔、直觀，并具有邏輯性，從而使得用戶容易掌握軟件的思路及操作方法。
三、成果應用前景及效益分析
建筑業是國家的支柱產業，住宅建設占總房產建設投資的80％左右，國家十分關注住宅建設，繼“解困”、“安居”工程后，又努力實施“小康”工程。為了加大“小康”工程力度，國家把“2000年小康城鄉科技產業工程”列為國家重大科技產業項目。可見，投身于住宅小區智能化以及相關產品的研發，既有利于推動建筑業的發展，又能帶來可觀的經濟效益和社會效益。
1、國內智能小區市場預測
隨著計算機技術、現代通信技術和自動控制技術等高新技術的延伸，智能建筑應運而生。智能小區是智能大廈的基本含義中擴展出來的。以1999年為例，國家在99年對住宅的投資1700～1800億元人民幣，根據建設部對小區初、中、高三個等級的劃分，小區智能化為住宅小區總投資的1％～3％。以此比例計算，則僅99年度對小區智能化的需求就達17～54億元人民幣，而隨著住房體制改革的不斷深入及人們對住宅環境要求的不斷提高，該數值還會將大幅度提高。由此可見，小區智能化市場前景廣闊。
2、本專題的實用性及前瞻性
“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”作為2000年小康城鄉科技產業工程“的一個專題，該項研究應用LONWORKS技術開發并在住宅示范小區工程中試運行。該家庭智能控制器具有很強的靈活必一，根據用戶需要，可以進行靈活配置，例如：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設計硬件電路時預留同端口，而不焊接模數轉換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準備；12路數字輸入點被開關量或脈沖信號來觸發，其可以配置成電表水表煤氣氣輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結合；12路輸出只是一個開關信號，也可根據實際情況進行靈活配置。總之，該家庭智能控制器即適合現在智能住宅的要求，也會在一定程度上滿足將來發展的需要。
我們開發的家庭智能控制器再加上各種傳感器構成的控制系統，其價格為4000元左右，即每個住戶用于智能化投資在4000元左右，與當前國家制定普及型智能住宅價格（5000元）相比，相對價位下降20％；而從長遠來看，隨著人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各類相關器件價格的下調，大多數用戶對智能化的投資是可以接受的，并且其所帶來的各種效益是無法估量的。
4、本專題的社會效益
本專題是以小康住宅智能化宗旨，旨在為人們提供舒適、安全、健康的環境。這一方面提高了人們生活水平，另一方面也為人們的高效率快節奏提供了條件。
智能住宅設施的自動控制和管理，既需要相關行業的支持，也促進相關行業的發展。智能住宅建設的興起，將使許多相關企業投入建筑市場，又為許多人提供了就業機會。
此外，對于生產智能控制器的廠商來說，他們在推廣應用這項成果中，將會獲得可觀的經濟效益。
四、專題調協的科學性和合理性的后評估
本專題設置的科學性和合理性可從以下幾方面反映出來：
1、專題在智能小區的地位
智能小區在智能化大樓的基礎上擴展和延伸出來，人們通過對小區建筑群的四個基本要素（結構、系統、服務、管理）進行優化考慮，提供一個投資合理，又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環境。從以上的定義可以看出，人們通常提出的智能大廈的3A（建筑設備自動化、辦公自動化、通信自動化）或5A（在“3A”的基礎上加上安防自動化和防火自動化）也適合智能小區，所以智能小區的“智能”很大一部分都體現在其自動化的程度。此次國家制定的該課題與以往課相比，其對智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（廚房設備的自動化以及模擬量的引入隨著人民生活的提高也將會被人們接受）。總之，本專題對智能小區“智能”的研究，在智能小區的整體研究中起著相當重要的作用。
2、未來市場走向
筆者認為，建筑業是國家的支柱產業，住宅建設將占房產建設投資的80％左右，其中對智能小區投資占總房產建設投資的8～24％，在這種背景下，國家將會進一步加大對智能化建筑的投資。由于智能小區的概念是近幾年才形成的，單個功能或系統如抄表、報警功能在一些住宅小區中已經有些應用，但是還沒有哪個廠家能夠推出從總體上設計和規劃成熟的智能小區網絡化綜合管理系統，目前的市場還處于群龍無首階段。此時，國內市場急需一種性能價格比較高的智能化產品，這時研究智能型住宅家庭設施控制和管理系統將有更重要的意義。
3、用戶需求
隨著生活水平的提高，一方面，人們對住宅的追求不僅僅局限于外表的裝飾，人們對住宅的智能已經有了初步的認識；另一方面，在一些發達的城市中已經出現智能小區并為人們所接受。此時研究本專題開發出適合人們要求的智能化產品也具有很重要的意義。
4、科技含量
可以說智能小區是隨著計算機技術、通信技術、自動控制等的發展而提出和發展起來的。智能小區的“智能”也可理解成為其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小區智能化的水平。本專題所采用的LONWORKS技術是最近幾年內流行的先進的現場總線技術，運用該項技術研究本專題并開發出基于該技術的產品，將更有利于該產品的推廣，并且隨著LONWORK技術本身的改進和提高，智能化產品也利于更新換代。
總之，“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”專題的完成，一方面，為家庭設施智能化的可行性提供了依據；另一方面，也為制定家庭設施智能化規范提供了參考。并且，本專題開發出來的成果正在轉換成產品，這進一步證明了專題設置的科學性和合理性。
五、經費決算和經費使用評價
國家科委為“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”專題攻關撥款10萬元，于1999年9月撥款到哈爾濱建筑大學，課題組將其分成兩個子項實施，即智能家庭控制裝置和家用電腦管理軟件，經過一年多的研發，現已完成。其經費使用情況如下：
收入
支出
科目實際數（萬元）科目金額（萬元）單位自籌2儀器設備費1.5國家撥款10材料費0.5加工費0.5試驗費1.0管理費3.0勞務費2.0軟硬件費1.0調研費1.5其他1.0合計12合計122、經費使用評價
本專題的研究采用LONWORK技術，并要求在示范小區試運，這樣做可保證技術的先進性和成果的推廣。但應用該技術必須在其開發平臺上完成，我們沒有（國內僅少數單位具有）開發工具，該開發系統由美國ECHLON公司專賣，價值二十萬元。其次選擇示范小區，也要花費相當數量的費用。面對這兩項主要開銷，國家科委下撥的十萬元是明顯不足的。為了解決經費的不足，我們采取如下措施：
（1）將該專題分成兩個子項，即智能住宅家庭控制裝置和家用電腦管理軟件。其中智能住宅家庭控制裝置由于采用LONWORKS技術，我們決定采用合作開發的辦法，而家用電腦管理軟件采用自主開發，經費分項使用。
（2）選擇北京德達數據系統有限責任公司作為合作伙伴，主要原因是該公司作為國內智能建筑領域起步最早的企業之一，其在智能建筑科研、設計、安裝頗具實力，并且還備有開發技術產品的成套設備。與該公司合作，他們可提供開發設備和安裝調試條件，我們出技術、人力，這樣做就不需購買專題開發用的設備，也就節省了這筆大的開銷。
（3）確定北京翌景嘉園示范小區作為試運點，該智能住宅小區是北京德達數據系統有限責任公司承接工程，其中有該公司科研、開發、實驗樣板間，利用該樣板間提供的條件（其中包括智能住宅的多種傳感器），可以節省現場安裝調試所需的硬件費用。
（4）本著節省的原則辦事情，由于合作單位、示范小區均在北京，而我們在哈爾濱，兩地的差旅費將要占科研經費的三分之一，我們利用北京德達數據系統有限責任公司提供給校方人員的食宿條件以及按每次出差要集中高效辦事的原則，使差旅費的花銷僅用原計劃的一半。
由于利用以上一些措施，使得該項目實際用費基本與國家科委撥款持平。
六、存在的問題
目前，國內沒有一個完整的智能小區規范，這為定位智能住宅的功能帶來一定難度，本專題對家庭智能控制裝置的功能是結合我國智能小區現狀及各種技術資料定位的，并且對每個家庭所配置節點數還有待進一步研究。
篇（3）
廠址位于XX市西郊雷鋒大道7公里處，占地面積620畝。為加速實施全省農業結構的調整，先后從美國﹑法國﹑埃及﹑日本及國內10多個省市科研育種單位引進優質果茶品種資源158個，優質果茶種苗40多萬株，建成果茶母本園150畝。每年可向社會提供優質果茶苗木200多萬株，果茶母（接）穗1萬公斤以上，生產優質果茶產品1000噸以上。
果茶場也是省城第一座以品茶、園藝、垂釣為主題的農業觀光園。這里空氣清新，景色怡人。春有草莓、櫻桃、“明前”茶；夏有枇杷、蘋果、葡萄、桃、李、楊梅、無花果與瓜類；秋有板栗、柿、棗、梨、獼猴桃；冬有柑桔、橙類等。一年四季。百果飄香，是個名副其實的“百果園”。
該廠第二期工程將于2003年完成，面積將擴至1000多畝。年生產優質果茶苗木將達到1000萬株，優質果茶產品產量也將成倍增加，更多的農業高新技術將落戶該場。果茶苗木和產品的生產、檢測、采后處理、加工和多種農業觀光設施將全部完善和配置。屆時，一個全新的高科技生態農業示范、觀光園將會展現在你的面前。
百果園是農業高科技的結晶，而滴灌系統是其中的重中之重。百果園現建成的620畝果園，全部由從以色列引進的先進滴噴灌系統控制，該園地勢起伏較大，最高處海拔達86.60m，最低處64.72m，傳統灌水方式很難進行，而先進的滴灌系統由于對地形的適應能力強，而且特別適應山地丘陵地區，所以滴灌正好大施其能，由低處水庫中取水，經過過濾加壓，然后由遍布全園的各種管道把帶有肥料、除蟲劑的水準確地送到每片需水地園中，保證果樹的正常需水。不過其系統自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現作物的輪灌、對灌水時間和灌水量還不能實現有效的控制，有望進一步提高。
2滴灌系統
滴灌就是滴水灌溉技術，它是利用低壓管道系統，使滴灌水成點滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤作物根系最發達的區域，使作物主要根系活動區的土壤始終保持在最優含水狀態。滴灌不同于傳統的地面灌溉濕潤全面積土壤，因此滴灌有節約灌溉用水量、促進作物生長和提高產量的作用，是一種很有發展前途的局部灌水技術。
百果園主要種植柑桔、葡萄、水蜜桃、茶等低矮果樹，如果采用其它灌水方法，不僅浪費水資源，而且很難保證滿足果樹的需水量，而滴灌具有省水節能、省工省地省肥、操作簡單，易于實現自動化、對土壤地形適應性強、保護和保持生態環境等優點，所以滴灌成為了百果園地首選。
2.1百果園滴灌系統的組成
百果園滴灌系統主要由水源、首部樞紐、輸配水管網和尾部設備灌水器以及流量、壓力控制部件和測量儀表等組成，如圖所示。全園滴灌系統組成示意圖：
1.水源2．水泵3.供水管4.蓄水池5.逆止閥6.施肥開關7.灌水總開關8.壓力表
9.主過濾器10.水表11.支管12.微噴頭13.滴頭14.毛管(滴灌帶、滲灌管)
15.滴灌支管16.尾部開關(電磁閥)17.沖洗閥18.肥料罐19.肥量調節閥20.施肥器21.干管
2.1.1水源
江河、湖泊、水庫、井、渠、泉等水質符合微灌要求的均可作為水源，百果園采用從園中的水庫中取水。
2.1.2首部樞紐
百果園的首部樞紐包括泵組、動力機、肥料罐、過濾設備、控制閥、進排氣閥、壓力表、流量計等。其作用是從水庫中取水增壓并將其處理成符合微灌要求的水流送到系統中去。百果園中采用五級加壓式離心泵，在水庫中取水，現取現用，計劃建一水塔蓄水。
2.1.3輸配水管網
輸配水管網的作用是將首部樞紐處理過的水按照要求輸送分配到每個灌水單元和灌水器。包括干、支管和毛管三級管道，毛管是微灌系統末級管道，其上安裝或連接灌水器。微灌系統中直徑小于或等于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。百果園中干、支管采用PVC管和UPVC管，毛管采用PE管。
2.1.4尾部設備
尾部設備是微灌系統的關鍵部件，包括微管和與之相聯的灌水器(小微管、滴頭、微噴頭、滴灌帶、滲灌頭、滲灌管等)插桿等。灌水器將微灌系統上游所來的壓力水消能后將水成滴狀、霧狀等施于所需灌溉的作物根部或葉面。
2.2百果園滴灌灌溉系統
灌溉系統的第一期工程是由以色列的普拉斯托公司負責承建，全園采用先進的滴、噴灌相結合的微灌節水技術，是我國南方發展節水農業的典范，其具體情況見下：
2.2.1設計原則
滴灌灌溉系統設計除了滿足節水、節能、省力等之外，通常應遵循以下主要原則：
①必須滿足果園果樹生長對水分的要求；
②灌溉系統設計應結合耕作實際，便于操作；
③應使所選擇的灌水方法既能滿足作物的灌溉要求，又不因灌溉而造成病害、蟲害的發生；
④在盡可能的情況下，灌溉系統設計時應考慮施肥及噴藥裝置；
⑤在盡可能的情況下，應使灌溉系統在滿足灌溉要求的同時，工程建設的綜合造價最小。
2.2.2設計步驟
2.2.2.1資料的收集在系統設計時，必須掌握以下資料：
①地形資料：根據實際情況測繪大比例尺地形圖，其中包括果園的平面布置、道路、水源位置、高差等。
②土壤資料：主要是土壤理化性質、地下水埋藏深度和土層厚度等。土壤理化性質主要包括土壤類別、干容重、含鹽情況、土壤田間持水率等。
③氣象資料：區域年均降雨量及季節分布、平均氣溫、極端氣溫（包括最高、最低氣溫）、最大凍土層深度、無霜期、蒸騰蒸發資料等。
④水源資料：水源屬性（個人或集體）、種類、水源位置、水質、含沙情況、水位、供水能力、利用和配套情況等。若水源為機井時，還應調查機井的靜水位和動水位，當地下水水位較淺時，一定要調查清楚地下水位及其周年變化規律。若水源為渠水時，應調查清楚水源的含泥沙種類、含沙量、水位、供水時間、可能的配水時間等。同時，還應特別注意水源的保證率問題，不論是只用于果園的水源還是與周圍大田混用的水源，都應考慮這個問題。
⑤百果園作物種植資料：其中包括作物的種類、種植密度（其中最主要的是行距和株距）等。
⑥百果園的環境資料：包括百果園周圍的地形、交通和供電等。
2.2.2.2灌水方法的選擇灌水方法選擇適當與否，除了影響工程投資外，還直接影響著灌溉系統的效益發揮和灌溉保證率。因此，應根據作物種類、作物的種植制度、種植季節、水源情況、果園設施情況、工程區社會經濟情況等，合理地選擇相對投資較省、灌溉保證率較高且有利于果園果樹生長的灌水方法。百果園灌溉系統的灌水方法采用以滴灌為主，滴噴灌相結合的方式。
2.2.2.3滴灌系統布置，百果園滴灌系統的管道分干管、支管和毛管等三級，布置時干、支、毛三級管道要求盡量相互垂直，以使管道長度和水頭損失最小。通常情況下，園內一般出水毛管平行于種植方向，支管垂直于種植方向。
2.2.2.4滴灌灌溉制度的擬定
①灌水定額：是指作為滴灌系統設計的單位面積上的一次灌水量，如果用灌水深度表示，可用式（4-8）計算，即
H——計劃濕潤層深度（米），一般蔬菜0.20-0.30米深根蔬菜或果樹0.3-1.0米；
p——土壤濕潤比，70%-90%。
②設計灌水周期：滴灌設計灌水周期是指按一定的灌水定額灌水后，在作物適宜土壤含水率的條件下，保障作物正常生長的可能延續時間T，用式（4－9）計算，即
③一次灌水延續時間：一次灌水延續時間是指把設計灌水定額水量，在不產生徑流的條件下，均勻分布于果園田間所用的灌水時間，用式（4－10）計算，即
i.輪灌區數目的確定：（a）對于固定式滴灌系統，輪灌區數目可按式（4-11）計算：（b）對于移動式滴灌系統，則有：
ii.一條毛管的控制灌溉面積：（a）對于固定式滴灌系統，毛管固定在一個位置上灌水，控制面積為
f=SeL(4-13)
式中f——每條毛管控制的灌溉面積（平方米）
L——毛管長度（米），移動式滴灌系統中為出流毛管長度。
（b）對于移動式滴灌系統，一條毛管控制的灌溉面積為
2.2.2.5滴灌系統控制灌溉面積大小的計算在灌溉水源能夠得到充分保證的條件下，滴灌面積的大小取決于管道的輸水能力。對于水源流量不能滿足整個區域需要時，滴灌面積為
2.2.2.6管網水力計算滴灌系統各級管道布置好以后，即可從最末端或最不利毛管位置開始，逐級推算各級管道的水頭損失（包括沿程水頭損失和局部水頭損失）。在設計中，同一條支管上的第一條毛管最前端出水孔處水頭與最末一條毛管最末端出水孔處水頭之間的差值，不超過滴頭設計工作壓力的20％，流量差值不超過10％；對于采用壓力補償式滴水器時，僅要求區域內滴頭流量差值不超過10％，并據此確定支、毛管的最大設計長度；在滴灌中，由于管網中水流壓力通常小于0．3兆帕，所以多選用PVC塑料管道。管道中水流在運動過程中的壓力損失通常包括沿程阻力損失和局部阻力損失。工程設計中塑料管道的沿程阻力損失常選用式（4－16）、（4－17）計算，局部阻力損失常用式（4－18）計算。①沿程阻力損失hf
當管道有多個出水口時，管道的沿程阻力應考慮多口出流對沿程阻力的折減問題，多口出流折減系數k，對應計算公式
②局部阻力hj
工程設計中為了計算方便，局部阻力損失也常按沿程阻力損失hf的10％估算。
2.2.2.7管道系統設計包括各級管道的管材與管徑的選擇、各級固定管道的縱剖面設計、管道系統的結構設計。
①管材的選擇：可用于灌溉的管道種類很多，應該根據滴灌區的具體情況，如地質、地形、氣候、運輸、供應以及使用環境和工作壓力等條件，結合各種管材的特性及適用條件進行選擇。一般情況下，對于地理固定管道，可選用鋼筋混凝土管、鋼絲網水泥管、石棉水泥管、鑄鐵管和硬塑料管。鋼管易銹蝕和腐蝕，最好不要選用。隨著材料工業的發展，地埋管道多選用塑料管。選用塑料管時一定要注意，不同材質的塑料管在幾何尺寸相同的情況下可承受的工作壓力相差甚遠，特別是在使用低密度聚乙烯管（PE管）時，一定要注意管壁的厚度是否達到了能承受系統所要求壓力的厚度，若沒有達到，千萬不能使用，否則將會埋下隱患，造成運行時管道發生爆破，甚至導致整個管道系統癱瘓。用于滴灌地埋管道的塑料管，最好選用硬聚氯乙烯管（UPVC管）。對于口徑150毫米以上的地埋管道，硬聚氯乙烯管在性能價格比上的優勢下降，應通過技術經濟分析選擇合適的管材。塑料管經常暴露在陽光下使用，易老化，縮短使用壽命。因此，地面移動管最好不采用塑料管。
②管徑的選擇：當輪灌編組和輪灌順序確定之后，各級管道在每一輪灌組所通過的流量即可知道。通常選用同一級管道在各輪灌組中可能通過的最大流量，作為本級管道的設計流量，依據這個設計流量來確定管道的管徑。若某一級管道，其最大流量通過的時間占管道總過水時間的比例甚小，也可選取一個出現次數較多的次大流量，作為管道的設計流量來確定管徑。同一級管道的不同管段通過的最大流量不同時，可分段確定設計流量。（a）支管管徑的確定：支管是指直接安裝豎管和滴頭的那一級管道。支管管徑的選擇主要依據灌溉均勻的原則。管徑選得越大，支管運行時的水頭損失就越小，同一支管上各滴頭的實際工作壓力和灌水量就越接近，灌溉均勻度就越接近設計狀況。但這樣增大了支管的投資，對移動支管來說還增加了拆裝、搬移的勞動強度。管徑選得小，支管投資減少，移動作業的勞動強度降低，但由于運行時支管內水頭損失增大，同一支管上各滴頭的實際工作壓力和灌水量差別增大，結果造成果園各處受水量不一致，影響滴灌質量。為了保證同一支管上各滴頭實際出水量的相對偏差不大于20％，國家標準GBJ85-85規定：同一支管上任意兩個滴頭之間的工作壓力差應在滴頭設計工作壓力的20％以內。顯然，支管若在平坦的地面上鋪設，其首末兩端滴頭間的工作壓力差應最大。若支管鋪設在地形起伏的地面上，則其最大的工作壓力差并不見得發生在首末滴頭之間。考慮地形高差Z的影響時上述規定可表示為
許的水頭損失即為從式（4－20）
可以看出：逆坡鋪設支管時，允許的hw的值小，即選用的支管管徑應大些；順坡鋪設支管時，因Z的值本身為負值，其允許的hw的值可以比0.2hp大些，也就是說因支管順坡鋪設時，因地形坡降彌補了支管內的部分水力坡降，選用的支管管徑可適當的小些。當一條支管選用同管徑的管子時，從支管首端到朱端，由于沿程出流，支管內的流速水頭逐次減小，抵消了局部水頭損失，所以計算支管內水頭損失時，可直接用沿程水頭損失來代替其總水頭損失，即h''''f=hw，式（4－20）可改寫為
滴頭選定后，滿頭的設計工作壓力可從滴頭性能表中查得。兩滴頭進水口高程差（實際上就是兩滴頭所在地的地面高差）可以從系統平面布置圖中查取。則h''''f即可求出。利用公式h''''f=FfLQm／db，在其他參數已知的情況下反求管徑d，d就是該支管可選用的最小管徑的計算值。因管材的管徑已標準化、系列化。因此，還需按管材的標準管徑將計算出的管徑規范取整。對滴灌系統的支管，考慮到運行與管理的方便，最大的管徑一般不超過100毫米，并且應盡量使各支管取相同的管徑，至少也需在一個作業區中統一。對于固定管道式滴灌系統，地理支管的管徑可以不同，但規格不宜太多，同一條支管一般最多變徑兩次。（b）支管以上各級管道管徑的確定：一般情況下，這些管道的管徑是在滿足下一級管道流量和壓力的前提下按費用最小的原則選擇的。管道的費用常用年費用來表示。隨著管徑的增大，管道的投資造價（常用折舊費表示）將隨之增高，而管道的年運行費隨之降低。因此，客觀上必定有一種管徑，會使上述兩種費用之和為最低，這種管徑就是我們要選擇的管徑，稱之為經濟管徑。經濟管徑中對應的流速稱為經濟流速。圖4-7就是用最小年費用法計算經濟管徑的原理示意圖。用這種方法確定管徑概念清楚，但計算相當繁瑣，往往需要分別計算出多種管徑的年投資和年運行費，比較后再確定。隨著科學技術的進步，計算機技術的飛速發展，許多優化設計方法，如微分法、動態規劃法等已在管道灌溉管網的設計中得到應用，具體方法可參閱有關書籍。對于規模不太大的滴灌工程，也可用式（4－22）、式（4－23）的經驗公式估算管道的直徑：
應該指出的是，由于管道系統年工作小時數少，而所占投資比例又大。因此，一般在灌溉系統壓力能得到滿足的情況下，選用盡可能小的管徑是經濟的，但管中流速應控制在2.5～3米／秒以下。
③管道縱剖面設計：管道縱剖面設計應在系統平面市置圖繪制后進行，設計的主要內容是確定各級固定管道在平面上的位置及各種管道附件的位置。管道的縱剖面應力求平順，減少折點，有起伏時應避免產生負壓。
ⅰ埋深及坡度：地埋管的埋深指管徑距地面的垂直距離，埋深應根據當地的氣候條件、地面荷載和機耕要求確定。一般管道在公路下埋深應為0.7～1.2米；在農村機耕道下埋深為0．5～0．9米。地埋管的坡度主要視地形條件而定，同時也應考慮地基好壞及管徑大小。一般在地形條件許可的情況下，管徑小、基礎穩定性好的管道坡度可陡一點；反之應緩些。總的來說，管道坡度不得超過1:1，通常控制在1:1.5～1:3以下。
ⅱ管道連接及附件：地埋管道的連接多采用承插或黏接的形式，轉向處用彎頭，分水處用三通或四通接頭，管徑改變處采用異徑接頭，管道末端用堵頭。為方便施工和安裝，同類管件應考慮其規格盡量統一。
為了按計劃進行輸水、配水、管道系統上應裝置必要的控制閥。白果園中為了實現灌水的有效控制,設置了30多個電子閥.而且各級管道的首端還設了進水閥或水分閥；當管道過長或壓力變化過大時，設置節制閥。為保證管道的安全運行，還安裝一些附設裝置。自壓系統的進水口和各類水泵吸水管的底端應分別設置攔污棚和濾網，管道起伏的高處應設排氣裝置，自壓系統進水閥后的干管上設高度高出水源水面高程的通氣管，管道起伏的低處及管道末端設泄水裝置，管道可能發生最大水錘壓力處設置安全閥。
2.3評價
從整體上來看,XX白果園的滴灌系統是建設的比較完善的一套滴水灌溉系統,設計施工都符合現代滴灌的要求,是一套先進的現代化滴水灌溉系統，而且產生了很好的經濟效果。不過當時考慮到經濟條件的限制，其毛管采用了單行直線布置，灌水均勻度不高，鑒于對多種毛管布置形式的比較分析，筆者認為百果園應改進為雙行毛管平行布置；而且其控制系統自動化程度不高，全園僅能使用微機控制電磁閥的開啟，不能精確實現作物的輪灌、對灌水時間和灌水量都不能實現有效的控制，故需進一步對其控制系統加以設計改進。正在建設的二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中的不足，特別是應該實現灌水的全自動控制。
3灌溉自動化控制系統
灌溉中的滴灌系統，能很方便實現自動化控制，灌水的自動化控制能有效的實現節水灌溉，也是農業實現現代化的要求。對微灌的自動化控制，根據控制系統運行的方式不同，一般可分為手動控制、半自動控制和全自動控制三類：
①手動控制系統
系統的所有操作均由人工完成，如水泵、閥門的開啟、關閉，灌溉時間的長短，何時灌溉等等。這類系統的優點是成本較低，控制部分技術含量不高，便于使用和維護，很適合在我國廣大農村推廣。不足之處是使用的方便性較差，不適宜控制大面積的灌溉。
②全自動控制系統
系統不要人直接參與，通過預先編制好的控制程序和根據反映作物需水的某些參數可以長時間地自動啟閉水泵和自動按一定的輪灌順序進行灌溉。人的作用只是調整控制程序和檢修控制設備。這種系統中，除灌水器、管道、管件及水泵、電機外，還包括中央控制器、自動閥、傳感器（土壤水分傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器和雨量傳感器等）及電線等。
③半自動控制系統
系統中在灌溉區域沒有安裝傳感器，灌水時間、灌水量和灌溉周期等均是根據預先編制的程序，而不是根據作物和土壤水分及氣象資料的反饋信息來控制的。這類系統的自動化程度不等，有的一部分實行自動控制，有的是幾部分進行自動控制。
為了對先進的滴灌自動化控制系統有具體認識和了解，下面我們將對滴灌的自動化控制作詳細介紹：
3.1滴灌首部控制樞紐
滴灌自動化系統的基本控制方法有：時間控制、水量控制和反饋控制三種。時間控制系統是按預定好的時間放水或關水；水量控制系統是按照設計的配水量放水或關水；反饋控制系統是根據灌區內濕度感受器的反應，然后將信號傳送到首部控制樞紐部分來關水或放水。滴灌系統更便于完全實現自動化，這在地多人少、勞力緊張的邊遠地區，沙漠地帶的防護林區，鐵路路基沿線，經濟力量雄厚的城郊蔬菜種植區顯得特別重要。目前，國外發達國家在滴灌區普遍使用了計算機管理系統，并通過專用的滴灌系統軟件來控制和檢測作物生長、土壤狀況和氣象趨勢，取得了良好的效果。大大提高了現代化的土壤水分、作物生長測定技術的可能性和實用性，具有農藝上的綜合性，為人們充分利用現代化儀器設備在滴灌系統中應用提供了巨大的潛力。滴灌系統軟件根據作物對水分的需求和土壤墑情制定出合理的灌溉計劃和作物管理計劃。
3.2作物生產管理計劃制定
控制軟件系統應能提供一套科學的管理系統，它通過提高作物產量和品質以及減少用水量來提高水分利用效率，能給農民及有關用戶提供一套針對灌溉方案制定作物生產管理的先進、完善的管理系統，用戶能夠使用它獲得他們的每一塊農田的土壤水分狀況圖，方便的數據資料存取能夠得到每一塊農田的準確土壤水分含量，還能夠確定準確的日水分利用量，能夠給每塊農田制定出合理的灌溉管理決策，能夠根據每一塊農田各自的灌水量需求對不同農田進行灌溉優先排序，以便制定優化灌溉計劃使農場或用戶獲得整體最高產量。
控制軟件系統應能允許灌溉管理者根據作物水分需求和作物對灌溉的反應制定合理的灌溉計劃，作為一個完整的灌溉計劃和作物生產管理軟件包，它能夠對灌溉決策的制定和作物管理進行數據資料存儲、運算處理、顯示輸出。土壤水分數據資料主要由中子探測儀、石膏電阻塊和張力計測定獲得。天氣數據資料由自動氣象站獲得，作物生長資料如籽粒大小（直徑）、株高和葉片硝酸鹽含量等可直接田間測定，根據相應的作物響應，作物生長資料結合土壤水分資料能夠制定出合理的灌溉計劃，通過實際調查能夠提高作物產量、品質和水分利用效率的管理技術能夠詳細地驗證作物生長、土壤水分和氣候之間的關系，因此能很好地解決一些灌溉管理和作物生長問題，其中包括過量灌溉導致的灌溉水排滲問題、肥料向根部以下淋溶損失問題以及為了達到高產穩產目標的籽粒重和穗粒數或結果率的控制管理問題。
3.3滴灌系統灌溉計劃制定
滴灌系統灌溉計劃一般是指確定何時進行灌溉及應該的灌溉量，灌溉計劃的應用可消除代價巨大的不可預測的農業災害，如在作物生長臨界期由于土壤類型和作物自身生長能力，不同的農田具有不同的土壤水分虧缺量和日水分利用量，因此不同的農田需要不同的灌溉計劃。農民通過土壤水分測定技術利用軟件處理和顯示不同層次土壤水分特征，能加深對發生于土壤內的各種過程的理解，以便進行更精細的灌溉計劃和灌溉管理決策的制定，以確保土壤水分總是保持作物生長所需的最佳含水量。
當土壤水分和被作物利用的水分的準確數量被測定后，通過軟件可以計算下一次滴灌的日期和準確的灌水量，它將考慮當前每天水分利用狀況、天氣變化和歷史資料來幫助管理者制定以后的灌水計劃。它把農田從最干到最濕分為不同等級。了解需要灌溉補充的水量有助于協調不同用戶之間和同一用戶內部的水分供給，充分了解雨后何時開始灌溉能使農民最大限度地利用自然降水，而把灌水過多和灌水不及造成地危險減到最小。
3.4土壤水分時間圖和深度圖的應用
3.4.1時間圖時間顯示某一指定土壤容積含水量、根區土壤含水量或作物響應隨時間的變化。時間圖的基本顯示：直線表示根區土壤含水量的飽和點和需灌溉補充點；供給的和有效的灌溉和降雨情況；箭頭指示預測的灌溉日期；關于水分飽和點、需灌溉補充點、當前和過去的土壤水分測定值及計劃安排的灌水日期和灌水量的總結表；作物生長及其對灌溉管理技術措施的響應；該軟件所做的時間圖可進行大小調整，通過調整縱坐標軸上的最大值和最小值及橫坐標上的日期范圍能夠把圖形中用戶想要的區域或作物生長期內的某特定階段的圖形放大。圖形能夠進行疊加來同時比較不同地點的田塊或不同年份的數據。當季和前季的作物的生長，土壤水分和天氣資料的疊加圖形比較灌溉管理達到高度的協調一致。用戶可以選擇任何關鍵數據來建立相互作用關系圖。
3.4.2深度圖深度圖顯示土壤容積含水量沿土壤剖面隨深度的變化而變化的情況，通過該軟件和現代化儀器結合能夠迅速直接測定和分析土壤水的剖面分布情況。根區吸收水分模式可以在深度圖中看到，對深度圖分析能使農民確定每一種農作物包括塊根作物在土壤剖面中被研究的土壤體積范圍和土壤剖面的每一深度層的作物利用的水分數量、土壤緊實度、土壤質地變化、高石灰巖含量、地下水位和鹽分等問題能夠通過對根部活動的仔細分析而發現。深度圖也可以用來確定滲入和排出土壤剖面的水分的運動狀況及深度和數量，從中能夠給定灌溉飽和點和需灌溉補充點的準確設計值。灌溉或降水后從土壤的根區排出的水分數量能夠通過深度圖準確測定，根據可以調節灌溉所用時間以避免水分從土壤剖面排出而損失，控制土壤剖面排出水的數量將防止地下水水位地升高和土壤養分的淋溶損失，同時也將降低灌水及滴灌水及抽水的成本。深度圖是一個非常有用的工具，能夠解決在不同類型土壤中灌溉水的水平和垂直運動的關鍵問題，通過分別繪制灌溉前和灌溉后距滴管不同距離的各個點的土壤水分含量圖可比較灌溉水的運動狀況，用戶能夠利用研究所得的結果來減少水分和肥料排滲，同時確保作物根系能夠一直得到適量的水分。
3.5軟件的程序特點
3.5.1程序結構滴管軟件的數據存儲于一個樹狀結構，這使得制定灌溉方案是查詢數據資料非常方便。管理人員可能負責管理幾個農場或幾塊農田，每個農場或農田可能有許多檢測點，每一個檢測點都有一套不同時間收集的實際測定的讀數記錄。輸入的數據經過計算機軟件處理，能顯示有關每一單個田塊的詳細資料，還能夠向農民分別顯示每一年的作物種植的詳細資料。能夠顯示農場的每個監測田塊或某一年份的每一監測點的情況，指明灌溉飽和點和需灌溉補充點，當前作物日水分使用情況，土壤水分平衡和預測出的三次灌溉的日期，土壤水分含量和作物日用水量的測定值，對未來作物在整個生長季節的長期的用水量作出估算。顯示某一具體的時期的每一深度層的土壤水分含量的讀數記錄和根區的總水分含量，同時顯示土壤水分需要量，中子儀測定并估算的日水分使用量。利用滴灌軟件可進行數據資料綜合分析，從中總結重要的信息形成報告，以幫助制定每日的管理決策方案。同時也可以編輯出前幾個生長季的作物生長、水分管理。土壤等數據資料，并進行綜合分析，為以后的灌溉方案制定提出更合理更完善的評價標準。該軟件程序的所以結構層次能為所選擇的農場、監測點和某一日期建立報告。報告分為五種：深度圖、時間圖、記錄讀數報告。監測點報告和灌溉計劃報告。用戶可以根據自己的需要已及自己微機系統對程序進行修改編譯，選擇公制和英制計量單位進行數據資料綜合分析，將田間測定得到的數據讀數記錄自動粘貼到沒一個具體的農場欄、監測點欄和日期欄。每一個監測點的測定日期，時間及估計的水分日利用量能夠在粘貼之前輸入。
3.5.2數據輸入在讀數記錄屏幕中可以人工錄入和顯示田間實際收集的數據，如土壤水分張力計的讀數、作物籽粒大小。有關作物的數據可以測定得到，作物生長參數與土壤水分含量相關聯可以確定作物生長期的水分需求量。氣候數據資料可以人工輸入或由氣象站自動裝載。天氣數據參數的個數沒有限制，它可以與任一個作物生長測定值和任一水平的土壤水分含量相關聯制作相互作用關系圖。從氣象數據資料中可以得到蒸發損失的總水分量的數據并且把它與測定的日水分使用量相比較來調整該地區的作物灌溉計劃。
3.5.3軟件的數據處理利用滴管軟件可以計算使土壤剖面達到灌溉飽和點所需的準確時間數。同時計算自從播種或其他生長時期（如發芽、開花等）以來的天數，使土壤水分能夠與過去多年的作物生長資料數據參數同步分析，以確定作物水分利用效率。使用作物累積日水分方程。能夠很好地評估作物總產量，尤其是對于玉米、小麥和棉花。可以通過作物－水分方程和氣象資料估算理論產量。通過速率方程，計算作物生長速率。計算作物當前日水分利用量占整個生長季日水分利用量地比例。同時也可計算不同水分含量地土壤水分變化速率，這些速率地變化表明土壤緊實問題和土壤干旱地程度。滴灌軟件可以分析某一作物在生長季內日水分利用狀況地資料。結合現代先進地土壤水分測定儀器使用，該軟件能夠指導我們最有效地利用有限的水資源獲得最大農業效益。例如能夠確定每次灌溉的準確時間和灌水量。同時減小過量灌溉和水分不足對產量的影響。建立各種不同作物之間水分利用及水分利用效率的差異；建立如不同品種、土壤緊實情況、不同的耕作史等不同條件下水分利用及水分利用效率的差異；建立現代耕作技術和傳統耕作技術條件下的水分利用效率的關系。確定灌溉和降水的利用效率，用以觀察分析根系吸收水分模式。有助于合理管理地下水和鹽化問題，能夠減少土壤養分的淋溶損失問題。建立土壤水分含量、作物長勢及天氣狀況的數據庫以使作物產量和質量獲得持續穩定的提高，使高效農業可持續發展。
3.6灌溉自動化控制系統
要實現灌水的自動化，必須有自動灌溉控制器，該裝置由土壤濕度傳感器、控制器和電磁閥組成，能夠按土壤墑情和作物需水特性實施自動灌溉（溝灌、噴灌、滴灌、滲灌），達到高產、高效、和節水的目的。適用于庭院花圃、苗圃、果園、菜地和農地。隨著經濟發展，庭院花圃、苗圃水分的自動灌溉倍受歡迎。它能省水省事，使花木生長更好。一畝庭院花圃、苗圃地投資1.0－1.5萬元，可以建立自動灌溉控制系統。自動灌溉控制系統可以實現科學灌溉，節能、省水，使菜地和農地產量和質量明顯提高。智能化，精準化灌溉技術是伴隨著計算機應用技術、傳感器制造技術、塑料工業技術的提高而逐步實現的
自動化計算機灌溉控制系統大約在80年代初由雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司開發、研制成功，并投入使用。由于技術復雜、應用難度大，價格高昂，這種控制設備最早應用于高爾夫球場灌溉系統的控制上。90年代，計算機工業的硬件、軟件飛速發展，使得灌溉系統中央計算機系統操作難度越來越小，功能越來越豐富，價格也逐漸降了下來。這種系統在園林綠化上用得也越來越多了起來，雨鳥公司針對不同用途，研制、開發出了中央計算機控制系統：Maxicom
智能化灌溉中央計算機控制系統具有如下功能：
①動采集各種氣象數據，計算并記錄蒸發蒸騰量ET；
②根據前一天的ET值自動編制當天灌溉程序并實施灌溉；
③可由連接的土壤濕度傳感器、風速傳感器、雨量傳感器等干涉程序，啟動、關閉、暫停灌溉系統；
④連接流量傳感器可自動監測、記錄、警示由于輸水管斷裂引起的漏水及電磁閥故障；最大限度利用管網輸水能力；
⑤運行程序而不起動灌溉系統（干運行），測試程序合理性，不合理時預先修改；
⑥自動記錄、顯示、儲存各灌溉站的運行時間；自動記錄、顯示、儲存傳感器反饋數據，以積累資料，修改程序，修改系統等。
⑦頻繁灌溉功能：可將設計好的灌水延續時間分成若干時段，以便提供足夠的土壤入滲時間，減少坡地或粘性土地地面徑流損失。
⑧一套中央計算機系統可控制無數臺田間控制系統（稱為衛星站），一套中央計算機控制系統可控制小到一個公園，大到上百個公園，甚至全城的所有灌溉系統。
⑨儲存數百套灌溉程序；一臺田間控制器（衛星站）可使4個輪灌區獨立灌溉或同時灌溉。
⑩手動干涉灌溉系統：可在閥門上手動啟、閉系統，可在田間衛星站上手動控制系統，也可在計算機上手動啟、閉任何一站，任何一個電磁閥。可控制灌溉系統以外的其它設備，如：道路或公共場所燈光，大門、噴泉、水泵等
自動化中央計算機控制系統主要由中央計算機，集群控制器(CCU)，田間控制器（衛星站），電磁閥構成。中央計算機可裝置在任何一個地方。比如：一套中央計算機系統控制50個公園的灌溉系統。中央計算機可安裝在市園林局認為合適的位置。CCU安裝在各個公園內。中央計算機與CCU之間的通訊，可采用有線連接（近距離），無線連接，電話線連接或移動通訊方法連接。一臺CCU最多可連接28個田間控制器。CCU與田間控制器之間同樣可選上述數種通訊方式。由中央計算機到終端電磁閥的工作過程為：中央計算機編程，并將程序下達到CCU。CCU將各輪灌區灌溉控制程序再發到相關田間控制器。田間控制器依中央計算機制作的程序啟閉各輪灌區電磁閥。如下圖所示：
中央計算機上的初始程序由控制人員編制，之后，計算機每日自動收集由氣象站采集的氣象數據，計算ET值，并不斷對原有程序自動修改。如遇傳感器傳來異常信息（如降雨，過分干燥，系統漏水...），自動中斷或暫停程序，待異常情況排除后，繼續恢復程序運行。
如果將智能泵站連接到中央計算機控制系統上，則效果會更好。這樣從水泵到電磁閥之間復雜的系統將由一個高度智能化的系統管理起來，可做到最大限度地節水、節能，最大限度地保護系統設備運行，避免灌溉系統常發生的下列幾種問題：
①過量灌溉或灌水不足，浪費水資源或不能滿足植物需水；
②管網破裂，漏失水；
③系統運行壓力不合理；
④水泵運行效率低下；
⑤地形起伏不平時或土壤入滲率低產生地面徑流，浪費寶貴的水資源；
⑥降雨時，灌溉系統照常灌溉；
⑦管理、維護成本高。
3.7百果園灌溉的自動化控制設計
百果園一期工程灌水基本實現了半自動化控制，可以使用電腦控制各電磁閥的開啟。我們可在其基礎上加以改進與提高，使其實現灌水的全自動化，具體見下：
3.7.1控制原理
自動化控制采用電子技術對田間土壤溫濕度、空氣溫濕度等技術參數進行采集，輸入計算機，按最優方案，控制各個閥門的開啟及水泵的運行狀態，科學有效地控制灌水時間、灌水量、灌水均勻度，為項目區作物提供一個良好的地、水、肥、氣、熱條件，促使其高產、穩產。同時進行控制軟件及優化灌溉制度的研究，最終形成灌溉專家決策系統。另外，通過變頻器控制改變電機轉速，調節管道壓力，為管道、滴灌等其他灌溉工程的自動化提供依據。具體包括以下幾個方面：
①田間土壤含水量、鹽分、地溫、空氣溫度、濕度、降水、風速、管道壓力等參數的自動化采集
②自動化控制設計安裝
③監控軟件設計
④變頻系統設計，通過改變水壓力，為微噴、滴灌等工程的自動化提供依據
⑤系統運行管理模式評價，包括系統評價、灌水指標、灌溉制度等
3.7.2控制系統的組成
欲實現真正意義上的全自動控制，需要控制田間參數及對象很多，例如土壤濕度、鹽分、空氣溫度、相對濕度、降水量、風速、管道壓力、閥門開啟、水泵電機旋轉等，都要送入控制器。考慮到要控制的對象較多，又要滿足良好的人機界面要求，可以采用工業控制計算機作為整個控制系統的核心，來協調各部分的工作。
系統的組成如下圖所示,整個系統的工作主要工控機和變頻器兩部分來控制，其中變頻器主要用于控制水泵電機的旋轉，工控機主要用來采集田間土壤及氣象指標，按照設定的程序，控制各地塊中電磁閥的開啟，并通過變頻器控制電機的運行狀態，協調整個系統的工作。
3.7.3監控軟件監控軟件是工控機能夠完成控制功能的重要基礎，監控軟件設計的好壞直接關系到整個系統的質量和可靠性。根據項目要求及滴灌的特點，筆者建議百果園采用雨鳥公司的“Maxicom”中央控制系統，該軟件只需用戶輸入各地塊種植作物種類及種植日期，系統便會自動計算當前作物所處生育期，確定出各自要求的土壤狀況及氣象信號，控制水泵電機的運行狀態及閥門的開啟，自動完成整個灌水過程，完全不需要人工干預，實現全自動控制。
該控制軟件在此所完成的主要功能及特點如下：
①自動采集田間數據：系統根據軟件中所預先設定的時間，自動地采集土壤濕度、溫度風速、雨量等參數，進行相應的處理后，實時顯示在屏幕上。
②作物生育期的判斷：當管理人員輸入各地塊所種植的作物及種植日期后，系統便根據計算機時鐘自動計算出各種作物已種植的天數，判斷出作物所處的生育期，自動查找資料庫中所存的原始資料，確定出當前作物最適宜的土壤含水量及灌水定額。
③滴灌的全自動控制：系統采集田間及氣象數據后，將當前各地塊土壤含水量與作物適宜含水量相比較，若土壤實際含水量小于作物要求下限值，便自動開啟該地塊的第一個電磁閥。進行灌溉。達到所需灌水定額后，自動關閉第一個電磁閥，同時開啟下一個電磁閥，直到完成整個地塊的灌溉任務。灌溉過程中，若出現溫度過低、風速過大以及降雨過程等天氣時，系統會自動暫停當前的灌溉任務，并保存當前狀態。當氣象條件滿足時，繼續進行未完成的任務。
④形式多樣的控制方式：全自動控制外，系統還允許管理人員采用半自動、手動等控制方式。全自動方式只需運行人員輸入各地塊的作物信息，系統便會根據作物、土壤、氣象等條件自動完成灌溉的全過程，無需人工干預。所謂半自動方式，是指系統允許用戶根據實際情況控制開停機。用戶可人為啟動某個閥門，或某個地塊，甚至是所有地塊均輪灌一次。當然這些操作全部都是通過鍵盤或鼠標來完成的，而且在工控機屏幕上均有明顯的提示。所謂手動方式是指人工去開啟各個電磁閥，筆者建議百果園選用美國雨鳥公司生產的電磁閥：手動、電動兩用閥門，既可手動，又可電動，使用非常方便。當手動打開某個電磁閥時，噴頭出水，主干管道壓力開始下降，系統會自動通過變頻器升高水泵電機轉速，維持管道壓力的恒定，直到完成灌溉任務。
⑤豐富的辦公自動化功能：系統在運行過程中，可自動生成各種定時、日、月、年報表，并通過打印機打印出來。其內容包括各種氣象及土壤參數，可從各報表中得到土壤濕度變化曲線、日最高風速、月平均氣溫、全年總降水量等原始資料，為用戶研究當地的氣象及土壤變化情況提供翔實的依據。
⑥良好的可維持性：可維護性是衡量軟件質量好壞的重要指標之一，在編寫本系統時我們也充分考慮了這一點，例如用戶在種植一類新作物時，可能系統的資料庫中并沒有該作物，便無法確定其適宜土壤含水量和灌水定額。此時，用戶可按自定義按鈕，通過鼠標各鍵盤輸出這些參數，系統便會根據用戶所定義的數值運行。另外，用戶還可很方便地修改灌水定額、管道壓力等參數，滿足實際情況的需要。
⑥友好的人機界面：系統中大部分界面均為示意圖形，實時顯示各傳感器送來的數值及系統當前的運行狀態，一目了然。需要用戶操作的部分全部為中文界面，工作人員無需學習便可完成所有操作。另外，在任一界面下，用戶都可以通過按幫助按鈕得到相應的提示，指導用戶完成相應的功能。
3.7.4效果
百果園通過增加自動化控制系統后，灌水時間、灌水量和灌溉周期等完全根據果樹某些需水參數自動啟閉水泵和自動灌溉，人的作用僅僅是調整控制程序和檢修控制設備。既提高了水的有效利用率，又節省了人力，同時也提高了果樹的產量，可以產生良好的經濟效果。
3.8第二期工程的設想
正在建設第二期工程計劃今年完工，第二期工程的滴灌系統我建議基本上參照第一期工程建設，也采用滴噴灌相結合的方式，其水源計劃應采用水塔蓄水，用以緩解枯水期水庫少水的矛盾，該可以區采用先進的電腦全自動控制方式，實行精確灌水，管道布置采用固定式（干管、支管）和移動式（毛管）的有機結合。二期工程應該吸收一期工程中的好的經驗，改進一期工程中毛管布置形式的不足，還特別是應該增加灌水的全自動控制部分，實現灌水的全自動化，精確控制作物的有效灌水。
4存在的問題及建議
通過對滴灌系統的學習與認識，筆者系統的學習了滴灌這種先進的果園節水灌溉方法，在實踐的基礎上深化了理論，并對滴灌和滴灌系統有一些不成熟的認識與建議。
4.1滴灌的優缺點
4.1.1百果園滴灌的優點
4.1.1.1水的有效利用率高，在滴灌條件下，灌溉水濕潤部分土壤表面，可有效減少土壤水分的無效蒸發。同時，由于滴灌僅濕潤作物根部附近土壤，其他區域土壤水分含量較低，因此，可防止雜草的生長。滴灌系統不產生地面徑流，且易掌握精確的施水深度，節水效果達50%-90%。
4.1.1.2環境濕度低，滴灌灌水后，土壤根系通透條件良好，通過注入水中的肥料，可以提供足夠的水分和養分，使土壤水分處于能滿足作物要求的穩定和較低吸力狀態，灌水區域地面蒸發量也小，這樣可以有效控制保護地內的濕度，使果園中作物的病蟲害的發生頻率大大降低，也降低了農藥的施用量。
4.1.1.3提高作物產品品質，由于滴灌能夠及時適量供水、供肥，它可以在提高農作物產量的同時，提高和改善農產品的品質，使果園的農產品商品率大大提高，經濟效益高。
4.1.1.4滴灌對地形和土壤的適應能力較強，由于滴頭能夠在較大的工作壓力范圍內工作，且滴頭的出流均勻，所以滴灌適宜于地形有起伏的地塊和不同種類的土壤。同時，滴灌還可減少中耕除草，也不會造成地面土壤板結。
4.1.2百果園滴灌的缺點
4.1.2.1滴灌的滴頭很容易堵塞和磨損，產生灌水的不均，嚴重影響節水效果。
4.1.2.2滴灌的各管道的壓力有所差異，會產生局部壓力過高而使管道容易損壞，滴頭的壓力不均甚至會產生霧化，損壞滴頭，浪費水資源。
4.1.2.3滴灌一般僅潤濕作物根系區土體的一部分，所以作物根系的發展可能限制在圍繞每一滴頭的濕潤區，這樣容易產生作物根系的腐爛，進而引起作物倒伏。
4.1.2.4滴灌的管道布置要充分利用當地地勢與地形，在原則的基礎上加以靈活運用，如干管的布置、毛管的布置，取水方式等。
4.2滴灌的建議
4.2.1百果園應加強灌水的自動化控制，保證各種果樹的精準灌水，實現精確的節水灌溉
4.2.2滴灌的水量應該有保證，應該建一水塔蓄水，確保枯水期各種果樹的需水要求
4.2.3滴灌的毛管布置應采用單行帶環形狀態管布置和雙行平行布置相結合，確保果樹灌水均勻度。
4.2.4滴灌技術的應用應該和其他節水灌溉技術相結合，互相補給，更好的發揮優勢。
篇（4）
1．2缺少煤礦電氣背景的相關實例通過與工作后的畢業生交流，發現有一條信息非常突出:大部分畢業生很難將自動控制原理中所學的分析與設計方法應用到工程實踐中。這主要是因為所學課程大部分實例與學生所學專業相關性不強，多數學生對案例中涉及的專業背景不熟悉，導致學生對學習課程的必要性、重要性和實用性認識模糊，學習興趣不高，學習“自動控制原理”死搬硬套，應付考試的現象嚴重，缺少靈活運用和開拓創新的思路。上述這些問題直接弱化了“自動控制原理”作為專業基礎課程的作用。
2“自動控制原理”授課內容調整
為順應煤炭電氣化發展需求和人才培養定位，突出煤礦電氣特色教學目標，從課程教學內容、教學實例等方面進行研究和探索，對課程的基礎理論與實踐教學進行優化。
2．1優化授課的內容體系、深度和廣度研究各章節基本內容的聯系，調整課程授課體系，以系統建模、分析和綜合設計為主，突出煤炭行業背景，注重基礎知識的靈活運用。“自動控制原理”在傳統教學上一直沿用自動化專業的授課體系，造成“自動化類”和“非自動化類”的界限模糊。對于定單班該課程學時數少的情況，若按“自動化類”體系授課，只能加大課時信息量，造成學生對教學內容難以及時有效消化，影響教學效果。研究如何在有限學時內讓學生熟練掌握控制原理的基本理論，并突出煤炭電氣工程實踐能力培養，成為構建定單班授課體系的關鍵。參照培養定位，結合后續的相關控制理論的專業課程，從課程體系出發，以系統建模、系統分析和綜合設計為主線，調整授課知識點深度和廣度。如在講述建立數學模型基本內容時，應選取有一定煤礦工程背景的系統，給模型賦予形象的物理意義，使學生正確理解實際模型與抽象模型的區別與聯系，并從不同的角度對系統進行建模，加深對實際系統建模的理解。系統分析方法是控制系統綜合設計的基礎，這部分內容主要包括時域分析法、根軌跡法、頻域響應法，這些是控制理論教學的重點，應保留原有知識點的深度。抓住采用時域分析法、根軌跡法和頻域響應法分析系統的穩定性、快速性和準確性的特點，加深學生對不同方法的理解，這是系統分析的關鍵。對于離散系統、非線性系統和現代控制理論，由于培養計劃中后續課程相關性較小，可以降低這部分知識的深度和廣度。
2．2增加煤炭電氣控制系統實例系統設計對培養學生的分析、綜合能力及創新能力十分重要，也是教學的難點。在授課過程中，要注意研究與選取煤礦電氣工程中的典型范例，如礦井提升機控制系統、掘進機控制系統、通風機控制系統以及排水設備控制系統等，突出煤炭行業背景，從實例分析中去了解系統的結構特征、工作原理和設計要求。生動的工程實例可大大激發學生的學習興趣，引導學生感受控制理論的魅力，深刻理解“學以致用”的意義，使學生對課程的學習達到知識和能力的雙重提升。
3實施案例
礦井提升機調速系統要求平滑調速且調速精度較高。提升機電氣傳動系統的加、減速過程要平穩(無超調)。控制系統應保證在額定速度時有±1%的精度。
3.1準確性分析假設提升系統采用恒速控制，選單位階躍函數作為典型的外作用。由一階系統分析方法可知，一階系統完全可以跟隨階躍信號，且穩態誤差為零，所以提升系統±1%的控制精度是可以保證的。
篇（5）
（一）提煉課程內容的總體邏輯關系
自動控制原理課程系統地講述了自動控制科學和技術領域的基本概念和基本規律，涵蓋了自動控制技術從系統建模到系統設計的各種思想和方法，內容十分豐富。作為授課教師，首先應該瀝青這些內容間的邏輯關系。經典控制理論的基本理論包含反饋控制系統的分析和設計方法兩方面的內容，具體的包含關系如圖1所示。為了讓學生更好地理解各部分知識的有機聯系，對上述經典控制理論體系建立“三縱”和“三橫”兩條知識主線。控制系統分析與設計的主要內容是研究系統的特性，即穩定性、動態特性、靜態特性。又稱控制系統“三要素”。從性能指標是看，就是俗稱的“穩，快，準”。把這三方面的性能指標稱為“三橫”。所謂“三縱”是指在不同的域內進行系統的分析與設計，即時域、復域、頻域。掌握系統在不同域中的數學模型表達，即可進行系統的特性分析與設計，因為所有問題的分析和求解都是建立在數學模型基礎上進行的。加強對這兩條線的理解，可以使學生統觀全局，把握研究方向。
（二）采用提綱挈領的碎片化原則
要將自動控制原理的授課內容碎片化為一些短的相對完整的知識單元，需要采用提綱挈領的組織方法。首先介紹每個知識模塊的內容要點，然后交代每個知識點的關聯性，精煉舉例推導過程。貫徹“少而精”的原則。對于所講的內容要分清主次，突出重點，精講內容，同時要注意有較高的系統性、邏輯性，保證知識的質量，難點精心組織，一定要講懂。精講內容不是少講內容，有些內容反而要加強。例如，在講解經典控制理論中的數學模型時就可以按照如下思路處理。首先將數學模型分為三個內容要點：微分方程模型、傳遞函數模型和圖形方式的數學模型。其中微分方程是時間域的模型，傳遞函數是復數域的模型，圖形方式的模型是數學模型的圖形化語言描述。當推導系統的微分方程描述時，精選兩個相似系統作為例子來說明系統的建模過程。這樣，由于有目的地選擇有啟發性、可延伸性與典型性的問題，使每一節、每一章的內容都具有明確概念、傳授方法、啟發思維、培養能力的作用。這種提綱挈領的組織方法，層次清楚關聯性強，容易將碎片化內容聯系起來。
（三）結合學科發展，適時更新
基于MOOC模式的教學過程由于安排了較多的課程討論環節，教師單獨的講授環節要比傳統課堂壓縮。這樣在教學內容就需要有所取舍。根據學科發展趨勢，新的發展方向和應用工具應該增加介紹；已經被其他方法取代的方法可以忽略介紹。無論是理論家還是工程師，人們總是把最先進最有效的理念和技術用于控制工程。如：控制與管理的結合、信息流與物質能量流的互動、復雜系統研究與應用等均表現出很強的時代特征。在當今這個信息時代誕生了網絡控制、基于數據的驅動控制等新的控制概念。而傳統的手工繪圖方法已經可以由計算機輔助軟件完成。經典控制理論在上個世紀四、五十年代已經形成了比較完整的理論體系，頻率特性法、根軌跡法等直到現在仍然是系統分析和設計的主要方法。經典控制理論的一個重要特色就是采用簡便直觀的圖解方法，因此也得到工程技術人員廣泛歡迎。在講授這些內容的時候，幾乎有一半的學時是在學習這些圖形的畫法。例如，頻率特性圖就有伯德圖、乃奎斯特圖和尼柯爾斯圖等幾種，學生需要記住每種圖形的坐標要求及計算方法。隨著計算機輔助分析技術的發展，目前已有像MATLAB這樣的成熟的軟件可以幫助畫圖。所以在授課時就減少介紹手工做圖的內容，而將分析和設計的方法作為重點內容，從而訓練學生作為控制工程師的高級思維能力。當然，在這種碎片式的教學過程中也要注意邏輯的連續性。學生在分析思維之前，往往需要直觀思維，在演繹之前要有歸納，在聯想之前要有類比，在獲得正確的認識之前要有辨析。在進行單元章節復習時，一定要求學生自己去發現知識的內在聯系，然后再重新組合材料，進行知識歸類、延伸與擴展。在整個教學過程中，教師要引導學生經常反復復習，循環螺旋上升，從整體上掌握知識的脈絡，保證學習者長期的學習積極性。
二、課程教研組的建設
篇（6）
1.污水處理可能對三峽庫來說還算是一個新星的行業，在三峽庫區新建的污水處理廠中，大部分設置了自動化控制系統，力求對整個污水處理過程實行全面監控。但由于這項工作尚處在實踐摸索階段，與國外水平相比存在較大差距，主要問題是：
（l）主要控制設備功能不穩定，特別是在線儀表的準確性和穩定性來看，不能完全達到由計算機控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自動控制還有很大差距。
(3)運行條件變化范圍大，某些工藝環節尚在不斷調整。
(4)運行操作人員尚不能對工藝進行全方位控制操作。
由于以上條件限制，大多數污水處理廠的自控系統只能發揮監視和對部分設備進行遠程控制的功能。長壽污水處理廠針對以上問題，自2003年5月試運行到現在來看，根據實際運行,并通過對部分設備的改造和完善，加之對現場運行操作人員的技術培訓，使中控室具有集中控制、監視、現場故障報警等功能。操作人員可在中控室進行操作，為安全穩定運行提供了保障。
2.長壽排水公司自控概況
長壽污水處理廠處理長壽區20萬人生活污水及工業廢水，我廠監控系統采用工業以太網集中控制系統。此系統包括1個監控中心（中控室）、6個現場PLC站（模擬屏PLC0、配電間站PLC1加藥間站PLC2、脫水間PLC3、PLC4站和紫外光PLC5站）。配電間站主要控制提升泵站、格柵井、沉砂池、氧化溝、二沉池、回流泵站、剩余泵站、貯泥池的自動運行；模擬屏站主要對模擬屏的數據處理控制；加藥間站主要是對加藥間的自動控制；脫水間2個站分別對1號和2號脫水機進行自動控制，紫外光站是對紫外光消毒系統進行控制。中控室則對全廠設備的控制操作及監視。現場分站采用的PLC可編程控制系統是美國AB公司以太網系統。
3.對設備的改造與完善
長壽污水處理廠從試運行以來，由于現場電氣及機械設備存在一些問題，直接影響了自控系統的正常運行。根據存在的問題，結合實際運行情況及工藝要求，對自動化控制系統的現場控制設備進行了部分技術改造。
3.1對現場一些設備進行改造
由于我廠增加了一臺脫水機和PLC柜，為了把新增的這臺脫水機PLC柜的運行信號聯到中控室，避免重新進行布線。使用交換機聯接兩臺脫水間PLC柜，通過一根信號線接到中控室交換機。改造現場和配電機曝氣機的二次控制回路，解決了中控室不能控制曝氣機啟停的問題。
1號2號氧化溝的變頻曝氣機由于控制轉換開關處在開關柜
控制和機旁控制方式時，變頻器模擬量4～20mA電流輸入電路斷開，使得不能輸入變頻器運行頻率，變頻器控制失效，不能運行。經考慮，短接模擬量電流輸入的轉換開關控制回路。
變頻器頻率信號（模擬量）、運行信號（開關量）沒有輸出給
PLC，使得上位機無法判斷曝氣機是否運行。過后經自動化人員改進后，只給出變頻器頻率信號（模擬量），運行信號可有可無（開關量）。
3.2對PLC源程序的修改、優化
試運行中，我廠由于采用的是巡檢制度，將各分散值班點集中到中心控制室值班操作。所以必須對比較重要的報警參數根據實際情況做進一步的修改。通過對PLC可編程控制器的源程序進行修改、編譯，主要是啟停液位、報警液位、邏輯控制、出水流量、加藥間液位、提升泵站液位差等。不僅實現了設備按工藝流程運行的要求，而且機械設備運行的準確性、安全性有了很大提高，電氣故障大為減少。故障點檢查也很方便，大大降低了電氣設備的故障率，使現場自動運行更加穩定。更主要的是為自動化控制的順利實現創造了條件。
另外對高壓配電系統和一套獨立的監控系統，如出現任何故障不僅有指示燈光報警，而且還配有語音報警系統，使值班人員一目了然，可清楚地判斷故障發生的部位并做及時處理，避免事故的發生。
3．4安裝視頻監視系統的
為了讓操作人員真正在中控室控制全廠、監視全廠、管理全廠，長壽污水處理廠于2002安裝了BAXALL系列攝像機視頻監視系統。它配合原有的自控儀表，對進水粗格柵、細格柵、提升泵、排砂泵、攪拌機、砂水分離機、氧化溝曝氣機、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脫水間、辦公室等10多個場所的現場情況，進行24小時全天候監視。
這套視頻監視系統運行可靠。在中控室里，通過對攝像機的遙控。可以監視全廠20多個部位工藝設備的運行情況。如果按工藝流程在現場巡查一遍，需要30分鐘左右，而通過視頻監視系統，幾分鐘就可以對全廠工況瀏覽一遍，大大提高了工作效率。
3.5提升泵站和格柵井的控制
污水提升泵站安裝兩臺潛水泵一用一備，在上位機設定常用/備用，按如下原理進行控制：
當泵站內水位達到1.70m時，一臺泵啟動；
當水位降至0.80m時，水泵停機，并發出報警信號。
粗、細格柵分別有時間控制/液位差控制，2種控制方法，我廠現在用的是時間控制。
格柵井安裝粗、細格柵機兩臺，運行依據其前、后超聲波液位差計測得的水位差進行控制。
當粗格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差超過20cm，粗格柵機、皮帶輪輸送機自動開機。
當粗格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差降至10cm，粗格柵機、皮帶輪輸送機自動停機。
當細格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差超過30cm，細格柵機、螺旋輸送機，壓榨機自動開機。
當細格柵機前，后超聲波液位差計測得的水位差降至20cm，細格柵機、螺旋輸送機，壓榨機自動停機。
粗格柵、細格柵還可以通過在上位機設定運行、停止間隔時間的方式定時開啟停止。當格柵每運行15分鐘后停15分鐘。皮帶輸送機、螺旋輸送機與格柵聯動，及格柵運行時，同時運行。
兩組渦流沉砂池，每組渦流沉砂池內安裝一臺攪拌機和排砂泵，攪拌機長期運行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分離器。排砂泵每運行10分鐘后停20分鐘，時用，砂水分離器與排砂泵同時工作，以上設備均可在中心控制室監控。
3.6氧化溝的自動控制
本工程氧化溝設兩組，日處理污水能力40000m3/d，每組氧化溝設計日處理能力2萬m3/d。每組氧化溝PDSL-325（C）型倒傘型表面曝氣機三臺，其中1#，3#機組為恒速，逆時鐘方向運轉，單臺機組充氧量為119kgO2/h；2#機組為變頻調速，順時針方向運轉，單臺機組充氧量為23～119kgO2/h，電機功率均為55KW；每組氧化溝安裝兩臺溶解氧檢測儀（DO儀）和一臺污泥濃度檢測儀（MLSS儀），一臺DO儀和MLSS儀安裝在接近出水口處，另一臺DO儀安裝在缺氧區。另一組氧化溝設備與該組氧化溝對稱，倒傘型表面曝氣機的運行按照氧化溝內溶解氧值（DO值）進行自動控制，其DO值以接近出水口處的DO儀的測定值為準。
當DO值在0.2mg/L<DO值<1.2mg/L范圍內時三臺電機都開啟；當DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范圍內時開一臺恒速機和一臺變頻調速機；其中變頻調速機的調速頻率分為五段（頻率隨著DO值減小而增大）；當DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范圍內時只開一臺恒速機。如果DO值不在以上范圍內那么開一臺恒速機和一臺變頻調速機（頻率固定）。
氧化溝內設一臺污泥濃度（MLSS）測定儀，將MLSS測定儀測定值傳送至中控室，用于調節活性污泥回流泵站及電動套筒閥的運行。
氧化溝內安裝的各檢測儀器（如DO儀、MLSS儀）的數據，由PLC1進行采集。然后PLC1將采集的數據通過控制層網絡送至中控室用于控制相關設備運轉。
3.7回流泵站的自動控制
污泥回流泵站安裝潛水軸流泵兩臺，按如下原理進行控制：
在泵站出水側及吸水側（套筒閥井處）各設一臺超聲波水位計，出水側設兩個水位，一個正常水位7.8m，一個報警水位8.4m,吸水側設四個水位，一個正常水位5.30m，一個啟動水位5.00m，一個高限報警水位5.80m，一個低限報警水位4.40m；
當兩個氧化溝的污泥濃度同時高于3000mg/L時，開啟1臺污泥回流泵，如果其中任何一個氧化溝的污泥濃度低于3000mg/L時只開啟2臺污泥回流泵。
本控制程序能使兩泵交替工作（統計工作時間），負荷均等，從而延長二泵工作壽命。
3.8剩余泵站和貯泥池的自動控制
本泵站安裝100QW70-7-3型潛水排污泵一臺，其工作原理如下：
當貯泥池液位低于2.0m時,剩余污泥泵自動開啟。當貯泥池液位高于4.5m時，剩余污泥泵站剩余污泥泵根據液位計信號自動停止運行，貯泥池液位在中心控制室顯示及報警。另外，當貯泥池水位計超過貯泥池設定的最高水位或最低0.5m時，水泵亦由中控室控制自動切斷水泵電源，泵站停止工作。
貯泥池安裝超聲波液位計，當液位為1.5m時，向脫水間PLC發出污泥泵停泵停止運行信號。
3.9加藥間的自動控制
溶解、溶液池為兩組，每組2m；每組內安一臺攪拌機，和超聲波液位計一套，工況一用一備；
溶解池加料加水后，攪拌機工作15分鐘，攪拌機停車，溶液池的液位預報警（液位現場確定）；
當一格溶解池最低液位時（液位現場確定），自動關停藥液輸出電磁閥同時開啟另一溶液池的電磁閥；
FeCl3液按照出水流量計信號自動調節頻率，手動調節沖程控制投加量，使其出水水質達到國家一級排放標準。
3.10紫外光的自動控制
紫外光消毒采用的是德國威得高系統，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的電動閥門自動行動，使液位始終保持在1.7m，紫外光燈啟動±5%左右。
3.11脫水間的自動控制
脫水間加藥池設有一液位探頭，當液位低于設計標準時，脫水機停止。
脫水機的控制主要還是以人工控制為主，操作人員在PLC柜在啟停各個設備。
3.12現場儀表的控制
我廠的主要儀表有：液位計、進水PH值、溶解氧、污泥濃度、COD在線儀、濁度儀、出水流量計（其中大部分的在線儀表都自帶得有溫度計）。顯示的具體形式以具體數值顯示為主，操作人員可直觀地讀取各種數據。
3.13高壓配電系統監視功能
此功能主要是對高壓配電及供電系統的開關是合是斷，通過在上住機（CRT）顯示來提示有關人員。具體顯示以示意圖的形式實現。
3.14時間累計、故障次數和報警功能
主要功能是對所有設備運行的時間進行統計。報警功能是對設備運行出現的故障都有燈光和聲音提示，準確及時地提示操作人員哪臺設備出現了故障。故障出現時，運行設備立即停止運行。此部分功能的實現，為有關人員確定設備大修時間及日常保養次數提供了依據。
4.自控系統的使用效果
4.1快速準確地反映運行異常情況
當現場現出任何的異常情況，可通過監控系統和上位機系統一目了然的看出問題。有設備出現故障、上位機同時報警并停止該設備的運行，相應地計算機作故障情況記錄，方便設備故障排除、管理、維護等。
4.2促進了職工技求素質的提高
實行自控，運行人員合并值班操作，對職工素質的要求也相應地變為復合型，這就進一步激發了職工特別是青年職工學文化、學技術的積極性。
篇（7）
對于電氣及自動化信息類專業學生來講，控制類相關課程具有重要地位，主要包含“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等相關課程。“自動控制理論”和“現代控制理論”課程是研究自動控制系統的共同規律，為自動控制系統的分析和綜合提供基本理論、基本方法的一門專業基礎課該課程，是一門重要的控制類專業的基礎課，具有較強的理論性，對于工程實踐具有重要的指導作用，因而受到人們的廣泛重視。目前不只是控制類專業，越來越多的非控制類專業也都把自動控制理論作為一門重要的專業基礎課來學習。但是“自動控制理論”、“現代控制理論”課程數學計算和理論分析比重大，是本科生遇到的最抽象、難度最大的課程之一，加之未接觸專業課，沒有具體應用的物理模型，僅以數學模型為基線講，學生往往會認為“自動控制理論”與專業無關而無學習興趣，這是多年來常規教學始終感到困惑的原因。而后續“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”專業課是以電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統。如何講授“強理論性”課程，使學生真正認識到學好理論可獲得對電氣信息類多門專業課的理論支撐，從而學好后續專業課程是教學改革的主要目的。需結合“自動控制理論”、“現代控制理論”專業基礎理論課程與“運動控制理論”、“儀表及過程控制”，“計算機控制”專業課程的問題進行深入的分析與研究，從教學內容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學質量和人才培養方面有明顯效果。
本項目探討了如何更新和重組控制理論相關課程的教學內容，保證教學內容的系統性、先進性和實用性，以適應形勢發展的需要。提出如何學習和掌握這些課程，包含“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等控制類課程的教學內容的一些方法和措施。
一、教學內容、方法及形式改革
1.教學設計
近年來，不斷更新觀念，壓縮精簡陳舊過時的教學內容，加強現論及現代方法的內容，很好地解決先修課程和后續課程的銜接問題，避免內容的重復，進一步優化課程體系。建立一套適應性強的包括理論講授、計算機輔助設計、實踐教學和強化訓練等方面在內的全方位教學新體系。
2.教學方法
將課堂教學、實驗教學、課程研討、網絡教學等有機地結合起來，并充分利用多媒體教學手段提高教學效率、創造視覺的新感受、激發學生的學習興趣和熱情。內容取材時，不僅體現控制理論課程內知識點之間的內在聯系，還體現課程群之間的相互關系。
3.教學手段
在教學組織過程中，積極采用現代信息技術改進傳統的教學手段，在多媒體教學、網絡課程等方面努力探索。統一制作“自動化概論”、“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“過程控制理論”、“計算機控制”電子教案和cai課件，并將授課課件在課程網頁上，可供學生課余預習、瀏覽、復習等。另外，教學大綱、授課計劃、實驗指導書、學習指導以及教材和參考文獻均可通過網絡方便查閱。在課程開始即公布授課教師的信箱和電話號碼等聯系方式，密切授課教師與同學之間的聯系，使學生有問題可及時獲得老師的輔導答疑，也可通過網上答疑相互交流，打破班級與時間的束縛，在平行班級中實行聽課和答疑共享。
4.教學改革與教學研究
精簡教材和教學內容，教學組定期進行集體備課，加大對該課程與前后各門課程之間的銜接研究，避免內容上的重復，使其與其他相關課程融合為一個有機的整體。建設可用于大多數工科專業的“控制理論”平臺課程。不斷改進和完善本課程的新體系結構，充分體現其基礎性、應用性、前沿性和系統性；配合新的教材和課程體系，研究并建立配套的新實驗體系，強化自主性、設計性、綜合性和創新性；以matlab軟件為基礎，構造開放式小車倒立擺綜合實驗平臺，將分析、設計、仿真、虛擬實驗、模擬實驗融為一體；開發先進的多媒體課件，將matlab平臺和虛擬實驗融入到教學過程中，使教學更為直觀生動，更具趣味性和吸引力；完善了課程網站，完成了課程輔助教材的修改和編寫，各類題庫建設、網絡統計功能、遠程教學管理系統、虛擬實驗內容的擴展及網絡版的開發等；使其真正成為學生自主學習、師生互動、雙向交流的園地；教考分離，采用試題庫出題，統一考試，流水閱卷，考后進行詳細的試卷分析。
二、實踐教學改革
實踐性教學環節是學生能力培養中的重要環節。工科學生除要掌握一定的工程技術知識外，還要有較強的實際動手能力。
1.改革實驗課教學，建立體化實驗教學體系
實驗教學是“控制理論”課程的重要組成部分。通過實驗不僅能夠培養學生分析問題和解決問題的能力，驗證所學理論，而且對所學內容能夠提出一些新的見解。為了適應教學改革的需要，在實驗室建設方面的指導思想是：將傳統的模擬實驗與matlab環境下的仿真實驗相結合，將基礎理論驗證類實驗與自主型、綜合型、設計型實驗相結合，將基本實驗與創新實驗相結合，建立一個立體化的實驗教學體系，從而滿足不同階段實踐教學的需要，為激發學生的創新意識提供硬件平臺。
由于實驗課內容和形式的多元化，大大激發了學生做實驗的主動性、積極性和創新性，學生可以通過預約或上網自主地開展多項實驗，進行理論驗證、性能分析和綜合設計，對提高學生的實踐能力和本課程的學習都將起到良好的作用。
課程組織形式與教師指導方法，對于教學大綱規定的必做實驗，由任課教師和實驗教師共同指導完成；對于設計性、綜合性、創新性實驗，學生自己利用課余時間完成，可以預約指導教師給予宏觀上的指導。
2.積極開展大學生科研實訓活動、參與教師科研項目
引導學生積極參加大學生科研實訓項目，吸引有興趣的學生參與教師的科研活動，培養學生嚴謹的科學態度、創新意識、創業和團隊合作精神，提高學生初步的科學研究能力以及工程實踐能力，培養學生獲取知識及撰寫論文的能力。
三、控制理論專題授課方案
根據“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”課程大綱的要求，在適當時候，以某一專題講座的方式授課。將各種教材進行比較、處理、揉合，組織成各個專題，以高質量、高水平、高效率來達到最佳教學效果。由于專題授課具有綜合性、整體性和探討性，使其信息量得以加大，知識在綜合和分析中得到延伸，既提升授課內容，使之濃縮為精華，又吸引了學生的注意力和參與興趣。
四、應用現代教育技術
開發研制了計算機輔助教學課件。教學課件以教材為藍本，包含簡明、清晰的授課講義、重點、難點、例題演示、控制系統計算機仿真和控制系統分析計算等內容，既有課本內容的直接再現，又增加很多有助于講解理論和計算方法的表現手段。課件以計算機為載體，既可用于課堂教學，又可通過上網，供學生進行自學和課后復習使用。控制理論的分析方法有很多圖解法，如頻域分析、根軌跡法、狀態空間法等。利用計算機強大的計算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準確繪制出清晰美觀的畫面。采用動畫技術后，圖形的來龍去脈可用動態演示。計算機的圖形演示與教師的講授相結合，使教學內容形象化、具體化和生動化，增進學生的理解，提高學生的學習興趣。
計算機仿真技術在實驗教學中的應用為實驗教學帶來極大的方便。仿真實驗具有建模方法簡單、參數調整方便、結果可視性好等優點，克服常規實驗內容單調、缺乏變化、元器件制約參數調整以及實驗設備數量有限等不足。在教學中適當介紹并應用matlab軟件，并設計出計算機輔助實驗教學軟件包，提供一個方便易用的圖形用戶界面，將matlab控制工具箱的相關功能集成一體。
網絡教學平臺開發。網絡教學能真正體現學生的主體作用。在網絡中，學生可以利用網絡的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內容進行獨立學習。學生可以在任何時間進行自主學習，并且與教師在網上交流，探討問題，在教學中發揮積極作用。
五、建立科學、有效的教學信息回饋
堅持洛陽理工學院本科畢業班所有學生中，實施“‘控制理論’相關課程的學習調查”制度。不定期進行相關問卷，包含這門課程是否易學、學習難點、學習方法、是否能學以致用等幾個方面的內容，充分了解學生學習這門課的基本情況，為課程改革提供必要的依據，收到良好的效果。
六、結束語
在新世紀中，控制類學科將具有更加光明的前景，控制類研究內容將具有挑戰性，研究的范圍將更加廣闊，電氣自動化專業控制類課程的內容將不斷地發展和更新，電氣自動化專業控制類課程設置及教學內容改革研究也將進一步進行下去。
參考文獻：
[1]王瑛.控制理論實驗開放式教學的探索[j].實驗室研究與探索,2002,
4(21):15-17.
篇（8）
“自動控制理論”課程是研究自動控制系統的共同規律，為自動控制系統的分析和綜合提供基本理論和基本方法的一門專業基礎課[1]。該課程是一門重要的測控類專業的基礎課，具有較強的理論性，與前續課程聯系緊密，知識面廣，學生不易理解掌握[2-3]。學好這門課程不僅可以為后續專業課的掌握打下良好的理論基礎，而且能在今后從事專業工作時，直接運用它去分析和解決實際技術問題。對于工程實踐具有重要的指導作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學中，實驗教學對理論知識的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。
1 當前實驗教學的不足
長期以來，傳統的實驗教學被一種固定的模式所束縛，教學內容陳舊，教學方法呆板，在一定程度上限制了學生的主動性和積極性，難以激發他們獨立分析問題、解決問題的興趣和激情，沒有體驗過從失敗中自己尋找成功之路的經歷，抑制了學生個性的發展，這樣不利于對學生創新能力的培養[4]。
1.1 實驗內容固定
傳統的實驗主要是按章節進行驗證性實驗，實驗儀器功能固定，實驗只能按照實驗指導書設計好的步驟進行, 學生被束縛在驗證性實驗中，對出現的相關問題缺少系統、多角度的分析，不利于學生創新能力的培養。
1.2 實驗時間限制
一般的實驗都要求在實驗室2個學時內完成，學生很難全面深入地把握實驗主要內容和方法，對實驗的目的、實驗原理無法理性地理解，更別提實驗中出現故障的排解分析，限制了學生的設計和創新，不利于鍛煉學生的綜合能力。
1.3 實驗儀器制約
實驗儀器過于固化，儀器設置上未給學生留下設計性和探究問題的空間。儀器組成以理論驗證為主，缺少實際控制系統各環節，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學科發展而開拓新實驗的延伸性。
1.4 實驗方法落后
實驗技術水平和內容更多地滿足于基礎性實踐環節，缺乏系統的綜合性、設計性和研究性實驗環節，以及缺少在利用多種現代實驗手段、方法和工具對實驗過程中的結果和現象進行深入分析研究方面對學生的引導。實驗過程主要完成連線操作、數據記錄等簡單的工作。
2 實驗教學改進
針對目前實驗教學的現狀，摒棄以往按部就班完成指定實驗步驟操作驗證形式，按照學生對科學的自然認知進度設置靈活變換的實驗內容。對實驗設置按多層次，從簡到難，逐步引導學生自主學習、合作學習、研究性學習，逐步走向從問題出發的探究、創新。同時，研究新的實驗教學儀器，開發配套軟件，保證實驗硬件滿足新環境下的要求。結合靈活的教學儀器改變教學方法，充分調動學生動手的積極性，引導其創新。
2.1 實驗內容設置
開設不同層次的實驗內容，既要滿足實驗教學的驗證、演示等基本功能，又要激發學生的興趣。
基礎實驗：根據給定實驗任務、方案和步驟，選擇并完成一定數量基本實驗；同時，通過調整實驗參數得到不同結果，增加思考空間。
綜合實驗：將各個基礎實驗環節有機結合在一起，各課程之間關聯內容綜合。
設計實驗：以任務的形式，給定實驗題目，允許學生按照自己思路選擇設計性實驗內容，引導學生學會設計和研究的方法。
創新實驗：自行命題實驗，將學生的構想通過儀器現有功能模塊來實現，在探究式學習中培養學生創新能力。
2.2 實驗儀器的改進
根據實驗內容的要求，開發適合本專業的教學儀器。儀器具有控制系統需要驗證的各種典型環節模塊、信號發生器模塊等基本功能，還結合工程實際將傳感器引入反饋環節，增加執行器件，構成完整的閉環系統。避免教學儀器箱只能完成信號源作為激勵，控制環節構成系統的不足。同時，儀器上的控制效果通過便于觀看的形式展示出來，讓控制過程可視化。儀器要預留出擴展接口，便于在實驗中添加新的模塊。儀器在結合計算機完成實驗的同時，又能獨立完成實驗內容，實驗配套軟件要能對硬件平臺對的實驗內容進行仿真和虛擬實驗。學生可以根據測試參量的不同選擇相應的傳感器，完成非電量到電量的轉換，對信號進行處理，結合控制理論完成創新性、設計性的實驗。
2.3 實驗方法的轉變
1）以學生為主體，開辟新知識領域，重視實踐能力的鍛煉；2）培養學生的綜合能力；3）科學知識和實驗能力培養上，建立系統、科學且開放的實驗教學體系，注重課程之間縱向和橫向的聯系。
結合開發的教學儀器，在實驗方法上除了基本的驗證性實驗，其他實驗按任務的形式給出，不對學生做過多的限制，留出學生思考、動手、創新的空間。充分利用計算機的計算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數學工具matlab編寫的程序）在實驗前完成必要的仿真分析，讓實驗有的放矢，理論指導實踐。實驗既做到軟硬精密結合，又能相互獨立，兩者相輔相成。克服當前實驗中儀器平臺不能脫離計算機，配套軟件不能獨立工作，學生只能在實驗課中有限的時間內完成實驗的不足，讓實驗內容通過軟件可以在任意計算機上完成。
3 總結
對當前實驗教學過程中存在的問題進行分析和總結，從實驗內容設置、實驗儀器、實驗方法3個方面提出改進方法。自動控制理論來源于實踐，反過來指導實踐[5]。結合當前人才培養的趨勢，理論聯系實際，提高學生實踐能力，在實踐中發現問題、解決問題進而培養創新能力。
參考文獻
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篇（9）
中圖分類號：TP13-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）01-0310-01
隨著控制系統復雜性的增加，不確定因素的增多，要求各控制理論分支有進一步的發展，彌補各理論分支的缺點與不足，以滿足更高的控制性能指標。現有的控制理論在線性系統控制中大都能取得良好的控制效果，但對離散、非線性復雜系統領域的研究大都剛剛起步，或處于初級階段，遠未達到人們的期望。而實際工業生產過程的模型一般都很復雜，通常具有非線性、分布參數和時變等特性。因此將控制理論的研究領域推廣到非線性復雜系統有重要的實際意義。另外與宏觀復雜系統控制相對的量子控制（Quantum Control）也正在作為一個全新的學科領域蓬勃崛起，它的發展也依賴于完善的控制理論和優化控制策略。近年來隨著微電子、半導體、計算機等技術的快速發展也強有力的推動了自動控制理論的發展。
一、現代控制理論的產生及其發展
控制理論作為一門科學，它的產生可追溯到18 世紀中葉的第一次技術革命，1765年瓦特發明了蒸汽機，應用離心式飛錘調速器原理控制蒸汽機，標志著人類以蒸汽為動力的機械化時代的開始，后來工程界用控制理論分別從時域和頻域角度討論調速系統的穩定性題，1872年勞斯（Routh E J）和1890年赫爾維茨（Hurwitz）先后找到了系統穩定性的代數據，1932年奈奎斯特（Nyquist H）發表了放大器穩定性的著名論文，給出了系統穩定性的奈奎斯特判據。美國著名的控制論創始人維納（Wiener N）總結了前人的成果，認為客觀世界存在3大要素：物質、能量、信息，雖然在物質構造和能量轉換方面，動物和機器有顯著的不同，但在信息傳遞、變換、處理方面有驚人的相似之處，1948 年發表了《控制論―或關于在動物和機器中控制和通訊的科學》，書中論述了控制理論的一般方法，推廣了反饋的概念，確立了控制理論這門學科的產生。
1.經典控制理論。第一代稱為“經典控制理論”時期，時間為20 世紀40～50 年代。它研究的主要對象多為線性定常系統，主要研究單輸入單輸出問題，研究方法主要采用以傳遞函數、頻率特性、根軌跡為基礎的頻域分析法，它的控制思想首先旨在對機器進行“調節”，使之能夠穩定運行，其次是采用“反饋的方式，使得一個動力學系統能夠按照人們的要求精確地工作，最終實現對系統按指定目標進行控制。”
2.現代控制理論。第二代稱為“現代控制理論”時期，時間為20 世紀60～70 年代。經典控制理論對線性定常系統可產生良好的控制效果，但是它對多輸入多輸出、時變、非線性系統的控制卻力不從心。所以50 年代末60 年代初，學者卡爾曼等人將古典力學中的狀態、狀態空間概念加以發展與推廣，將經典控制理論中的高階常微分方程轉化為一階微分方程組，用以描述多變量控制系統，并深刻揭示了用狀態空間描述的系統內部結構特性如可控性、可觀性，從而奠定了現代控制理論的基礎。
3.第三代控制理論。以上所提的經典控制理論和現代控制理論都是建立在數學模型之上的，所以統稱為常規（傳統）控制。它們為了控制必須建模，但許多實際系統的高維性及系統信息的模糊性、不確定性、偶然性和不完全性給基于數學模型的傳統控制理論以巨大的挑戰。是否可以改變一下思路，不完全以控制對象為研究主體，而以控制器為研究對象；是否可以用人工智能的邏輯推理、啟發式知識、專家系統解決難于建立數學模型的問題呢？智能控制的出現正源于這一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一詞，1971 年傅京孫教授指出，為了解決控制問題，用嚴格的數學方法研究新的工具來對復雜的“環境2對象”模型進行建模和識別以實現最優控制，或者用人工智能的思想建立對不能精確定義的環境和任務的控制設計方法，這兩者都值得試一試，而重要的是把兩種途徑密切結合起來協調的進行研究。沿著這一思想出發，現代控制理論將微分幾何、微分代數、數學分析與邏輯推理、啟發式知識建立和發展了智能控制理論相結合從而形成第三代控制理論大系統理論和智能控制理論。
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引言
自動控制理論發展的歷史并不長，從二十世紀三十年代開始，不過幾十年的發展，而真正進入高等學校課程還是二十世紀五六十年代。它的出現給高等教育注入了新的活力，目前這門理論課程已是控制類和電子信息類專業的主要專業基礎課之一，是一門知識覆蓋面廣、課程內容多、更新發展快且應用性很強的課程，該課程對學生建立系統和工程的概念具有十分重要的意義。
1改革教學內容，提高教學質量
隨著控制理論的發展和計算機技術的應用，新的控制方法和控制手段也越來越多，為了適應時代要求，根據本科專業培養目標和專業特點，我們對自動控制課程的內容進行了重新整合，選用優秀教材，制定了新的教學大綱、實驗大綱和考核大綱。適時地把一些新內容、新的教學成果、應用實例融合到教學內容中，做到課程內容的基礎性和先進性相結合，把握經典與現代、本課程與其他相關課程內容的關系處理。大幅度減少了學時數，將經典控制理論與現代控制理論結合起來講授，重點講解控制理論的基本知識及應用，理清思路，了解方法，增強系統性。
自動控制原理的教學內容有一條主線：系統分析和系統設計。圍繞這條主線，把教學內容劃分為六大塊：自動控制的一般概念、數學基礎與數學模型、系統的分析、系統的設計、采樣控制系統的分析和非線性系統的分析。對于系統分析是重點講解部分，介紹了各種分析方法：時域分析法、根軌跡法、頻域分析法，狀態空間法等，進行有關系統的動態、靜態分析，以及能控性和能觀性分析；在系統設計這一重點部分的講解中，介紹了根軌跡設計法、頻域設計法和狀態控制設計法，與系統分析相呼應，使學生在整個學習過程中，圍繞“系統分析和設計”這條主線進行，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。
在分析設計這個主線下，以穩定性指標為輔線。在各個有關章節的小結中對穩定性都予以重點討論，通過對各種穩定性判斷方法的分析，把前后的知識點加以銜接聯系，并綜合應用。
在講清系統物理概念的基礎上，結合課程內容，引入先進的計算機輔助教學手段。將Matlab軟件在控制系統中的應用引人課堂教學，在諸多課堂教學環節中實現了Matlab仿真演示，增強了學生對抽象理論的感性認識，收到了良好的教學效果。
為體現教學內容的先進性、科學性和前沿性，引導學生進一步學習的興趣，對目前控制理路研究的熱點和發展趨勢作一些簡要介紹，如模糊控制、智能控制等。
2改革教學方法，提升教學手段
自動控制原理對學生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數—形結合能力有一定的要求，并需具有扎實的數學基礎，學生在學習中經常會感到困難而產生畏難情緒，影響學習效果。因此，改革傳統教學方法和教學手段，進而提高教學質量，是課程改革的重中之重
2．1采用現代教育技術與手段提高教學效果
在以信息、知識爆炸為特征的今天，傳統的教學手段以不能適應時代的需要，教學手段的改革勢在必行。在《自動控制原理》課的多媒體教學實踐中，我們努力探索如何使多媒體這一先進的教學手段更好地服務于課堂教學。開發了《自動控制原理多媒體課件》、(Mat—lab仿真軟件包》等CAI課件，．采樣了多媒體與板書相結合的教學方法，既充分利用了多媒體教學的生動、逼真、容量大的優點，又充分利用了板書教學的嚴謹性、邏輯性強的優點。實踐證明，這一方法取得了良好的教學效果，受到了學生的認可，對教學質量的提高起了一定的積極作用。
2．2加強實踐教學環節，增強學生的動手能力
注重實踐能力的培養，堅持理論聯系實際的原則，加強學生動手訓練，培養學生的創新能力。學生對新知識的理解，僅僅通過課堂講解還很不夠，必須通過實踐教學這一環節，使學生對知識有一個感性認識。
實踐教學是提高學生創新精神和能力的重要途徑，在教改過程中，我們加強實驗室建設，徹底改造了原有的實驗內容，開發了綜合設計實驗及課程設計，目的在于通過實踐教學，培養學生應用控制理論的方法解決實際問題、將實際問題抽象為理論問題的能力。實驗只提目標和要求，沒有詳細的實驗步驟和實驗電路圖。學生根據個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據系統的性能要求，獨立完成系統設計，系統搭建和調試，記錄原始數據和圖形，寫出實驗報告。所有這些都極大地調動了學生學習的主動性和積極性，鞏固了課程理論，激發了學生學習的熱情，培養了學生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。
為了加強學生理論聯系實際的能力，在教學過程中還增加了課程設計這一教學環節，通過課程設計，使學生了解到了Matlab軟件在自動控制系統中的應用，拓寬學生的知識面，加深學生對(lf動控制原理》這門課程的基本概念，基本的分析方法及設計方法的理解。
3以教學推動科研，以科研促進教學
對于普通高等教育來說，教學固然重要。科研也不可以忽視。教學和科研是相輔相成的兩個方面，兩者不可分割。從自動控制理論來講，它近幾十年才建立起來，與工程實際聯系較廣，特別是在發展過程中，數學和計算機起了很大的作用，成為控制理論的重要工具。因此可以說，控制理論是工程與數學、計算機科學相互作用的前沿。在教學中講授理論知識的同時，可以增加一些與科研結合的內容，如在同學中選一些成績較好，對科研又有一定興趣的同學，參加有關教師的科研項目，也可為學生科技活動中心提供一些課題，指導學生參與科研。這樣，一方面調動了學生的積極性，培養了學生的動手能力，另方面，也可為科研活動的開展打好基礎。學生通過參與科研，學習興趣更加濃厚了，求知的欲望更強了。
4下一步改革設想
該課程的教學改革已在我校實施。取得了良好的教學效果，學生的基本知識、專業能力、實踐技能乃至學習興趣等。都較以往有較大的提高。教學改革的路子還很長。尚需繼續探索和實踐，使之不斷完善，下一步改革的設想有四點：
