自动控制类论文范文

导语：如何才能写好一篇自动控制类论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：本机振荡器直接数字频率合成自动频率控制脉内测频

雷达系统根据其工作频率一般分为米波雷达、分米波雷达和厘米波雷达，其接收机通常是超外差形式的。分米波雷达和厘米波雷达由于其工作频率较高，一般都有自动频率控制（AFC）系统，控制本振频率自动跟踪发射频率的变化，或者控制发射频率自动稳定在本振频率对应的频率点上，保证雷达接收机的中频频率稳定。但是传统的模拟式单环路或双环路AFC系统由于受模拟电路本身的局限，使得AFC的跟踪速度慢、跟踪频率范围窄、精度低，甚至有可能出现错误跟踪的情况；此外，控制本振的自频控雷达由于在本机振荡器上加装了频率调整装置，影响了本振的频率稳定度，这对动目标雷达而言是难以接受的。米波雷达由于其工作频率较低，基本上没有自动频率控制系统，但是米波雷达的发射机工作频率和接收机本机振荡频率由于环境温度、电源电压和负载变化而发生一定的变化，其变化范围从几十千赫兹到数百千赫兹，通常在500～600kHz之间。虽然由此造成的中频频率变化量的绝对值不会超出中频放大器的通频带范围（中频放大器的通频带通常≤1MHz），但是数百千赫兹的变化量使回波信号不能得到最有效的放大，造成雷达接收机技术、战术性能降低，此时即使加装DSU（DigitalStableUnit）设备，也由于中频频率漂移的影响，使DSU的性能无法得到最有效的发挥。

应用锁相环频率合成技术实现雷达自动频率控制系统已经是比较成熟的技术方案，这种方案的应用解决了非相参雷达的自动频率跟踪与本振频率稳定度之间的矛盾，但是锁相环固有的大惯性、大步进间隔和非线性误差却严重地限制着锁相环自动频率控制系统的性能，使其无法满足高速、高频率分辨率、大带宽的要求。

DDS技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并能直接与单片机接口构成智能化的频率源。基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统是新一代的自动频率控制（AFC）系统，它以直接数字频率合成技术（DDS）为基础，以单片机为控制核心，通过高速高精度脉内频率测量模块对雷达发射频率进行精确测量，然后由单片机控制DDS，对发射频率进行搜索和跟踪。因此它是一种易于实现的数字式智能化自适应频率控制系统。

图2DDS频率合成模块结构图

1系统组成及工作原理

基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统主要由高速脉内频率测量模块、DDS频率合成模块、单片机和包括频率显示、控制键盘的人机接口模块组成，如图1所示。

系统采用高速高精度实时脉内频率测量技术，利用频率稳定度高达10－9的高稳恒温时标对频率进行倒计数法测量，由单片机对测量结果进行分析处理，并控制DDS频率合成模块，完成对发射频率的搜索和跟踪。系统中除了DDS输出后的滤波、放大电路采用模拟电路外，其它全部采用高速数字电路，并结合了单片机具有的可编程能力，使系统避免了传统模拟式AFC的缺陷，能够实现更加灵活的控制。

雷达开机后，系统首先工作于搜索模式：单片机控制DDS频率合成模块输出本振频率的最低值，与从发射机耦合过来并经过衰减后的发射脉冲频率混频，取出下变频后的中频信号，经过频率测量模块测量后将结果送入单片机，单片机若判断频率测量结果不是规定的中频频率值，则控制DDS频率合成模块将输出的本振频率按规定的步长（通常是频率测量系统的频率分辨率）调高，重复此过程，直到频率测量系统测量得到的频率值为规定的中频频率值为止。若搜索过程中本振频率达到上限时仍未搜索到规定的中频频率值，则返回到本振频率最低值，重新开始新一轮的搜索。系统一旦搜索到规定的中频频率值就进入跟踪状态。

在跟踪状态，频率测量模块对每一个发射脉冲频率与本振频率下变频得到的中频脉冲频率进行实时精确测量，在发射脉冲结束时将测量结果送入单片机。单片机立即根据测量结果计算出响应的本振频率调整量，并控制DDS频率合成模块调整输出频率，保证在目标回波信号到达接收机时，本振信号已经调整到与该发射脉冲频率对应的频率点上，使目标回波信号下变频后的频率值为准确的中频频率值，从而保证目标回波信号能够得到最有效的放大。

跟踪模式实质上是一个自适应的控制过程：某一发射脉冲的频率比前一发射脉冲的频率升高（降低）在本振频率不变的条件下，中频频率升高（降低）频率测量模块的测量结果升高（降低）单片机得到测量结果后控制DDS频率合成模块，使之输出的本振频率相应升高（降低）中频频率降低（升高）到规定值。

2硬件结构

2．1DDS频率合成模块

DDS频率合成模块以DDS芯片AD9854为核心，包括滤波电路、放大电路和与单片机的接口电路，图2是其组成框图。

AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的内部时钟，4～20倍的内部可编程倍频器使外部输入的时钟信号频率可以从15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口总线，内置正交双通道DAC输出，具有多种编程工作方式，能产生线性调频信号和非线性调频信号等复杂信号。

AD9854采用CMOS结构，工作电压为3．3V，而单片机AT89C51工作在5V电压下，其总线电平是5V的TTL电平，为保证AD9854的正常工作，必须经电平转换后再与AD9854接口，AD9854的时钟信号也必须经过电平转换后送到AD9854的时钟引脚。AD9854有正交双通道DAC输出，每一个通道都是反相的互补输出，经MAX436放大后滤波，然后再经MAX436放大到雷达要求的本振电平。两路输出中的一路用于和发射脉冲混频，将下变频后的中频信号送到频率测量模块进行频率测量，系统已经知道DDS频率合成模块输出的本振频率，测量出发射脉冲的中频频率就能计算出发射频率；另一路作为接收机的本振信号。

根据奈奎斯特采样定律，当DDS系统的时钟为300MHz时，其输出频率的上限是150MHz，在工程应用中通常只使用到时钟频率的40％，即120MHz。某型米波雷达的本振频率上限略高于120MHz，经查阅AD9854的数据手册，其输出频率能够达到理论的150MHz；同时经实验证实，AD9854能够在雷达本振频率上限值处稳定工作，且输出信号质量完全可以满足雷达系统对本振的要求。

2．2高速高精度脉内频率测量模块

高速高精度脉内频率测量模块采用倒计数法进行频率测量，主要由下变频混频器、滤波整形电路、计数器T0、计数器T1和时序控制电路组成。图3是其结构的组成框图，图4是倒计数法频率测量的时序图。

倒计数法测频是用被测信号的N个周期形成一个计数门时间T＝N·Tx，在T时间内由时标F0计数，这样一来测频就相当于测量门宽T，T的最大量化误差是T0，Tx的最大量化误差是T0/N。

某型雷达的发射脉冲的宽度是13μs，考虑到其发射机是单级振荡式发射机，每个脉冲在起振和停振的过程中振荡不稳定，因此取中间的10μs作为测频区间。该型雷达的第一中频频率为30MHz，在正常工作时，发射脉冲与本振信号下变频的输出频率应该是准确的30MHz，在10μs的测频时间内应有300个脉冲，即可取N＝300；高稳定的时标的频率是100MHz，T0＝10ns，相应的Tx的最大误差是T0／300＝1／30ns，据此可计算出测频的分辨率是30kHz，相对于雷达中频放大器接近1MHz的带宽而言，此指标完全能够满足雷达系统的要求。用频谱分析仪实际测得的系统跟踪误差如表1所示。

表1实际测得的系统跟踪误差表

发射频率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500

本振输出频率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493

跟踪误差/kHz-1-5+8-8-10-7

发射频率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500

本振输出频率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500

跟踪误差/kHz-5-10-10+10+50

模块的工作过程是：当雷达触发脉冲到来时，时序控制电路打开计数器T，发射脉冲随后到来，经下变频、滤波、整形后转换成TTL方波作为计数器T的时钟。当计数器T计到第32个脉冲时，时序控制电路打开计数器T0，T0开始对高稳定时标计数；当计数器T计到第332个脉冲时，时序控制电路关闭计数器T和T0，并通知单片机已经完成一次频率测量，单片机取走测量结果，并对硬件电路复位，准备下一个周期的测量。

2．3高稳定度恒温时钟模块

本机振荡器的频率稳定度是影响雷达接收机性能的关键性指标。由于DDS频率合成方法的输出频率稳定度仅仅取决于其时钟的频率稳定度，因此选用频率稳定度高达10－9的恒温晶体振荡器作为整个系统的时钟。恒温晶体振荡器输出的100MHz高稳正弦波经放大后整形为标准的TTL方波，一路作为频率测量模块的时间标准，另一路经F161分频为25MHz的TTL方波，经电平转换后作为AD9854的外部时钟信号，利用AD9854内部的可编程倍频器倍频12倍使AD9854工作在300MHz的内部时钟频率下。高稳定度恒温时钟模块组成框图如图5所示。

3软件结构

单片机是整个系统的控制核心，可以充分利用软件可编程控制的优势对系统进行灵活有效的控制。图6是单片机的软件框图。

通电以后单片机首先进行初始化，然后设置DDS模块的工作模式等参数，再进行时序控制电路的复位并对所有计数器进行清零操作。随后单片机不断查询测量完成信号。当时序控制电路在雷达触发脉冲的作用下完成一次测量时?熏就通过该信号通知单片机，单片机一旦查询到测量完成便立即读入测量结果。然后进行分析，是标准中频频率时不进行本振频率的调整，直接准备下一脉冲周期的测量，若不是则计算所需的频率调整量，控制DDS频率合成模块进行频率调整，然后再准备下一脉冲周期的测量。

搜索和跟踪过程的区别主要在于计算频率调整量的方法不同，其它流程基本一致。

篇2

论文摘要：探讨了电气及自动化专业控制类相关课程关系及地位，结合控制类课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。

对于电气及自动化信息类专业学生来讲，控制类相关课程具有重要地位，主要包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等相关课程。“自动控制理论”和“现代控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论、基本方法的一门专业基础课该课程，是一门重要的控制类专业的基础课，具有较强的理论性，对于工程实践具有重要的指导作用，因而受到人们的广泛重视。目前不只是控制类专业，越来越多的非控制类专业也都把自动控制理论作为一门重要的专业基础课来学习。但是“自动控制理论”、“现代控制理论”课程数学计算和理论分析比重大，是本科生遇到的最抽象、难度最大的课程之一，加之未接触专业课，没有具体应用的物理模型，仅以数学模型为基线讲，学生往往会认为“自动控制理论”与专业无关而无学习兴趣，这是多年来常规教学始终感到困惑的原因。而后续“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”专业课是以电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。如何讲授“强理论性”课程，使学生真正认识到学好理论可获得对电气信息类多门专业课的理论支撑，从而学好后续专业课程是教学改革的主要目的。需结合“自动控制理论”、“现代控制理论”专业基础理论课程与“运动控制理论”、“仪表及过程控制”，“计算机控制”专业课程的问题进行深入的分析与研究，从教学内容、方法及形式、教材建设、实践教学等方面进行全方位、多层次的改革探索和实践，将对教学质量和人才培养方面有明显效果。

本项目探讨了如何更新和重组控制理论相关课程的教学内容，保证教学内容的系统性、先进性和实用性，以适应形势发展的需要。提出如何学习和掌握这些课程，包含“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”、“计算机控制”等控制类课程的教学内容的一些方法和措施。

一、教学内容、方法及形式改革

1.教学设计

近年来，不断更新观念，压缩精简陈旧过时的教学内容，加强现论及现代方法的内容，很好地解决先修课程和后续课程的衔接问题，避免内容的重复，进一步优化课程体系。建立一套适应性强的包括理论讲授、计算机辅助设计、实践教学和强化训练等方面在内的全方位教学新体系。

2.教学方法

将课堂教学、实验教学、课程研讨、网络教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率、创造视觉的新感受、激发学生的学习兴趣和热情。内容取材时，不仅体现控制理论课程内知识点之间的内在联系，还体现课程群之间的相互关系。

3.教学手段

在教学组织过程中，积极采用现代信息技术改进传统的教学手段，在多媒体教学、网络课程等方面努力探索。统一制作“自动化概论”、“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“过程控制理论”、“计算机控制”电子教案和CAI课件，并将授课课件在课程网页上，可供学生课余预习、浏览、复习等。另外，教学大纲、授课计划、实验指导书、学习指导以及教材和参考文献均可通过网络方便查阅。在课程开始即公布授课教师的信箱和电话号码等联系方式，密切授课教师与同学之间的联系，使学生有问题可及时获得老师的辅导答疑，也可通过网上答疑相互交流，打破班级与时间的束缚，在平行班级中实行听课和答疑共享。

4.教学改革与教学研究

精简教材和教学内容，教学组定期进行集体备课，加大对该课程与前后各门课程之间的衔接研究，避免内容上的重复，使其与其他相关课程融合为一个有机的整体。建设可用于大多数工科专业的“控制理论”平台课程。不断改进和完善本课程的新体系结构，充分体现其基础性、应用性、前沿性和系统性；配合新的教材和课程体系，研究并建立配套的新实验体系，强化自主性、设计性、综合性和创新性；以MATLAB软件为基础，构造开放式小车倒立摆综合实验平台，将分析、设计、仿真、虚拟实验、模拟实验融为一体；开发先进的多媒体课件，将MATLAB平台和虚拟实验融入到教学过程中，使教学更为直观生动，更具趣味性和吸引力；完善了课程网站，完成了课程辅助教材的修改和编写，各类题库建设、网络统计功能、远程教学管理系统、虚拟实验内容的扩展及网络版的开发等；使其真正成为学生自主学习、师生互动、双向交流的园地；教考分离，采用试题库出题，统一考试，流水阅卷，考后进行详细的试卷分析。

二、实践教学改革

实践性教学环节是学生能力培养中的重要环节。工科学生除要掌握一定的工程技术知识外，还要有较强的实际动手能力。

1.改革实验课教学，建立体化实验教学体系

实验教学是“控制理论”课程的重要组成部分。通过实验不仅能够培养学生分析问题和解决问题的能力，验证所学理论，而且对所学内容能够提出一些新的见解。为了适应教学改革的需要，在实验室建设方面的指导思想是：将传统的模拟实验与MATLAB环境下的仿真实验相结合，将基础理论验证类实验与自主型、综合型、设计型实验相结合，将基本实验与创新实验相结合，建立一个立体化的实验教学体系，从而满足不同阶段实践教学的需要，为激发学生的创新意识提供硬件平台。

由于实验课内容和形式的多元化，大大激发了学生做实验的主动性、积极性和创新性，学生可以通过预约或上网自主地开展多项实验，进行理论验证、性能分析和综合设计，对提高学生的实践能力和本课程的学习都将起到良好的作用。

课程组织形式与教师指导方法，对于教学大纲规定的必做实验，由任课教师和实验教师共同指导完成；对于设计性、综合性、创新性实验，学生自己利用课余时间完成，可以预约指导教师给予宏观上的指导。

2.积极开展大学生科研实训活动、参与教师科研项目

引导学生积极参加大学生科研实训项目，吸引有兴趣的学生参与教师的科研活动，培养学生严谨的科学态度、创新意识、创业和团队合作精神，提高学生初步的科学研究能力以及工程实践能力，培养学生获取知识及撰写论文的能力。

三、控制理论专题授课方案

根据“自动控制理论”、“现代控制理论”、“运动控制理论”、“仪表及过程控制”课程大纲的要求，在适当时候，以某一专题讲座的方式授课。将各种教材进行比较、处理、揉合，组织成各个专题，以高质量、高水平、高效率来达到最佳教学效果。由于专题授课具有综合性、整体性和探讨性，使其信息量得以加大，知识在综合和分析中得到延伸，既提升授课内容，使之浓缩为精华，又吸引了学生的注意力和参与兴趣。

四、应用现代教育技术

开发研制了计算机辅助教学课件。教学课件以教材为蓝本，包含简明、清晰的授课讲义、重点、难点、例题演示、控制系统计算机仿真和控制系统分析计算等内容，既有课本内容的直接再现，又增加很多有助于讲解理论和计算方法的表现手段。课件以计算机为载体，既可用于课堂教学，又可通过上网，供学生进行自学和课后复习使用。控制理论的分析方法有很多图解法，如频域分析、根轨迹法、状态空间法等。利用计算机强大的计算能力仿真能力和丰富的色彩，可轻而易举地准确绘制出清晰美观的画面。采用动画技术后，图形的来龙去脉可用动态演示。计算机的图形演示与教师的讲授相结合，使教学内容形象化、具体化和生动化，增进学生的理解，提高学生的学习兴趣。

计算机仿真技术在实验教学中的应用为实验教学带来极大的方便。仿真实验具有建模方法简单、参数调整方便、结果可视性好等优点，克服常规实验内容单调、缺乏变化、元器件制约参数调整以及实验设备数量有限等不足。在教学中适当介绍并应用MATLAB软件，并设计出计算机辅助实验教学软件包，提供一个方便易用的图形用户界面，将MATLAB控制工具箱的相关功能集成一体。

网络教学平台开发。网络教学能真正体现学生的主体作用。在网络中，学生可以利用网络的交互性、检索性等特点来选择自己需要的内容进行独立学习。学生可以在任何时间进行自主学习，并且与教师在网上交流，探讨问题，在教学中发挥积极作用。

五、建立科学、有效的教学信息回馈

坚持洛阳理工学院本科毕业班所有学生中，实施“‘控制理论’相关课程的学习调查”制度。不定期进行相关问卷，包含这门课程是否易学、学习难点、学习方法、是否能学以致用等几个方面的内容，充分了解学生学习这门课的基本情况，为课程改革提供必要的依据，收到良好的效果。

六、结束语

在新世纪中，控制类学科将具有更加光明的前景，控制类研究内容将具有挑战性，研究的范围将更加广阔，电气自动化专业控制类课程的内容将不断地发展和更新，电气自动化专业控制类课程设置及教学内容改革研究也将进一步进行下去。

参考文献：

[1]王瑛.控制理论实验开放式教学的探索[J].实验室研究与探索，2002，

4(21):15-17.

[2]黄缘虹，等.从倒立摆装置的控制策略看控制理论的发展和应用[J].广东工业大学学报，2001，9(18):49-52.

篇3

论文摘要： 对当前自动控制理论实验教学方法与实验仪器进行分析，提出教学方法和教学仪器的改革措施。通过开设新的实验内容和研制新的教学仪器，使学生更好地完成自动控制理论实验的学习任务，提高学生的综合能力和创新能力。 

 

“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础课，具有较强的理论性，与前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解掌握[2-3]。学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础，而且能在今后从事专业工作时，直接运用它去分析和解决实际技术问题。对于工程实践具有重要的指导作用，受到人们的广泛重视。在本课程的教学中，实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。 

 

1 当前实验教学的不足 

 

长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。 

1.1 实验内容固定 

传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。 

1.2 实验时间限制 

一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难全面深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。 

1.3 实验仪器制约 

实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。 

1.4 实验方法落后 

实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。 

 

2 实验教学改进 

 

针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。 

2.1 实验内容设置 

开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。 

基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。 

综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。 

设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。 

创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。 

2.2 实验仪器的改进 

根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。 

2.3 实验方法的转变 

1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。 

结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具matlab编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。 

 

3 总结 

 

对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。 

 

参考文献 

[1]葛锁良.自动控制理论教学内容与教学方法的探讨[c]//2001年中国自动化教育学术年会论文集,2001:72 

[2]杜永贵,谢克明,李国勇,谢刚.“自动控制理论”课程教学改革与实践[j].太原理工大学学报:社会科学版,2009, 27(1):77-79 

[3]方晓柯,王建辉,郑艳,何大阔,顾树生.《自动控制原理》教学改革的探索与实践[j].教育实践研究,2008(11):101-102 

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关键词：电厂高炉 温度调节 自动控制

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0063-01

电厂作为电力供应的生产者，其电力制造的质量和生产过程的安全直接关系到千家万户的切身利益，因此对于电厂现场机电装备的自动化控制的要求十分严格。随着现场总线技术的飞速发展和广泛应用，以现场总线技术为典型应用的自动化控制系统已经逐渐深入到工矿自动化的多个领域，在一些自动化控制水平较高的电厂，已经初步实现了电厂机电装备的自动化控制。高炉是火力电厂生产过程中不可缺少的机电装备，其温度控制要求十分严格，如何实现高炉温度自动调节与控制，一直是很多火力电厂技术工程师都着力重点解决的技术难题之一。本论文主要结合现场总线技术，结合电厂高炉温度的控制要求，对其温度自动控制系统进行系统的研究与探讨，以期能够找到面向火力电厂高炉的温度自动控制技术，并以此和广大同行分享。

1.高炉温度自动控制概述

（1）高炉温度调节控制功能需求。火力电厂采用高炉主要是实现燃煤产电，为了实现能源的复合利用，提高经济效益，往往还通过高炉生产一些副产品，这就要求对于高炉内的温度和压力都有着严格的控制要求。在实际生产过程中，高炉温度的调节往往是采用人工调节的方式实现，这种调节方式效率低，精度差，可靠性差，因此逐渐提出了高炉温度自动调节的控制要求。要达到高炉温度无人值守控制的效果，就必须要能够实时自动监测高炉内的温度参数，并通过计算实时控制气阀或者进料阀，以实现对高炉内温度的自动控制与调节。

（2）现场总线技术的应用特点。由于技术的发展和设备的日益复杂，过去集中式自动化控制模式在实际应用中已经逐渐暴露出了诸多问题与不足，如控制中心负载过大，信息传输效率较低，系统兼容性较差等等；而现场总线技术的出现则很好的克服了上述问题，现场总线能够结合具体的被控对象合理设计自动化控制系统，对现场的智能仪表、数据传输、数据处理和终端均有着可靠的集成性和兼容性，因此将现场总线技术应用于火力发电厂高炉温度的自动调节控制，是完全可行的。

2.基于现场总线的高炉温度自动调节控制技术应用探讨

2.1系统功能设计

基于现场总线技术的高炉温度自动调节系统，具体来说，其功能主要包含以下几个方面：（1）在线监测。（2）数据查询。（3）生成报表与统计分析。（4）超限报警与联动控制。

2.2系统层次架构

高炉温度的自动调节控制系统主要由以下四个系统层构成。

（1）传感仪表层。为了实现高炉温度的自动监测与控制，必须选用合适的传感器对高炉内的温度进行实时监测，温度传感器采用4-20 mA电流信号作为传输介质，将模拟量信号传输到数据采集模块中。

（2）数据采集层。数据采集模块接收传感器传送过来的模拟量信号，通过现场总线实现模拟量数据信号的远程传输，直至传输到中央控制室的PC终端。

（3）PC终端。PC终端通过专用的组态软件实现对高炉的温度变量的实时显示，并提供友好的人机交互界面，完成数据的查询、存储和报表统计等管理功能。

（4）驱动执行层。当被监测的高炉温度过低或过高或者异常超限时，由PC终端发出相应的控制指令，经过驱动机构层实现控制指令的放大和执行，输出到动作执行器，实现相关的报警动作或联动控制动作。动作执行器主要由气阀和进料阀构成，气阀的开度可以降低高炉内的温度，进料阀的开度可以提高高炉内的温度，它们通过接收来自PC终端发出的控制指令，经过驱动放大转变为阀门调节的开度大小，从而实现对高炉温度的自动调节与控制。

2.3系统软件设计

基于现场总线的高炉温度自动调节与控制系统，采用组态软件实现对高炉温度参数的实时显示，以提高人机交互系统的直观性。该组态软件可以采用当前市场上主流的组态软件，例如wINCC，组态王等专业工控自动化组态软件，也可以采用VB、VC等高级语言进行开发。由于该自动控制系统仅仅是对高炉的温度参数进行实时监测与显示，因此软件开发的工作量并不是很大，下面结合组态软件的开发分析软件系统的设计基本流程。

（1）系统界面设计。一个好的软件系统必然有着良好的人机交互性，而这离不开系统的界面设计，因此要结合高炉的温度控制选取合适的图像图形，提高软件的可观性。

（2）系统导航设计。由于软件系统既要显示温度数据，还要提供数据报表、历史曲线等其他数据管理功能，就需要提供良好的页面之间的导航切换功能。

（3）系统数据设计。组态软件或者说自动化控制系统软件都离不开数据库的开发，可以选用软件自带的数据库系统，也可以采用第三方数据库管理系统，但是都必须要能够为系统提供可靠的数据源。

（4）系统管理设计。出于对系统管理的安全性考虑，必须要对系统进行管理涉及，包括用户认证，数据权限管理等等，这些都需要进行系统的管理功能的界定与设计。

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关键词：控制理论；系统化；比较教学

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.

[4]李长云.“自动控制理论”的系统化教学实践[J].电气电子教学学报，2013，（8）：75-77.

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关键词：智能洗浴控制系统；微处理器STM32；温度传感器DS18B20；行程开关

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）03-0647-03

随着经济、社会的发展，人们越来越追求享受、简洁、方便的生活，尤其渴望有一个舒适、便捷的家[1]，洗浴系统是其中很重要的组成部分。目前，太阳能热水器已经十分普遍，该控制系统可根据用户需要的水温与太阳能热水器自身的水温差值，自动调节出水阀门的正反转，控制出热水、凉水的量，从而得到用户理想的温度。基于此，论文基于32位ARM微处理器STM32设计了一款智能洗浴控制系统，系统具有以下功能和特点：

1）系统可以人为或根据不同季节时间自动调节水温，微处理器会根据各种影响因素来决定出水的温度。

2）系统在微处理器内嵌入uC/OS-II操作系统，解决了步进操作与显示之间的冲突。

3）采用了32位微处理器STM32作为主控芯片，并且采用操作简单的温度传感器18B20，考虑到浴室环境而采用的数码管显示。

4） 利用简单易控的行程开关实现自动上水，当太阳能热水器内水面低于设定的最低水面时自动上水，达到最高水面时停止供水。

1 系统总体设计

根据智能洗浴系统功能特点设计了水温自动控制、上水自动系统框图如图1所示。

2 硬件系统的设计

2.1 温度采集电路

温度传感器芯片采用美国DALLAS公司推出的小体积，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的DS18B20，工作电源为3—5V，与STM32连接只需一条数据线测温范围-55℃—+125℃，因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号从而可以支持多点组网功能[2]。本系统中数据传输线18B20DQ与微处理器的PA0引脚相连，如图2所示。

2.2 数据显示

为显示系统的时间和浴室温度等数据并考虑到浴室雾气多的特点而采用7段数码管来显示时间和水温，数码管段选与STM32的PB0～PB7相连，位选利用3-8译码器来实现。

2.3 步进驱动

为实现水流的控制采用步进电机来控制出水阀和上水阀，微处理器通过比较系统初始化温度和18B20采集温度的大小判断出水阀是正转或者反转，并向驱动芯片发出不同信号，出水阀步进电机正转向外排热水，反转向外排凉水；上水阀步进电机正转打开上水阀向太阳能热水器供水，反转关闭停止供水。由于本系统步进电机的驱动电压为12V与微处理器电压不兼容，故采用了UDN2916驱动芯片来驱动步进电机[4]。电路如图3所示，PH1、PH2、IO1、IO2、Il1、Il2分别与STM32的PC0、PC1、PC2、PC4、PC3、PC5相连实现控制，右侧M-/A、M-A、M-/B、M-B为四线双极性步进电机接口。

3 系统软件设计

根据系统设计任务，本系统软件由初始化、时间温度采集、水位检测、显示、步进模块组成。主程序调用各模块实现智能洗浴系统的控制。初始化模块主要初始化各串口、引脚、传感器、中断以及初始温度设置等的数据；时间模块就是利用STM32的RTC模块来记当前时间；温度采集模块对18B20发送命令读取传感器的温度并传回微处理器；水位监测模块接收行程开关检测到水位高低发送信号回STM32；显示模块将采集回的时间温度数据通过数码管显示出来；步进模块实现对步进电机的控制。程序流程图如图4所示。

4 测试结果

如上完成系统电路连接以及系统程序的编写，对该系统进行了功能测试。

4.1 系统时间显示

如图5为系统时间的显示，时间显示正常。

4.2 温度显示

测试温度显示如图6所示。图6-1左侧为实际水温，右侧为初始温度或人为设定的需求温度，设置温度大于实际水温，微处理器做出判断，步进电机正转出热水以达到设定温度，与系统设定的功能相符。

图6-2左侧实际水温大于右侧设定水温，微处理器做出判断，步进电机反转出凉水以达到设定温度，与系统设定功能相符。

5 结束语

随着信息化、智能化的发展，家居的智能化将会是一个趋势。论文利用ARM微处理器STM32设计实现了对水温的检测采集并经过与设定温度的对比自动调节出水温度，并根据不同时间初始化不同的初始温度；利用行程开关实现太阳能热水器自动供水、停供水功能，对嵌入式自动洗浴控制系统的设计提供了一种方案。

参考文献：

[1] 郭占龙.基于单片机的智能家居控制系统的设计[J].微计算机信息，2007，23（2）.

[2] 李钢.1 Wire总线数字温度传感器DS18B20原理及应用[J].现代电子技术，2005（21）.

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论文关键词：热释电，红外传感器，信号处理，开关电路

 　1引言

 

目前的照明控制应用最多的还是几年前出现的声光控延时灯具和开关。这种灯具和开关的出现，实现了人来灯亮，人走灯灭，目前已成为照明开关的主流产品。这种产品在某种程度上说确实实现了节能的目的，但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制，这种声光控灯具和开关自动控制的实现需要（超过60分贝）声音的配合开关电路，这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。

随着社会的发展和人们对生态环境的重视，这种声光控灯具和开关已慢慢不能满足人们的需要，这就要求更加节能和环保的自动照明控制产品的出现。人体红外传感照明开关控制电路是基于红外线技术的自动控制电路，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。它的出现弥补了声光控技术的缺陷，它的自动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件的配合，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终实现它的自动控制功能。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀，同时因为它是感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能效果。

2设计思路及要求

利用BISS0001作为信号处理芯片。

利用热释电红外传感器探测移动人体。

通过对一定环境的监测,能在相应的条件下对移动的人体进行监测。

检测到人体移动时继电器能及时闭合，使LED驱动器打开，LED开始发光。无人体移动时，继电器断开，LED驱动器断路。

能通过市电直接给系统供电而不需要干电池。

探测距离2～3米。

探测角度：水平70°，垂直70°。

3系统方案设计

本系统采用BISS0001芯片作为数据处理及控制核心，将整个电路分为芯片供电电源（包括降压取电线路、单线取电线路与稳压电路）、开关控制线路、热释电传感器、信号处理、负载（LED驱动器）电路等功能模块免费论文下载。图1给出该系统的总体框图。其工作原理就是：在测量范围内无人活动时，整个系统电路除BISS0001芯片及热释电传感器外都停止工作，芯片供电电源是通过电容降压电路取得。当有人活动时，热释电传感器接收到信号经BISS0001芯片处理放大送到开关控制电路，电容降压电路断开开关电路，芯片电源靠变换器产生电路取得，延时一段时间后，在进行热释电传感器检测。

图1 系统总体框图

4.硬件电路的实现

硬件电路是通过热释电红外传感器探测人体的活动，通过BISS0001处理信号，然后通过三极管控制继电器工作，最后达到控制LED灯的目的[6][5]。其具体电路如图2所示。

电路分析：传感信号放大电路采用现有的技术，具体是以集成电路BISS0001为核心组建的电路，主要有电阻R1~R6、R10~R12、电容器C1~C4、C8~C10和二极管D2~D4构成，R12与C4组成开关电路的导通时间的控制。开关控制线路由双向可控硅Q1、电阻R9和电容C12构成。热释电红外传感感器P1的输出端与集成电路BIS0001的信号输入端，即14脚连接，降压取电线路的输出端与集成电路BISS0001的电源输入端，即1脚连接，开关控制线路的输入端，即双向可控硅Q1的控制极通过电阻R9与集成电路BISS0001的控制信号输出端2脚连接，负端LED驱动器在双向可控硅Q1的第一阳极与220V的交流电之间。

单线取电线路为升压变压器T1，变压器T1的初级的一端与双向可控硅Q1的第二阳极连接，另一端接地，变压器T1的次级与稳压线路的输入端连接。

稳压线路有整流器、滤波器和稳压集成电路组成，电路中整流器为二极管桥式整流器BR1，滤波器为电容器C14、C15，稳压集成电路为X7805，桥式整流器BR1的输入端与变压器T1的次级连接，输出端与地线之间并联滤波电容器C14、C15，并与X7805的输入端连接，X7805的输出端与集成电路BIS0001的电源输入端，即1脚连接。

不同的传感信号放大电路有可能要求的电源电压之间，因此与之匹配的单线取电线路（即变压器T1）和稳压线路特别是其中的稳压集成电路X7805，应根据需要提供的电压选用。单线取电线路的输入端与开关控制线路路中的双向可控硅的第二阳极连接开关电路，输出端与稳压线路的输入端连接。

图2 单线接入红外感应电路原理图

5 实验分析

通过对样机实验的验证，单线接入红外感应电路在检测到的范围内，能够迅速地把热释电红外传感器检测到的信号送到BISS0001中进行处理，并控制双向可控硅Q1使LED驱动电路迅速的导通。在无人的条件下，光源断开的节能效果。

该系统是单路控制红外感应电路，可以增加其稳定性；变压器可以把体积变得更小，延时更精确。其优点：被动式热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，可以串联进220v电路中，价格低廉。由于BISS0001芯片的特殊设计，对噪声抗干扰能力强，技术性能稳定，较易推广、普及。

缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

参考文献

[1]肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路[M].民邮政出版社，2003.

[2]Paul Scherz（夏建生 王仲奕等译）. 电子元器件与电路基础[M]. 北京：电子工业出版社，2009.

[3]张桂红.实用新型电子元器件[M].京电子工业出版社，2005.

[4]马凯，高洪涛.一种热红外探头的节能自动开关[J].科技创新导报，2009年17期.

[5]陈淑静.基于热释红外探头的电灯节能自动开关[J].山西电子技术，2009年01期.

[6]赵玲，朱安庆.智能LED节能照明系统的设计[J].半导体技术，2008，(02) .

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论文摘要：自动控制原理课程不仅是控制类专业而且是电子信息类专业的重要专业基础课。主要介绍了自动控制原理课程建设与改革的实践和体会。总结了教学、教改工作中所取得的成果，提出了一些具体做法和措施，着重对课程教学内容、教学体系的整合和优化以及实验内容、实验教学方法与实验组织方式进行了讨论，旨在突出教学重点，增强学生的动手能力，提高教学质量。实践证明，效果良好，并对该课程的进一步改革提出了一些设想。

引言

自动控制理论发展的历史并不长，从二十世纪三十年代开始，不过几十年的发展，而真正进入高等学校课程还是二十世纪五六十年代。它的出现给高等教育注入了新的活力，目前这门理论课程已是控制类和电子信息类专业的主要专业基础课之一，是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程，该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。

1改革教学内容，提高教学质量

随着控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段也越来越多，为了适应时代要求，根据本科专业培养目标和专业特点，我们对自动控制课程的内容进行了重新整合，选用优秀教材，制定了新的教学大纲、实验大纲和考核大纲。适时地把一些新内容、新的教学成果、应用实例融合到教学内容中，做到课程内容的基础性和先进性相结合，把握经典与现代、本课程与其他相关课程内容的关系处理。大幅度减少了学时数，将经典控制理论与现代控制理论结合起来讲授，重点讲解控制理论的基本知识及应用，理清思路，了解方法，增强系统性。

自动控制原理的教学内容有一条主线：系统分析和系统设计。围绕这条主线，把教学内容划分为六大块：自动控制的一般概念、数学基础与数学模型、系统的分析、系统的设计、采样控制系统的分析和非线性系统的分析。对于系统分析是重点讲解部分，介绍了各种分析方法：时域分析法、根轨迹法、频域分析法，状态空间法等，进行有关系统的动态、静态分析，以及能控性和能观性分析；在系统设计这一重点部分的讲解中，介绍了根轨迹设计法、频域设计法和状态控制设计法，与系统分析相呼应，使学生在整个学习过程中，围绕“系统分析和设计”这条主线进行，做到举一反三，从而对自动控制理论有一个完整清晰的理解。

在分析设计这个主线下，以稳定性指标为辅线。在各个有关章节的小结中对稳定性都予以重点讨论，通过对各种稳定性判断方法的分析，把前后的知识点加以衔接联系，并综合应用。

在讲清系统物理概念的基础上，结合课程内容，引入先进的计算机辅助教学手段。将Matlab软件在控制系统中的应用引人课堂教学，在诸多课堂教学环节中实现了Matlab仿真演示，增强了学生对抽象理论的感性认识，收到了良好的教学效果。

为体现教学内容的先进性、科学性和前沿性，引导学生进一步学习的兴趣，对目前控制理路研究的热点和发展趋势作一些简要介绍，如模糊控制、智能控制等。

2改革教学方法，提升教学手段

自动控制原理对学生的定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力、数—形结合能力有一定的要求，并需具有扎实的数学基础，学生在学习中经常会感到困难而产生畏难情绪，影响学习效果。因此，改革传统教学方法和教学手段，进而提高教学质量，是课程改革的重中之重

2．1采用现代教育技术与手段提高教学效果

在以信息、知识爆炸为特征的今天，传统的教学手段以不能适应时代的需要，教学手段的改革势在必行。在《自动控制原理》课的多媒体教学实践中，我们努力探索如何使多媒体这一先进的教学手段更好地服务于课堂教学。开发了《自动控制原理多媒体课件》、(Mat—lab仿真软件包》等CAI课件，．采样了多媒体与板书相结合的教学方法，既充分利用了多媒体教学的生动、逼真、容量大的优点，又充分利用了板书教学的严谨性、逻辑性强的优点。实践证明，这一方法取得了良好的教学效果，受到了学生的认可，对教学质量的提高起了一定的积极作用。

2．2加强实践教学环节，增强学生的动手能力

注重实践能力的培养，坚持理论联系实际的原则，加强学生动手训练，培养学生的创新能力。学生对新知识的理解，仅仅通过课堂讲解还很不够，必须通过实践教学这一环节，使学生对知识有一个感性认识。

实践教学是提高学生创新精神和能力的重要途径，在教改过程中，我们加强实验室建设，彻底改造了原有的实验内容，开发了综合设计实验及课程设计，目的在于通过实践教学，培养学生应用控制理论的方法解决实际问题、将实际问题抽象为理论问题的能力。实验只提目标和要求，没有详细的实验步骤和实验电路图。学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，独立完成系统设计，系统搭建和调试，记录原始数据和图形，写出实验报告。所有这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学生学习的热情，培养了学生的动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析和解决问题的能力都有很大的提高。

为了加强学生理论联系实际的能力，在教学过程中还增加了课程设计这一教学环节，通过课程设计，使学生了解到了Matlab软件在自动控制系统中的应用，拓宽学生的知识面，加深学生对(lf动控制原理》这门课程的基本概念，基本的分析方法及设计方法的理解。

3以教学推动科研，以科研促进教学

对于普通高等教育来说，教学固然重要。科研也不可以忽视。教学和科研是相辅相成的两个方面，两者不可分割。从自动控制理论来讲，它近几十年才建立起来，与工程实际联系较广，特别是在发展过程中，数学和计算机起了很大的作用，成为控制理论的重要工具。因此可以说，控制理论是工程与数学、计算机科学相互作用的前沿。在教学中讲授理论知识的同时，可以增加一些与科研结合的内容，如在同学中选一些成绩较好，对科研又有一定兴趣的同学，参加有关教师的科研项目，也可为学生科技活动中心提供一些课题，指导学生参与科研。这样，一方面调动了学生的积极性，培养了学生的动手能力，另方面，也可为科研活动的开展打好基础。学生通过参与科研，学习兴趣更加浓厚了，求知的欲望更强了。

4下一步改革设想

该课程的教学改革已在我校实施。取得了良好的教学效果，学生的基本知识、专业能力、实践技能乃至学习兴趣等。都较以往有较大的提高。教学改革的路子还很长。尚需继续探索和实践，使之不断完善，下一步改革的设想有四点：

(1)从课程的实际及教学规律出发，以培养和提高学生的创新精神和实践技能为宗旨，真正探索出一种新的实践教育模式。

篇9

关键词：人工智能，电气，自动化控制

 

人类智能主要要包括三个力面，即感知能力，思维能力，行为能力，而人工智能是指由人类制造出来的“机器”所表现出来的智能。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力。人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。

1人工智能应用理论分析

人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是门边沿学科，属于自然科学和社会科学的交叉。涉及哲学和认知科学、数学、心理学、计算机科学、控制论、不定性论，其研究范畴为自然语言处理，知识表现，智能搜索，推理，规划，机器学习，知识获取，感知问题，模式识别，逻辑程序设计，软计算，不精确和不确定的管理，人工生命，神经网络，复杂系统，遗传算法等，应用于智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程。

当今社会，计算机技术已经渗透到生产和生活的方方面面，计算机编程技术的日新月异催生自动化生产、运输、传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈，所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产、流通、交换、分配等关键一环，实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。

2人工智能控制器的优势

不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但AI控制器例如:神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解，也有利于控制策略的统一开发。这些AI函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势，这些优势如下

（1）它们的设计不需要控制对象的模型（在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素。例如:参数变化，非线性时，往往不知道。)

（2）通过适当调整（根据响应时间、下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如:模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍，下降时间快3.5倍。

(3)它们比古典控制器的调节容易。

(4)在没有必须专家知识时，通过响应数据也能设计它们。

(5)运用语言和响应信息可能设计它们。论文格式，自动化控制。。

(6)它们有相当好的一致性(当使用一些新的未知输入数据就能得到好的估计)，与驱动器的特性无关。论文格式，自动化控制。。现在没有使用人工智能的控制算法对特定对象控制效果非常好，但对其他控制对象效果就不会一致性地好，因此对具体对象必须具体设计。

3人工智能的应用现状

(1)优化设计电气设备的设计是一项复杂的工作，它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的。因此，很难获得最优方案。随着计算机技术的发展，电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD)，大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进，使传统的CAD技术如虎添翼，产品设计的效率及质量得到全面提高。

用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法，非常适合于产品优化设计，因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。

（2）智能控制的功能实现

①数据采集与处理：对所有开关量、模拟量的实时采集，并能按要求处理或存贮。

②画面显示：模拟画面真实显示一次设备和系统的运行状态，可实时显示电流、电压等所有模拟量、计算量、隔离开关、断路器等实际开关状态及挂牌检修功能，能生成历史趋势图。

③运行监视：具有对各主要设备的模拟量数值、开关量状态的实时智能监视，有事故报警越限和状态变化事件报警，事件顺序记录、声光、语音、电话图象报警。

④操作控制：通过键盘或鼠标实现对断路器及电动隔离开关的控制，励磁电流的调整。按顺控程序进行同期并网带负荷或停机操作。系统对运行人员的操作权限加以限制，以适应各级运行值班管理。

⑤故障录波:模拟量故障录波，波形捕捉，开关量变位，顺序记录等（包括主要辅机)。论文格式，自动化控制。。

⑥在线分析：不对称运行分析、负序量计算等。

⑦在线参数设定及修改：保护定值包括软压板的投退。

⑧运行管理:操作票专家系统，运行日志，报表的生成及存储或打印，运行曲线等。

人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开，但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种:模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。

4恒压供水案例简析

恒压供水在工业和民用供水系统中已普遍使用，由于系统的负荷变化的不确定性，采用传统的PID算法实现压力控制的动态特性指标很难收到理想的效果。在恒压供水自动化控制系统的设计初期曾采用多种进口的调节器，系统的动态特性指标总是不稳定，通过实际应用中的对比发现，应用模糊控制理论形成的控制方案在恒压系统中有较好的效果。在实施过程中选用了AI 一808人工智能调节器作为主控制器，结合FXIN PLC逻辑控制功能很好地实现了水厂的全自动化恒压供水。对于单独采用PLC实现压力和逻辑控制方案，由于PLC的运算能力不足编写一个完善的模糊控制算法比较困难，而且参数的调整也比较麻烦，所以所提出的方案具有较高的性价比。

本案例中只是一个人工智能在电气自动化中的一个小小的应用，也是电气元

件生产供给的一个方向，实现机械智能化是我们努力的追求，将人工智能的先进的最新成果应用于电气自动化控制的实践是一个诱人的课题。

5结语

人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能完成的复杂的工作，电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力，人工智能的应用体现在问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器人学等方面。而这诸多方面都体现了一个自动化的特征，表达了一个共同的主题，即提高机械的人类意识能力，强化控制自动化。因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为，电气自动化控制也需要人工智能的参与。

参考文献

[1]陈洪峰.国内电气自动化发展状况与趋势[J].科技创新导报，2009

[2]张培铭，缪希仁等.展望21世纪电器发展方向----人工智能电器[J].电工技术杂志，2006(4).

篇10

关键词：污水处理；处理工艺；自动控制；变频控制

中图分类号：U664文献标识码： A

1 污水处理工艺概述

由于污水处理对象及处理环境的不同，故此污水处理工艺也各不相同。

1.1 常用的污水处理工艺

当前，较为常见的污水处理方法通常都是生物处理为主，再以物理和化学处理为辅，最为常用是活性污泥处理工艺。这种处理方法是一种较为古老的污水处理技术，其中曝气池和沉淀池是该工艺中最为重要的组成设备。其工艺原理如下：污水中的有机物在曝气池中停留时，该池中的微生物会将污水中的大部分有机物吸附出来，并氧化成无机物，然后流入到沉淀池中进行沉淀，经过一段时间以后，便能够流出清水，在通过相应的消毒处理便可以获得合格的水质。

1.2 污泥处理工艺

在对污水进行处理的过程中，会产生出大量的污泥，这些污泥中的有机物含量相对较高，并且性状极不稳定，非常容易腐化，其中还含有一些寄生虫卵，如果不能及时处理的话，有可能造成二次污染。为此，便需要采取相应的污泥处理工艺。通常情况下，污泥处理主要采用的工艺有机械浓缩和机械脱水两种，经过处理之后的污泥含水率能够达到80%以下，稳定污泥的工艺有好氧消化、厌氧消化、加热感化以及热处理等等。目前，我国各大污水处理厂基本都采用了填埋的方式对污泥进行处理，这种方式不仅经济而且污染小、见效快，具有较高的应用潜力。

1.3 控制难点

由于整个污水处理过程所涉及的控制系统规模较为庞大，加之系统的工艺流程相对较为复杂，同时，其中的各个主要工艺所在地理位置也各不相同，非常分散，因此，污水处理控制系统属于一个多变量、多回路、非线性的负载系统。这为污水处理的控制工作增添了一定的困难。所以建立一个自动化的控制系统就显得尤为重要，这也是本文研究的主要方向。

2 污水处理自动控制系统的设计要求分析

在对污水处理自动控制进行设计时，应当按照具体的工艺流程要求以及构筑物的地理分布情况，并遵循经济、可靠、先进、使用的基本原则，采用集中管理、分散控制的模式建立既经济又可靠的现场监控和计算机管理一体化的系统。通过网络通信技术信息资源共享及现场无人值守、总控制站少人值守的目标。就污水处理自动控制系统而言，其不仅应当具备安全性、稳定性和可靠性，而且还要便于维护，同时能够在传统自动化控制系统的基础上，扩展可以优化污水处理效果和节约运行维护费用的功能为目标。自动控制系统在进行模块设计的过程中，应当重点从以下三个方面着手：a.时序控制模块。该模块的主要功能是在特定的时间下启动特定的设备，简单来讲该模块就是定时控制；b.反馈控制模块。具体包括维持污水处理设备运行的控制，如液位、泥位等等，还包括系统的优化运行控制，如DO控制、SS控制等等。由于以上参数的动态特性要求对所有设备的运行状态进行全面调控，故此其为实现系统优化控制提供了可能；c.其他模块。主要包括数据采集管理、数据库管理、运行日志，这些模块能够帮助操作人员对重要数据进行管理分析，有助于提高工作效率。

3 污水处理自动控制系统的作用

按照我国污水处理厂的实际控制情况以及上文中提到的具体设计要求，本文提出一种三层框架结构的污水处理自动控制系统，即控制层、监控层和管理层。下面分别对这三个层次的设计与实现进行详细介绍：

3.1 控制层

这是整个污水处理自动控制系统的最底层，也是各个主要生产单元的控制部分，它由若干个变频控制站构成，主要负责对处理设备及各个监测控制点进行信号采集和监控。根据污水处理工艺要求，控制层实现了开关量和模拟量的控制，并且能够独立完成数据采集、运算和分析，能够满足多样化的污水处理设备和工艺要求，并提供实时处理功能，对设备启停及运行状态进行控制，使设备达到最佳的利用效率，进一步提高了污水处理效果。控制层的关键在与可编程的系统设计，在进行变频控制设计的过程中，必须遵循以下原则：其一，应当最大限度地满足被控制对象的具体控制要求；其二，在满足控制要求的基础上，应当尽可能使系统简单、经济、操作和维修方面；其三，确保控制系统运行安全可靠；其四，应当充分考虑到生产工艺的改进和发展，选择变频控制器的容量时，应预留出一部分裕量。

3.2 监控层

污水处理本身就属于一个比价庞大的系统，它由诸多处理环节组成，由于每个环节完成的工作都不相同，故此控制要求也各不相同。如某污水处理厂分为四期污水处理、氧化沟、污泥干化、污水一段、污泥脱水等等生产单元，为了满足这些生产单元的要求，需要数量不等的变频控制组成自动控制系统，并构成一个统一的管理控制中心。监控层实质上就是这个控制中心，其主要功能是按照自身的优化程序，实现相应工艺单元的设备调解和优化控制。监控层利用工业组态软件对变频控制子站进行实时监控，并间接对各个工艺单元中相关设备的运行状态进行控制；监控层的硬件则是以工业级的微型计算机和工作站为主，并由组态软件通过通信网络对各个子站进行直接监控，以此来实现对各个生产设备运行状态的实时监控。

3.3 管理层

该层的主要作用是监制远方各个现场污水处理厂的生产运行状况，并向企业领导及相关职能部门生产和工艺数据，为企业的决策提供准确依据，接受企业领导下达的指令。管理层可以分为生产和企业两大方面。前者属于污水处理厂的中心控制室，负责对整个污水处理厂的生产运行过程进行监控，该层通过网络通讯与各个生产单元的进行通讯，其主要功能是接收来自各个控制层发出的数据并进行存储；企业管理层借助计算机网络技术将领导及各个相关部门的计算机进行联网，并与生产第一线进行网络连接，这样便可以进行网上信息传递，有利于提高企业生产管理效率。

4措施及建议

自动化控制系统设计的过程是一个复杂而又专业过程，一定要让污水处理厂的每一位技术人员参与这样一个设计过程，这样技术人员才能更好地了解自动控制系统的每一种设施，才能更好地运作每一种机器。通过参与设计过程，不仅可以更加熟悉自动控制系统的工作性能，而且也可以掌握维护、修复、完善以及更改系统软件和硬件的方法，这样可以减轻日后的维修和升级的负担。此外，对于设计过程中，技术操作人员可以亲自参与进来，也是对技术操作人员的相关培训，这里面包括计算机技术培训和网络技术培训，还包括技术操作人员整体能力及水平的提高。另一方面，也可以存在相互学习，相互交流的目的。比如说，技术人员可以根据自己的工作经验发现问题、提出问题，通过这样一种互助的方法就可以减少一些隐形的问题，从而提升系统的实用性。由于自动控制系统也存在一定的问题，因此，工作人员也不能完全依赖自动控制系统，要根据实际的情况，能动地转换方法，保证系统安全可靠地运行。要合理分配工作人员，适当增减操作人员和值班工程师，可以采取倒班制来保证工作人员的精神状态，是工作人员能够更好地掌控污水处理厂的运作。

结束语

随着经济的发展，污水处理会面临着更多的新问题，因此，实现自动化控制是必然的选择，这会降低事故发生的率，从而提高企业的经济效益。

参考文献

[1]周树,刘钊,潘成林.自动控制分级用水节水装置--生活用水二次利用技术[A].第四届国际智能、绿色建筑与建筑节能大会论文集[C].2008(3).