题目：管控一体化人工闭合生态系统实验设施的设计与实现

 

近年来，我国的航天事业正朝着长时间远距离的载人航天方向发展，同时也面临着生命保障技术的重大挑战。北航建立的月宫一号是面向月球基地的生物再生生命保障系统(Bioregenerative Life Support System, BLSS)的特定原型，由高等植物、动物、微生物和人工环境组成，水、空气和绝大部分食物可以在系统内循环再生。月宫一号集成了植物高效栽培、动物饲养、废物处理等多项先进关键技术，实现粮食、蔬菜、浆果多种植物高效培养，以及尿液与粪便在系统内的循环利用，大幅提高了系统的闭合度及志愿者的营养需求满足度。

本文的研究对象为月宫一号可控的人工环境。基于自动控制和生态工程原理与技术，为月宫一号设计一套高效的监控监测和数据管理软硬件系统，实现月宫一号的管控一体化要求。具体研究方法和内容包括：在充分分析和总结月宫一号管控一体化需求的基础上，明确系统的设计要求与原则，确定系统结构，制定电气控制方案，为系统选型配置硬件，统计系统输入输出信号性质及数量，进行I/O分配，绘制接线图；明确系统组态软件设计中的逻辑关系，编写详细变量符号表，设计控制程序和软件画面，并且从理论上研究系统综合调控的控制器模型；系统调试后投入到月宫一号实验中使用，通过105天连续运行，得到系统运行结果，经过分析与总结，对系统今后的进一步优化做出展望。

本文研究建立的月宫一号PLC管控一体化硬件及控制装置为系统提供了可控的人工环境和自动化供水系统，保障了舱内硬件系统运行稳定、零故障。数据采集精度与可靠性高，软件界面简明友好，数据存取和信息查看方便。此外从理论上设计了更为优化的温湿度控制器模型和舱室内外压力调节控制器模型。在本研究所设计的软硬件控制作用下，月宫一号内环境稳定，作物生长良好，满足了3位志愿者的物质与精神需求，保证了他们的身心健康。

月宫一号105天的密闭系统实验证明，本研究设计的管控一体化系统的安全性和可靠性都达到了较高水平，保障了实验的成功运行。