導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇自動(dòng)控制類(lèi)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：本機(jī)振蕩器直接數(shù)字頻率合成自動(dòng)頻率控制脈內(nèi)測(cè)頻

雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)其工作頻率一般分為米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)，其接收機(jī)通常是超外差形式的。分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)由于其工作頻率較高，一般都有自動(dòng)頻率控制（AFC）系統(tǒng)，控制本振頻率自動(dòng)跟蹤發(fā)射頻率的變化，或者控制發(fā)射頻率自動(dòng)穩(wěn)定在本振頻率對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)上，保證雷達(dá)接收機(jī)的中頻頻率穩(wěn)定。但是傳統(tǒng)的模擬式單環(huán)路或雙環(huán)路AFC系統(tǒng)由于受模擬電路本身的局限，使得AFC的跟蹤速度慢、跟蹤頻率范圍窄、精度低，甚至有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達(dá)由于在本機(jī)振蕩器上加裝了頻率調(diào)整裝置，影響了本振的頻率穩(wěn)定度，這對(duì)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)而言是難以接受的。米波雷達(dá)由于其工作頻率較低，基本上沒(méi)有自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)，但是米波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)工作頻率和接收機(jī)本機(jī)振蕩頻率由于環(huán)境溫度、電源電壓和負(fù)載變化而發(fā)生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數(shù)百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對(duì)值不會(huì)超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通?！?MHz），但是數(shù)百千赫茲的變化量使回波信號(hào)不能得到最有效的放大，造成雷達(dá)接收機(jī)技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能降低，此時(shí)即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設(shè)備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無(wú)法得到最有效的發(fā)揮。

應(yīng)用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)方案，這種方案的應(yīng)用解決了非相參雷達(dá)的自動(dòng)頻率跟蹤與本振頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，但是鎖相環(huán)固有的大慣性、大步進(jìn)間隔和非線性誤差卻嚴(yán)重地限制著鎖相環(huán)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)的性能，使其無(wú)法滿(mǎn)足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。

DDS技術(shù)是近幾年來(lái)迅速發(fā)展的頻率合成技術(shù)，它采用全數(shù)字化的技術(shù)，具有集成度高、體積小、相對(duì)帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時(shí)間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)，并能直接與單片機(jī)接口構(gòu)成智能化的頻率源?；贒DS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)是新一代的自動(dòng)頻率控制（AFC）系統(tǒng)，它以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）為基礎(chǔ)，以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)高速高精度脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊對(duì)雷達(dá)發(fā)射頻率進(jìn)行精確測(cè)量，然后由單片機(jī)控制DDS，對(duì)發(fā)射頻率進(jìn)行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實(shí)現(xiàn)的數(shù)字式智能化自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)。

圖2DDS頻率合成模塊結(jié)構(gòu)圖

1系統(tǒng)組成及工作原理

基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)主要由高速脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機(jī)和包括頻率顯示、控制鍵盤(pán)的人機(jī)接口模塊組成，如圖1所示。

系統(tǒng)采用高速高精度實(shí)時(shí)脈內(nèi)頻率測(cè)量技術(shù)，利用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的高穩(wěn)恒溫時(shí)標(biāo)對(duì)頻率進(jìn)行倒計(jì)數(shù)法測(cè)量，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對(duì)發(fā)射頻率的搜索和跟蹤。系統(tǒng)中除了DDS輸出后的濾波、放大電路采用模擬電路外，其它全部采用高速數(shù)字電路，并結(jié)合了單片機(jī)具有的可編程能力，使系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)模擬式AFC的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制。

雷達(dá)開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)首先工作于搜索模式：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發(fā)射機(jī)耦合過(guò)來(lái)并經(jīng)過(guò)衰減后的發(fā)射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)頻率測(cè)量模塊測(cè)量后將結(jié)果送入單片機(jī)，單片機(jī)若判斷頻率測(cè)量結(jié)果不是規(guī)定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規(guī)定的步長(zhǎng)（通常是頻率測(cè)量系統(tǒng)的頻率分辨率）調(diào)高，重復(fù)此過(guò)程，直到頻率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得到的頻率值為規(guī)定的中頻頻率值為止。若搜索過(guò)程中本振頻率達(dá)到上限時(shí)仍未搜索到規(guī)定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開(kāi)始新一輪的搜索。系統(tǒng)一旦搜索到規(guī)定的中頻頻率值就進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。

在跟蹤狀態(tài)，頻率測(cè)量模塊對(duì)每一個(gè)發(fā)射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)精確測(cè)量，在發(fā)射脈沖結(jié)束時(shí)將測(cè)量結(jié)果送入單片機(jī)。單片機(jī)立即根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出響應(yīng)的本振頻率調(diào)整量，并控制DDS頻率合成模塊調(diào)整輸出頻率，保證在目標(biāo)回波信號(hào)到達(dá)接收機(jī)時(shí)，本振信號(hào)已經(jīng)調(diào)整到與該發(fā)射脈沖頻率對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)上，使目標(biāo)回波信號(hào)下變頻后的頻率值為準(zhǔn)確的中頻頻率值，從而保證目標(biāo)回波信號(hào)能夠得到最有效的放大。

跟蹤模式實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自適應(yīng)的控制過(guò)程：某一發(fā)射脈沖的頻率比前一發(fā)射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測(cè)量模塊的測(cè)量結(jié)果升高（降低）單片機(jī)得到測(cè)量結(jié)果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應(yīng)升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規(guī)定值。

2硬件結(jié)構(gòu)

2．1DDS頻率合成模塊

DDS頻率合成模塊以DDS芯片AD9854為核心，包括濾波電路、放大電路和與單片機(jī)的接口電路，圖2是其組成框圖。

AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的內(nèi)部時(shí)鐘，4～20倍的內(nèi)部可編程倍頻器使外部輸入的時(shí)鐘信號(hào)頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線，內(nèi)置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)和非線性調(diào)頻信號(hào)等復(fù)雜信號(hào)。

AD9854采用CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓為3．3V，而單片機(jī)AT89C51工作在5V電壓下，其總線電平是5V的TTL電平，為保證AD9854的正常工作，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后再與AD9854接口，AD9854的時(shí)鐘信號(hào)也必須經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后送到AD9854的時(shí)鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個(gè)通道都是反相的互補(bǔ)輸出，經(jīng)MAX436放大后濾波，然后再經(jīng)MAX436放大到雷達(dá)要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發(fā)射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號(hào)送到頻率測(cè)量模塊進(jìn)行頻率測(cè)量，系統(tǒng)已經(jīng)知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測(cè)量出發(fā)射脈沖的中頻頻率就能計(jì)算出發(fā)射頻率；另一路作為接收機(jī)的本振信號(hào)。

根據(jù)奈奎斯特采樣定律，當(dāng)DDS系統(tǒng)的時(shí)鐘為300MHz時(shí)，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應(yīng)用中通常只使用到時(shí)鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達(dá)的本振頻率上限略高于120MHz，經(jīng)查閱AD9854的數(shù)據(jù)手冊(cè)，其輸出頻率能夠達(dá)到理論的150MHz；同時(shí)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AD9854能夠在雷達(dá)本振頻率上限值處穩(wěn)定工作，且輸出信號(hào)質(zhì)量完全可以滿(mǎn)足雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)本振的要求。

2．2高速高精度脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊

高速高精度脈內(nèi)頻率測(cè)量模塊采用倒計(jì)數(shù)法進(jìn)行頻率測(cè)量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計(jì)數(shù)器T0、計(jì)數(shù)器T1和時(shí)序控制電路組成。圖3是其結(jié)構(gòu)的組成框圖，圖4是倒計(jì)數(shù)法頻率測(cè)量的時(shí)序圖。

倒計(jì)數(shù)法測(cè)頻是用被測(cè)信號(hào)的N個(gè)周期形成一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)時(shí)間T＝N·Tx，在T時(shí)間內(nèi)由時(shí)標(biāo)F0計(jì)數(shù)，這樣一來(lái)測(cè)頻就相當(dāng)于測(cè)量門(mén)寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。

某型雷達(dá)的發(fā)射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發(fā)射機(jī)是單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)，每個(gè)脈沖在起振和停振的過(guò)程中振蕩不穩(wěn)定，因此取中間的10μs作為測(cè)頻區(qū)間。該型雷達(dá)的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時(shí)，發(fā)射脈沖與本振信號(hào)下變頻的輸出頻率應(yīng)該是準(zhǔn)確的30MHz，在10μs的測(cè)頻時(shí)間內(nèi)應(yīng)有300個(gè)脈沖，即可取N＝300；高穩(wěn)定的時(shí)標(biāo)的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應(yīng)的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據(jù)此可計(jì)算出測(cè)頻的分辨率是30kHz，相對(duì)于雷達(dá)中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標(biāo)完全能夠滿(mǎn)足雷達(dá)系統(tǒng)的要求。用頻譜分析儀實(shí)際測(cè)得的系統(tǒng)跟蹤誤差如表1所示。

表1實(shí)際測(cè)得的系統(tǒng)跟蹤誤差表

發(fā)射頻率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500

本振輸出頻率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493

跟蹤誤差/kHz-1-5+8-8-10-7

發(fā)射頻率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500

本振輸出頻率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500

跟蹤誤差/kHz-5-10-10+10+50

模塊的工作過(guò)程是：當(dāng)雷達(dá)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，時(shí)序控制電路打開(kāi)計(jì)數(shù)器T，發(fā)射脈沖隨后到來(lái)，經(jīng)下變頻、濾波、整形后轉(zhuǎn)換成TTL方波作為計(jì)數(shù)器T的時(shí)鐘。當(dāng)計(jì)數(shù)器T計(jì)到第32個(gè)脈沖時(shí)，時(shí)序控制電路打開(kāi)計(jì)數(shù)器T0，T0開(kāi)始對(duì)高穩(wěn)定時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器T計(jì)到第332個(gè)脈沖時(shí)，時(shí)序控制電路關(guān)閉計(jì)數(shù)器T和T0，并通知單片機(jī)已經(jīng)完成一次頻率測(cè)量，單片機(jī)取走測(cè)量結(jié)果，并對(duì)硬件電路復(fù)位，準(zhǔn)備下一個(gè)周期的測(cè)量。

2．3高穩(wěn)定度恒溫時(shí)鐘模塊

本機(jī)振蕩器的頻率穩(wěn)定度是影響雷達(dá)接收機(jī)性能的關(guān)鍵性指標(biāo)。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩(wěn)定度僅僅取決于其時(shí)鐘的頻率穩(wěn)定度，因此選用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩(wěn)正弦波經(jīng)放大后整形為標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波，一路作為頻率測(cè)量模塊的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，另一路經(jīng)F161分頻為25MHz的TTL方波，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為AD9854的外部時(shí)鐘信號(hào)，利用AD9854內(nèi)部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內(nèi)部時(shí)鐘頻率下。高穩(wěn)定度恒溫時(shí)鐘模塊組成框圖如圖5所示。

3軟件結(jié)構(gòu)

單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優(yōu)勢(shì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靈活有效的控制。圖6是單片機(jī)的軟件框圖。

通電以后單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，然后設(shè)置DDS模塊的工作模式等參數(shù)，再進(jìn)行時(shí)序控制電路的復(fù)位并對(duì)所有計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零操作。隨后單片機(jī)不斷查詢(xún)測(cè)量完成信號(hào)。當(dāng)時(shí)序控制電路在雷達(dá)觸發(fā)脈沖的作用下完成一次測(cè)量時(shí)?熏就通過(guò)該信號(hào)通知單片機(jī)，單片機(jī)一旦查詢(xún)到測(cè)量完成便立即讀入測(cè)量結(jié)果。然后進(jìn)行分析，是標(biāo)準(zhǔn)中頻頻率時(shí)不進(jìn)行本振頻率的調(diào)整，直接準(zhǔn)備下一脈沖周期的測(cè)量，若不是則計(jì)算所需的頻率調(diào)整量，控制DDS頻率合成模塊進(jìn)行頻率調(diào)整，然后再準(zhǔn)備下一脈沖周期的測(cè)量。

搜索和跟蹤過(guò)程的區(qū)別主要在于計(jì)算頻率調(diào)整量的方法不同，其它流程基本一致。

篇2

論文摘要：探討了電氣及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)相關(guān)課程關(guān)系及地位，結(jié)合控制類(lèi)課程的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析與研究，從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行全方位、多層次的改革探索和實(shí)踐，將對(duì)教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。

對(duì)于電氣及自動(dòng)化信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)講，控制類(lèi)相關(guān)課程具有重要地位，主要包含“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”、“計(jì)算機(jī)控制”等相關(guān)課程?！白詣?dòng)控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”課程是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論、基本方法的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課該課程，是一門(mén)重要的控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性，對(duì)于工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)作用，因而受到人們的廣泛重視。目前不只是控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)，越來(lái)越多的非控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)也都把自動(dòng)控制理論作為一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課來(lái)學(xué)習(xí)。但是“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”課程數(shù)學(xué)計(jì)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(zhuān)業(yè)課，沒(méi)有具體應(yīng)用的物理模型，僅以數(shù)學(xué)模型為基線講，學(xué)生往往會(huì)認(rèn)為“自動(dòng)控制理論”與專(zhuān)業(yè)無(wú)關(guān)而無(wú)學(xué)習(xí)興趣，這是多年來(lái)常規(guī)教學(xué)始終感到困惑的原因。而后續(xù)“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”、“計(jì)算機(jī)控制”專(zhuān)業(yè)課是以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。如何講授“強(qiáng)理論性”課程，使學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到學(xué)好理論可獲得對(duì)電氣信息類(lèi)多門(mén)專(zhuān)業(yè)課的理論支撐，從而學(xué)好后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程是教學(xué)改革的主要目的。需結(jié)合“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課程與“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”，“計(jì)算機(jī)控制”專(zhuān)業(yè)課程的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析與研究，從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行全方位、多層次的改革探索和實(shí)踐，將對(duì)教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。

本項(xiàng)目探討了如何更新和重組控制理論相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，保證教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性，以適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。提出如何學(xué)習(xí)和掌握這些課程，包含“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”、“計(jì)算機(jī)控制”等控制類(lèi)課程的教學(xué)內(nèi)容的一些方法和措施。

一、教學(xué)內(nèi)容、方法及形式改革

1.教學(xué)設(shè)計(jì)

近年來(lái)，不斷更新觀念，壓縮精簡(jiǎn)陳舊過(guò)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)現(xiàn)論及現(xiàn)代方法的內(nèi)容，很好地解決先修課程和后續(xù)課程的銜接問(wèn)題，避免內(nèi)容的重復(fù)，進(jìn)一步優(yōu)化課程體系。建立一套適應(yīng)性強(qiáng)的包括理論講授、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)和強(qiáng)化訓(xùn)練等方面在內(nèi)的全方位教學(xué)新體系。

2.教學(xué)方法

將課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程研討、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并充分利用多媒體教學(xué)手段提高教學(xué)效率、創(chuàng)造視覺(jué)的新感受、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。內(nèi)容取材時(shí)，不僅體現(xiàn)控制理論課程內(nèi)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，還體現(xiàn)課程群之間的相互關(guān)系。

3.教學(xué)手段

在教學(xué)組織過(guò)程中，積極采用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)手段，在多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)課程等方面努力探索。統(tǒng)一制作“自動(dòng)化概論”、“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“過(guò)程控制理論”、“計(jì)算機(jī)控制”電子教案和CAI課件，并將授課課件在課程網(wǎng)頁(yè)上，可供學(xué)生課余預(yù)習(xí)、瀏覽、復(fù)習(xí)等。另外，教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、學(xué)習(xí)指導(dǎo)以及教材和參考文獻(xiàn)均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方便查閱。在課程開(kāi)始即公布授課教師的信箱和電話號(hào)碼等聯(lián)系方式，密切授課教師與同學(xué)之間的聯(lián)系，使學(xué)生有問(wèn)題可及時(shí)獲得老師的輔導(dǎo)答疑，也可通過(guò)網(wǎng)上答疑相互交流，打破班級(jí)與時(shí)間的束縛，在平行班級(jí)中實(shí)行聽(tīng)課和答疑共享。

4.教學(xué)改革與教學(xué)研究

精簡(jiǎn)教材和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)組定期進(jìn)行集體備課，加大對(duì)該課程與前后各門(mén)課程之間的銜接研究，避免內(nèi)容上的重復(fù)，使其與其他相關(guān)課程融合為一個(gè)有機(jī)的整體。建設(shè)可用于大多數(shù)工科專(zhuān)業(yè)的“控制理論”平臺(tái)課程。不斷改進(jìn)和完善本課程的新體系結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)其基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、前沿性和系統(tǒng)性；配合新的教材和課程體系，研究并建立配套的新實(shí)驗(yàn)體系，強(qiáng)化自主性、設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性；以MATLAB軟件為基礎(chǔ)，構(gòu)造開(kāi)放式小車(chē)倒立擺綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將分析、設(shè)計(jì)、仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)融為一體；開(kāi)發(fā)先進(jìn)的多媒體課件，將MATLAB平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)融入到教學(xué)過(guò)程中，使教學(xué)更為直觀生動(dòng)，更具趣味性和吸引力；完善了課程網(wǎng)站，完成了課程輔助教材的修改和編寫(xiě)，各類(lèi)題庫(kù)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)功能、遠(yuǎn)程教學(xué)管理系統(tǒng)、虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的擴(kuò)展及網(wǎng)絡(luò)版的開(kāi)發(fā)等；使其真正成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)、師生互動(dòng)、雙向交流的園地；教考分離，采用試題庫(kù)出題，統(tǒng)一考試，流水閱卷，考后進(jìn)行詳細(xì)的試卷分析。

二、實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生能力培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。工科學(xué)生除要掌握一定的工程技術(shù)知識(shí)外，還要有較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力。

1.改革實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，建立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“控制理論”課程的重要組成部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，驗(yàn)證所學(xué)理論，而且對(duì)所學(xué)內(nèi)容能夠提出一些新的見(jiàn)解。為了適應(yīng)教學(xué)改革的需要，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的指導(dǎo)思想是：將傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)與MATLAB環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將基礎(chǔ)理論驗(yàn)證類(lèi)實(shí)驗(yàn)與自主型、綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將基本實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，建立一個(gè)立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，從而滿(mǎn)足不同階段實(shí)踐教學(xué)的需要，為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)提供硬件平臺(tái)。

由于實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容和形式的多元化，大大激發(fā)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新性，學(xué)生可以通過(guò)預(yù)約或上網(wǎng)自主地開(kāi)展多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行理論驗(yàn)證、性能分析和綜合設(shè)計(jì)，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和本課程的學(xué)習(xí)都將起到良好的作用。

課程組織形式與教師指導(dǎo)方法，對(duì)于教學(xué)大綱規(guī)定的必做實(shí)驗(yàn)，由任課教師和實(shí)驗(yàn)教師共同指導(dǎo)完成；對(duì)于設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自己利用課余時(shí)間完成，可以預(yù)約指導(dǎo)教師給予宏觀上的指導(dǎo)。

2.積極開(kāi)展大學(xué)生科研實(shí)訓(xùn)活動(dòng)、參與教師科研項(xiàng)目

引導(dǎo)學(xué)生積極參加大學(xué)生科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，吸引有興趣的學(xué)生參與教師的科研活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)業(yè)和團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生初步的科學(xué)研究能力以及工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)及撰寫(xiě)論文的能力。

三、控制理論專(zhuān)題授課方案

根據(jù)“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”課程大綱的要求，在適當(dāng)時(shí)候，以某一專(zhuān)題講座的方式授課。將各種教材進(jìn)行比較、處理、揉合，組織成各個(gè)專(zhuān)題，以高質(zhì)量、高水平、高效率來(lái)達(dá)到最佳教學(xué)效果。由于專(zhuān)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(shí)在綜合和分析中得到延伸，既提升授課內(nèi)容，使之濃縮為精華，又吸引了學(xué)生的注意力和參與興趣。

四、應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)

開(kāi)發(fā)研制了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件。教學(xué)課件以教材為藍(lán)本，包含簡(jiǎn)明、清晰的授課講義、重點(diǎn)、難點(diǎn)、例題演示、控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真和控制系統(tǒng)分析計(jì)算等內(nèi)容，既有課本內(nèi)容的直接再現(xiàn)，又增加很多有助于講解理論和計(jì)算方法的表現(xiàn)手段。課件以計(jì)算機(jī)為載體，既可用于課堂教學(xué)，又可通過(guò)上網(wǎng)，供學(xué)生進(jìn)行自學(xué)和課后復(fù)習(xí)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(tài)空間法等。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準(zhǔn)確繪制出清晰美觀的畫(huà)面。采用動(dòng)畫(huà)技術(shù)后，圖形的來(lái)龍去脈可用動(dòng)態(tài)演示。計(jì)算機(jī)的圖形演示與教師的講授相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容形象化、具體化和生動(dòng)化，增進(jìn)學(xué)生的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)極大的方便。仿真實(shí)驗(yàn)具有建模方法簡(jiǎn)單、參數(shù)調(diào)整方便、結(jié)果可視性好等優(yōu)點(diǎn)，克服常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)、缺乏變化、元器件制約參數(shù)調(diào)整以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限等不足。在教學(xué)中適當(dāng)介紹并應(yīng)用MATLAB軟件，并設(shè)計(jì)出計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件包，提供一個(gè)方便易用的圖形用戶(hù)界面，將MATLAB控制工具箱的相關(guān)功能集成一體。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開(kāi)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能真正體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。在網(wǎng)絡(luò)中，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)的交互性、檢索性等特點(diǎn)來(lái)選擇自己需要的內(nèi)容進(jìn)行獨(dú)立學(xué)習(xí)。學(xué)生可以在任何時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并且與教師在網(wǎng)上交流，探討問(wèn)題，在教學(xué)中發(fā)揮積極作用。

五、建立科學(xué)、有效的教學(xué)信息回饋

堅(jiān)持洛陽(yáng)理工學(xué)院本科畢業(yè)班所有學(xué)生中，實(shí)施“‘控制理論’相關(guān)課程的學(xué)習(xí)調(diào)查”制度。不定期進(jìn)行相關(guān)問(wèn)卷，包含這門(mén)課程是否易學(xué)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法、是否能學(xué)以致用等幾個(gè)方面的內(nèi)容，充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課的基本情況，為課程改革提供必要的依據(jù)，收到良好的效果。

六、結(jié)束語(yǔ)

在新世紀(jì)中，控制類(lèi)學(xué)科將具有更加光明的前景，控制類(lèi)研究?jī)?nèi)容將具有挑戰(zhàn)性，研究的范圍將更加廣闊，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程的內(nèi)容將不斷地發(fā)展和更新，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)控制類(lèi)課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容改革研究也將進(jìn)一步進(jìn)行下去。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑛.控制理論實(shí)驗(yàn)開(kāi)放式教學(xué)的探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，

4(21):15-17.

[2]黃緣虹，等.從倒立擺裝置的控制策略看控制理論的發(fā)展和應(yīng)用[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，9(18):49-52.

篇3

論文摘要： 對(duì)當(dāng)前自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分析，提出教學(xué)方法和教學(xué)儀器的改革措施。通過(guò)開(kāi)設(shè)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和研制新的教學(xué)儀器，使學(xué)生更好地完成自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。 

 

“自動(dòng)控制理論”課程是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論和基本方法的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課[1]。該課程是一門(mén)重要的測(cè)控類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性，與前續(xù)課程聯(lián)系緊密，知識(shí)面廣，學(xué)生不易理解掌握[2-3]。學(xué)好這門(mén)課程不僅可以為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的掌握打下良好的理論基礎(chǔ)，而且能在今后從事專(zhuān)業(yè)工作時(shí)，直接運(yùn)用它去分析和解決實(shí)際技術(shù)問(wèn)題。對(duì)于工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)理論知識(shí)的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。 

 

1 當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足 

 

長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)被一種固定的模式所束縛，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法呆板，在一定程度上限制了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，難以激發(fā)他們獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的興趣和激情，沒(méi)有體驗(yàn)過(guò)從失敗中自己尋找成功之路的經(jīng)歷，抑制了學(xué)生個(gè)性的發(fā)展，這樣不利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。 

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定 

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)主要是按章節(jié)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)儀器功能固定，實(shí)驗(yàn)只能按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)設(shè)計(jì)好的步驟進(jìn)行, 學(xué)生被束縛在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，對(duì)出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題缺少系統(tǒng)、多角度的分析，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 

1.2 實(shí)驗(yàn)時(shí)間限制 

一般的實(shí)驗(yàn)都要求在實(shí)驗(yàn)室2個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)完成，學(xué)生很難全面深入地把握實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容和方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)原理無(wú)法理性地理解，更別提實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)故障的排解分析，限制了學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，不利于鍛煉學(xué)生的綜合能力。 

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器制約 

實(shí)驗(yàn)儀器過(guò)于固化，儀器設(shè)置上未給學(xué)生留下設(shè)計(jì)性和探究問(wèn)題的空間。儀器組成以理論驗(yàn)證為主，缺少實(shí)際控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學(xué)科發(fā)展而開(kāi)拓新實(shí)驗(yàn)的延伸性。 

1.4 實(shí)驗(yàn)方法落后 

實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平和內(nèi)容更多地滿(mǎn)足于基礎(chǔ)性實(shí)踐環(huán)節(jié)，缺乏系統(tǒng)的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以及缺少在利用多種現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段、方法和工具對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的結(jié)果和現(xiàn)象進(jìn)行深入分析研究方面對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要完成連線操作、數(shù)據(jù)記錄等簡(jiǎn)單的工作。 

 

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn) 

 

針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，摒棄以往按部就班完成指定實(shí)驗(yàn)步驟操作驗(yàn)證形式，按照學(xué)生對(duì)科學(xué)的自然認(rèn)知進(jìn)度設(shè)置靈活變換的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)置按多層次，從簡(jiǎn)到難，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，逐步走向從問(wèn)題出發(fā)的探究、創(chuàng)新。同時(shí)，研究新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，開(kāi)發(fā)配套軟件，保證實(shí)驗(yàn)硬件滿(mǎn)足新環(huán)境下的要求。結(jié)合靈活的教學(xué)儀器改變教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生動(dòng)手的積極性，引導(dǎo)其創(chuàng)新。 

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置 

開(kāi)設(shè)不同層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，既要滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的驗(yàn)證、演示等基本功能，又要激發(fā)學(xué)生的興趣。 

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：根據(jù)給定實(shí)驗(yàn)任務(wù)、方案和步驟，選擇并完成一定數(shù)量基本實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)得到不同結(jié)果，增加思考空間。 

綜合實(shí)驗(yàn)：將各個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合在一起，各課程之間關(guān)聯(lián)內(nèi)容綜合。 

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：以任務(wù)的形式，給定實(shí)驗(yàn)題目，允許學(xué)生按照自己思路選擇設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和研究的方法。 

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：自行命題實(shí)驗(yàn)，將學(xué)生的構(gòu)想通過(guò)儀器現(xiàn)有功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，在探究式學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。 

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn) 

根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求，開(kāi)發(fā)適合本專(zhuān)業(yè)的教學(xué)儀器。儀器具有控制系統(tǒng)需要驗(yàn)證的各種典型環(huán)節(jié)模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊等基本功能，還結(jié)合工程實(shí)際將傳感器引入反饋環(huán)節(jié)，增加執(zhí)行器件，構(gòu)成完整的閉環(huán)系統(tǒng)。避免教學(xué)儀器箱只能完成信號(hào)源作為激勵(lì)，控制環(huán)節(jié)構(gòu)成系統(tǒng)的不足。同時(shí)，儀器上的控制效果通過(guò)便于觀看的形式展示出來(lái)，讓控制過(guò)程可視化。儀器要預(yù)留出擴(kuò)展接口，便于在實(shí)驗(yàn)中添加新的模塊。儀器在結(jié)合計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，又能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)配套軟件要能對(duì)硬件平臺(tái)對(duì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以根據(jù)測(cè)試參量的不同選擇相應(yīng)的傳感器，完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，結(jié)合控制理論完成創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。 

2.3 實(shí)驗(yàn)方法的轉(zhuǎn)變 

1）以學(xué)生為主體，開(kāi)辟新知識(shí)領(lǐng)域，重視實(shí)踐能力的鍛煉；2）培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；3）科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)上，建立系統(tǒng)、科學(xué)且開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，注重課程之間縱向和橫向的聯(lián)系。 

結(jié)合開(kāi)發(fā)的教學(xué)儀器，在實(shí)驗(yàn)方法上除了基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其他實(shí)驗(yàn)按任務(wù)的形式給出，不對(duì)學(xué)生做過(guò)多的限制，留出學(xué)生思考、動(dòng)手、創(chuàng)新的空間。充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數(shù)學(xué)工具matlab編寫(xiě)的程序）在實(shí)驗(yàn)前完成必要的仿真分析，讓實(shí)驗(yàn)有的放矢，理論指導(dǎo)實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)既做到軟硬精密結(jié)合，又能相互獨(dú)立，兩者相輔相成?？朔?dāng)前實(shí)驗(yàn)中儀器平臺(tái)不能脫離計(jì)算機(jī)，配套軟件不能獨(dú)立工作，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)課中有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)的不足，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)軟件可以在任意計(jì)算機(jī)上完成。 

 

3 總結(jié) 

 

對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法3個(gè)方面提出改進(jìn)方法。自動(dòng)控制理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐[5]。結(jié)合當(dāng)前人才培養(yǎng)的趨勢(shì)，理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生實(shí)踐能力，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。 

 

參考文獻(xiàn) 

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篇4

關(guān)鍵詞：電廠高爐 溫度調(diào)節(jié) 自動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（b）-0063-01

電廠作為電力供應(yīng)的生產(chǎn)者，其電力制造的質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程的安全直接關(guān)系到千家萬(wàn)戶(hù)的切身利益，因此對(duì)于電廠現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電裝備的自動(dòng)化控制的要求十分嚴(yán)格。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為典型應(yīng)用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸深入到工礦自動(dòng)化的多個(gè)領(lǐng)域，在一些自動(dòng)化控制水平較高的電廠，已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了電廠機(jī)電裝備的自動(dòng)化控制。高爐是火力電廠生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的機(jī)電裝備，其溫度控制要求十分嚴(yán)格，如何實(shí)現(xiàn)高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，一直是很多火力電廠技術(shù)工程師都著力重點(diǎn)解決的技術(shù)難題之一。本論文主要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，結(jié)合電廠高爐溫度的控制要求，對(duì)其溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究與探討，以期能夠找到面向火力電廠高爐的溫度自動(dòng)控制技術(shù)，并以此和廣大同行分享。

1.高爐溫度自動(dòng)控制概述

（1）高爐溫度調(diào)節(jié)控制功能需求?；鹆﹄姀S采用高爐主要是實(shí)現(xiàn)燃煤產(chǎn)電，為了實(shí)現(xiàn)能源的復(fù)合利用，提高經(jīng)濟(jì)效益，往往還通過(guò)高爐生產(chǎn)一些副產(chǎn)品，這就要求對(duì)于高爐內(nèi)的溫度和壓力都有著嚴(yán)格的控制要求。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，高爐溫度的調(diào)節(jié)往往是采用人工調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)節(jié)方式效率低，精度差，可靠性差，因此逐漸提出了高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的控制要求。要達(dá)到高爐溫度無(wú)人值守控制的效果，就必須要能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)高爐內(nèi)的溫度參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算實(shí)時(shí)控制氣閥或者進(jìn)料閥，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐內(nèi)溫度的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。由于技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的日益復(fù)雜，過(guò)去集中式自動(dòng)化控制模式在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)逐漸暴露出了諸多問(wèn)題與不足，如控制中心負(fù)載過(guò)大，信息傳輸效率較低，系統(tǒng)兼容性較差等等；而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)則很好的克服了上述問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)總線能夠結(jié)合具體的被控對(duì)象合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和終端均有著可靠的集成性和兼容性，因此將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于火力發(fā)電廠高爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，是完全可行的。

2.基于現(xiàn)場(chǎng)總線的高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制技術(shù)應(yīng)用探討

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，其功能主要包含以下幾個(gè)方面：（1）在線監(jiān)測(cè)。（2）數(shù)據(jù)查詢(xún)。（3）生成報(bào)表與統(tǒng)計(jì)分析。（4）超限報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制。

2.2系統(tǒng)層次架構(gòu)

高爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)主要由以下四個(gè)系統(tǒng)層構(gòu)成。

（1）傳感儀表層。為了實(shí)現(xiàn)高爐溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制，必須選用合適的傳感器對(duì)高爐內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，溫度傳感器采用4-20 mA電流信號(hào)作為傳輸介質(zhì)，將模擬量信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊中。

（2）數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集模塊接收傳感器傳送過(guò)來(lái)的模擬量信號(hào)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳輸，直至傳輸?shù)街醒肟刂剖业腜C終端。

（3）PC終端。PC終端通過(guò)專(zhuān)用的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐的溫度變量的實(shí)時(shí)顯示，并提供友好的人機(jī)交互界面，完成數(shù)據(jù)的查詢(xún)、存儲(chǔ)和報(bào)表統(tǒng)計(jì)等管理功能。

（4）驅(qū)動(dòng)執(zhí)行層。當(dāng)被監(jiān)測(cè)的高爐溫度過(guò)低或過(guò)高或者異常超限時(shí)，由PC終端發(fā)出相應(yīng)的控制指令，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)控制指令的放大和執(zhí)行，輸出到動(dòng)作執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的報(bào)警動(dòng)作或聯(lián)動(dòng)控制動(dòng)作。動(dòng)作執(zhí)行器主要由氣閥和進(jìn)料閥構(gòu)成，氣閥的開(kāi)度可以降低高爐內(nèi)的溫度，進(jìn)料閥的開(kāi)度可以提高高爐內(nèi)的溫度，它們通過(guò)接收來(lái)自PC終端發(fā)出的控制指令，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大轉(zhuǎn)變?yōu)殚y門(mén)調(diào)節(jié)的開(kāi)度大小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的高爐溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)，采用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，以提高人機(jī)交互系統(tǒng)的直觀性。該組態(tài)軟件可以采用當(dāng)前市場(chǎng)上主流的組態(tài)軟件，例如wINCC，組態(tài)王等專(zhuān)業(yè)工控自動(dòng)化組態(tài)軟件，也可以采用VB、VC等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。由于該自動(dòng)控制系統(tǒng)僅僅是對(duì)高爐的溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示，因此軟件開(kāi)發(fā)的工作量并不是很大，下面結(jié)合組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)分析軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本流程。

（1）系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。一個(gè)好的軟件系統(tǒng)必然有著良好的人機(jī)交互性，而這離不開(kāi)系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)，因此要結(jié)合高爐的溫度控制選取合適的圖像圖形，提高軟件的可觀性。

（2）系統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)計(jì)。由于軟件系統(tǒng)既要顯示溫度數(shù)據(jù)，還要提供數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史曲線等其他數(shù)據(jù)管理功能，就需要提供良好的頁(yè)面之間的導(dǎo)航切換功能。

（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件或者說(shuō)自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件都離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，可以選用軟件自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，也可以采用第三方數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，但是都必須要能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)源。

（4）系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)。出于對(duì)系統(tǒng)管理的安全性考慮，必須要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理涉及，包括用戶(hù)認(rèn)證，數(shù)據(jù)權(quán)限管理等等，這些都需要進(jìn)行系統(tǒng)的管理功能的界定與設(shè)計(jì)。

篇5

關(guān)鍵詞：控制理論；系統(tǒng)化；比較教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）21-0042-02

控制理論是自動(dòng)化及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要核心專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我院”）自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，控制理論所授主要內(nèi)容為以經(jīng)典控制論為核心的“自動(dòng)控制原理”和以卡爾曼的狀態(tài)空間分析法為核心的“現(xiàn)代控制理論”。

其中，“自動(dòng)控制原理”是研究控制系統(tǒng)的一般規(guī)律，并為系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論和方法的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)核心課程。該課程又是“現(xiàn)代控制理論”“過(guò)程控制系統(tǒng)”“運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”“智能控制”等許多后續(xù)課程的基礎(chǔ)。而作為其后續(xù)課程的“現(xiàn)代控制理論”仍作為碩士研究生“線性系統(tǒng)理論”與“最優(yōu)控制”等學(xué)位課程的基礎(chǔ)。這兩門(mén)課程理論性強(qiáng)，概念多且雜，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高。而我院作為一個(gè)三本院校，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生相比較一本和二本的學(xué)生而言，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較為薄弱，故學(xué)好這兩門(mén)課對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要且具有一定的難度。

而教好上述兩門(mén)課程也是教師必須思考和解決的重要問(wèn)題。筆者經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，摸索出一套比較適合三本院校學(xué)生的系統(tǒng)化教學(xué)方法，致力于培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀，進(jìn)行了一些嘗試，且取得了一定的效果。

一、工程背景系統(tǒng)性

任何一種理論的產(chǎn)生都有其歷史背景，都是在實(shí)踐中產(chǎn)生的。自動(dòng)控制技術(shù)萌芽在18世紀(jì)，在第一次世界工業(yè)革命期間，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器，一種憑借直覺(jué)的實(shí)證性發(fā)明。飛球調(diào)節(jié)器有時(shí)使蒸汽機(jī)速度出現(xiàn)大幅度振蕩，其他自動(dòng)控制系統(tǒng)也有類(lèi)似現(xiàn)象。

由于當(dāng)時(shí)還沒(méi)有自控理論，所以不能從理論上解釋這一現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，盲目探索了大約一個(gè)世紀(jì)之久。1868年英國(guó)麥克斯韋爾的“論調(diào)速器”論文指出：不應(yīng)單獨(dú)研究飛球調(diào)節(jié)器，必須從整個(gè)系統(tǒng)分析控制的不穩(wěn)定。麥克斯韋爾的這篇著名論文被公認(rèn)為自動(dòng)控制理論的開(kāi)端，接著就進(jìn)入了經(jīng)典控制理論發(fā)展的孕育期。1875年，英國(guó)勞斯提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。1895年，德國(guó)赫爾維茲提出代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)。1892年，俄國(guó)李雅普諾夫提出穩(wěn)定性定義和兩個(gè)穩(wěn)定判據(jù)。1932年，美國(guó)奈奎斯特提出奈氏穩(wěn)定判據(jù)。戰(zhàn)中自動(dòng)火炮、雷達(dá)、飛機(jī)以及通訊系統(tǒng)的控制研究直接推動(dòng)了經(jīng)典控制的發(fā)展。1948年，維納出版《控制論》，形成完整的經(jīng)典控制理論，標(biāo)志控制學(xué)科的誕生。維納成為控制論的創(chuàng)始人。

經(jīng)典控制理論的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立、時(shí)域分析法、頻率特性法、根軌跡法、系統(tǒng)綜合與校正、非線性系統(tǒng)和采樣控制系統(tǒng)分析法等。

從四十年代到五十年代末，經(jīng)典控制理論的發(fā)展與應(yīng)用使整個(gè)世界的科學(xué)水平出現(xiàn)了巨大的飛躍，幾乎在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸及國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域都廣泛采用了自動(dòng)化控制技術(shù)（可以說(shuō)工業(yè)革命和戰(zhàn)爭(zhēng)促使了經(jīng)典控制理論的發(fā)展）。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不僅需要迅速地發(fā)展控制理論，而且也給現(xiàn)代控制理論的發(fā)展準(zhǔn)備了兩個(gè)重要的條件――現(xiàn)代數(shù)學(xué)和數(shù)字計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析、現(xiàn)代代數(shù)等，為現(xiàn)代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用的平臺(tái)。[1]

在二十世紀(jì)五十年代末，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)了核能技術(shù)、空間技術(shù)的發(fā)展，并且為多輸入多輸出系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)提供了新的手段。

五十年代后期，貝爾曼（Bellman）等人提出了狀態(tài)分析法，在1957年提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃。1959年卡爾曼（Kalman）和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地應(yīng)用了狀態(tài)空間法，并提出了可控性和可觀測(cè)性的新概念。

由上面的歷史背景介紹可以看出，現(xiàn)代控制理論是在自動(dòng)控制理論的基礎(chǔ)上發(fā)展得到的，盡管兩種理論在方法和思路上有顯著的不同，但是在教授的時(shí)候不能將兩者視為單獨(dú)的個(gè)體。筆者每次在緒論部分都會(huì)系統(tǒng)化地講解理論的產(chǎn)生，以讓學(xué)生對(duì)兩門(mén)課程形成一個(gè)初步的比較清晰的認(rèn)識(shí)。

二、理論教學(xué)的系統(tǒng)性

在這兩門(mén)課程的理論教學(xué)過(guò)程中，雖然涉及到的知識(shí)點(diǎn)有差異，但是經(jīng)筆者研究，在具體教學(xué)中，兩門(mén)課程的教學(xué)有些許共性，比如說(shuō)兩門(mén)課程的教學(xué)流程就基本一致。如圖1所示：相對(duì)于現(xiàn)代控制原理而言，自動(dòng)控制原理理論推導(dǎo)較少，同時(shí)其工科背景較強(qiáng)，實(shí)例較多。在學(xué)習(xí)之初，可先幫助學(xué)生搭建起分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的基本框架，形成一個(gè)較為初步的系統(tǒng)觀。

自動(dòng)控制原理分析問(wèn)題的核心是數(shù)學(xué)建模，穩(wěn)定性判斷和性能指標(biāo)的計(jì)算，[2]主要分析方法是時(shí)域分析法、頻域分析法和根軌跡分析法。時(shí)域分析法直觀易懂，頻域分析法是自動(dòng)控制原理的核心，根軌跡分析法在目前的工程實(shí)踐中已用的很少，在學(xué)時(shí)有限的情況下可略講。在實(shí)際講解的過(guò)程中，要合理安排學(xué)時(shí)，適當(dāng)加快時(shí)域分析法的講授，略講根軌跡分析法，重點(diǎn)講解頻域分析法及系統(tǒng)校正。

現(xiàn)代控制理論包含了大量的理論概念機(jī)數(shù)學(xué)公式，在實(shí)際講授中，應(yīng)弱化理論推導(dǎo)，在教學(xué)過(guò)程中可結(jié)合倒立擺工程實(shí)例，從建模、穩(wěn)定性分析、能控能觀性分析、極點(diǎn)配置到狀態(tài)反饋，形成一個(gè)較為完整的分析過(guò)程。[3]

總而言之，在講解的過(guò)程中，注重引言，初步建立系統(tǒng)觀，結(jié)合實(shí)例，比較異同，突出重難點(diǎn)，最后再通過(guò)總結(jié)強(qiáng)化各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。[4]

三、實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)性

1.重視實(shí)驗(yàn)，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)化[5]

以往，控制理論的實(shí)驗(yàn)課和理論課教學(xué)是獨(dú)立的，理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師各行其道，相互交流匱乏。目前，學(xué)院已明確提出，理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的一致性，理論課教師必須參與進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)手段要豐富、系統(tǒng)。

2.實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)和仿真教學(xué)的系統(tǒng)化

首先在實(shí)驗(yàn)箱上搭建模擬電路，利用信號(hào)發(fā)生器、示波器等測(cè)量波形和數(shù)據(jù)。同時(shí)引入MATLAB仿真，先引出數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB強(qiáng)大的系統(tǒng)工具箱分析并繪制各種相應(yīng)曲線，利用Simulink工具箱進(jìn)行校正和狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)。[6]最后，對(duì)比電路測(cè)試波形和仿真結(jié)果，可讓學(xué)生深入了解理論和實(shí)際參數(shù)之間的差異，進(jìn)而尋找原因，加深理解。

四、今后教學(xué)方向

在今后的教學(xué)過(guò)程中，可進(jìn)一步加強(qiáng)比較，加強(qiáng)學(xué)生的系統(tǒng)觀，并且嘗試遷移到其他相關(guān)學(xué)科，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)整個(gè)學(xué)科的理解。

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篇6

關(guān)鍵詞：智能洗浴控制系統(tǒng)；微處理器STM32；溫度傳感器DS18B20；行程開(kāi)關(guān)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）03-0647-03

隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越追求享受、簡(jiǎn)潔、方便的生活，尤其渴望有一個(gè)舒適、便捷的家[1]，洗浴系統(tǒng)是其中很重要的組成部分。目前，太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)十分普遍，該控制系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)需要的水溫與太陽(yáng)能熱水器自身的水溫差值，自動(dòng)調(diào)節(jié)出水閥門(mén)的正反轉(zhuǎn)，控制出熱水、涼水的量，從而得到用戶(hù)理想的溫度?；诖?，論文基于32位ARM微處理器STM32設(shè)計(jì)了一款智能洗浴控制系統(tǒng)，系統(tǒng)具有以下功能和特點(diǎn)：

1）系統(tǒng)可以人為或根據(jù)不同季節(jié)時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)水溫，微處理器會(huì)根據(jù)各種影響因素來(lái)決定出水的溫度。

2）系統(tǒng)在微處理器內(nèi)嵌入uC/OS-II操作系統(tǒng)，解決了步進(jìn)操作與顯示之間的沖突。

3）采用了32位微處理器STM32作為主控芯片，并且采用操作簡(jiǎn)單的溫度傳感器18B20，考慮到浴室環(huán)境而采用的數(shù)碼管顯示。

4） 利用簡(jiǎn)單易控的行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上水，當(dāng)太陽(yáng)能熱水器內(nèi)水面低于設(shè)定的最低水面時(shí)自動(dòng)上水，達(dá)到最高水面時(shí)停止供水。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)智能洗浴系統(tǒng)功能特點(diǎn)設(shè)計(jì)了水溫自動(dòng)控制、上水自動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 溫度采集電路

溫度傳感器芯片采用美國(guó)DALLAS公司推出的小體積，硬件開(kāi)銷(xiāo)低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的DS18B20，工作電源為3—5V，與STM32連接只需一條數(shù)據(jù)線測(cè)溫范圍-55℃—+125℃，因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)從而可以支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能[2]。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸線18B20DQ與微處理器的PA0引腳相連，如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)顯示

為顯示系統(tǒng)的時(shí)間和浴室溫度等數(shù)據(jù)并考慮到浴室霧氣多的特點(diǎn)而采用7段數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間和水溫，數(shù)碼管段選與STM32的PB0～PB7相連，位選利用3-8譯碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)

為實(shí)現(xiàn)水流的控制采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制出水閥和上水閥，微處理器通過(guò)比較系統(tǒng)初始化溫度和18B20采集溫度的大小判斷出水閥是正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，并向驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)出不同信號(hào)，出水閥步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)向外排熱水，反轉(zhuǎn)向外排涼水；上水閥步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)打開(kāi)上水閥向太陽(yáng)能熱水器供水，反轉(zhuǎn)關(guān)閉停止供水。由于本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓為12V與微處理器電壓不兼容，故采用了UDN2916驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)[4]。電路如圖3所示，PH1、PH2、IO1、IO2、Il1、Il2分別與STM32的PC0、PC1、PC2、PC4、PC3、PC5相連實(shí)現(xiàn)控制，右側(cè)M-/A、M-A、M-/B、M-B為四線雙極性步進(jìn)電機(jī)接口。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)，本系統(tǒng)軟件由初始化、時(shí)間溫度采集、水位檢測(cè)、顯示、步進(jìn)模塊組成。主程序調(diào)用各模塊實(shí)現(xiàn)智能洗浴系統(tǒng)的控制。初始化模塊主要初始化各串口、引腳、傳感器、中斷以及初始溫度設(shè)置等的數(shù)據(jù)；時(shí)間模塊就是利用STM32的RTC模塊來(lái)記當(dāng)前時(shí)間；溫度采集模塊對(duì)18B20發(fā)送命令讀取傳感器的溫度并傳回微處理器；水位監(jiān)測(cè)模塊接收行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)到水位高低發(fā)送信號(hào)回STM32；顯示模塊將采集回的時(shí)間溫度數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)；步進(jìn)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。程序流程圖如圖4所示。

4 測(cè)試結(jié)果

如上完成系統(tǒng)電路連接以及系統(tǒng)程序的編寫(xiě)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了功能測(cè)試。

4.1 系統(tǒng)時(shí)間顯示

如圖5為系統(tǒng)時(shí)間的顯示，時(shí)間顯示正常。

4.2 溫度顯示

測(cè)試溫度顯示如圖6所示。圖6-1左側(cè)為實(shí)際水溫，右側(cè)為初始溫度或人為設(shè)定的需求溫度，設(shè)置溫度大于實(shí)際水溫，微處理器做出判斷，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)出熱水以達(dá)到設(shè)定溫度，與系統(tǒng)設(shè)定的功能相符。

圖6-2左側(cè)實(shí)際水溫大于右側(cè)設(shè)定水溫，微處理器做出判斷，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)出涼水以達(dá)到設(shè)定溫度，與系統(tǒng)設(shè)定功能相符。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著信息化、智能化的發(fā)展，家居的智能化將會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)。論文利用ARM微處理器STM32設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水溫的檢測(cè)采集并經(jīng)過(guò)與設(shè)定溫度的對(duì)比自動(dòng)調(diào)節(jié)出水溫度，并根據(jù)不同時(shí)間初始化不同的初始溫度；利用行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)供水、停供水功能，對(duì)嵌入式自動(dòng)洗浴控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 李鋼.1 Wire總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（21）.

篇7

論文關(guān)鍵詞：熱釋電，紅外傳感器，信號(hào)處理，開(kāi)關(guān)電路

 　1引言

 

目前的照明控制應(yīng)用最多的還是幾年前出現(xiàn)的聲光控延時(shí)燈具和開(kāi)關(guān)。這種燈具和開(kāi)關(guān)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了人來(lái)燈亮，人走燈滅，目前已成為照明開(kāi)關(guān)的主流產(chǎn)品。這種產(chǎn)品在某種程度上說(shuō)確實(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，但同時(shí)也給人們的生存環(huán)境造成了一定的破壞。由于產(chǎn)品本身性能的限制，這種聲光控?zé)艟吆烷_(kāi)關(guān)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)需要（超過(guò)60分貝）聲音的配合開(kāi)關(guān)電路，這就給大眾需要的安靜環(huán)境造成一定的噪聲污染。

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，這種聲光控?zé)艟吆烷_(kāi)關(guān)已慢慢不能滿(mǎn)足人們的需要，這就要求更加節(jié)能和環(huán)保的自動(dòng)照明控制產(chǎn)品的出現(xiàn)。人體紅外傳感照明開(kāi)關(guān)控制電路是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制電路，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，專(zhuān)用傳感器探測(cè)到人體紅外光譜的變化，自動(dòng)接通負(fù)載，人不離開(kāi)感應(yīng)范圍，將持續(xù)接通；人離開(kāi)后，延時(shí)自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載。它的出現(xiàn)彌補(bǔ)了聲光控技術(shù)的缺陷，它的自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)不需要聲音和其他會(huì)給環(huán)境造成影響的條件的配合，而是人走過(guò)時(shí)身體向外界散發(fā)紅外熱量最終實(shí)現(xiàn)它的自動(dòng)控制功能。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節(jié)能，更顯示出人性化關(guān)懷，同時(shí)因?yàn)樗歉袘?yīng)人體熱量控制開(kāi)關(guān)，所以避免了無(wú)效電能的損耗，達(dá)到節(jié)能效果。

2設(shè)計(jì)思路及要求

利用BISS0001作為信號(hào)處理芯片。

利用熱釋電紅外傳感器探測(cè)移動(dòng)人體。

通過(guò)對(duì)一定環(huán)境的監(jiān)測(cè),能在相應(yīng)的條件下對(duì)移動(dòng)的人體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

檢測(cè)到人體移動(dòng)時(shí)繼電器能及時(shí)閉合，使LED驅(qū)動(dòng)器打開(kāi)，LED開(kāi)始發(fā)光。無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，繼電器斷開(kāi)，LED驅(qū)動(dòng)器斷路。

能通過(guò)市電直接給系統(tǒng)供電而不需要干電池。

探測(cè)距離2～3米。

探測(cè)角度：水平70°，垂直70°。

3系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用BISS0001芯片作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，將整個(gè)電路分為芯片供電電源（包括降壓取電線路、單線取電線路與穩(wěn)壓電路）、開(kāi)關(guān)控制線路、熱釋電傳感器、信號(hào)處理、負(fù)載（LED驅(qū)動(dòng)器）電路等功能模塊免費(fèi)論文下載。圖1給出該系統(tǒng)的總體框圖。其工作原理就是：在測(cè)量范圍內(nèi)無(wú)人活動(dòng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)電路除BISS0001芯片及熱釋電傳感器外都停止工作，芯片供電電源是通過(guò)電容降壓電路取得。當(dāng)有人活動(dòng)時(shí)，熱釋電傳感器接收到信號(hào)經(jīng)BISS0001芯片處理放大送到開(kāi)關(guān)控制電路，電容降壓電路斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電路，芯片電源靠變換器產(chǎn)生電路取得，延時(shí)一段時(shí)間后，在進(jìn)行熱釋電傳感器檢測(cè)。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

4.硬件電路的實(shí)現(xiàn)

硬件電路是通過(guò)熱釋電紅外傳感器探測(cè)人體的活動(dòng)，通過(guò)BISS0001處理信號(hào)，然后通過(guò)三極管控制繼電器工作，最后達(dá)到控制LED燈的目的[6][5]。其具體電路如圖2所示。

電路分析：傳感信號(hào)放大電路采用現(xiàn)有的技術(shù)，具體是以集成電路BISS0001為核心組建的電路，主要有電阻R1~R6、R10~R12、電容器C1~C4、C8~C10和二極管D2~D4構(gòu)成，R12與C4組成開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間的控制。開(kāi)關(guān)控制線路由雙向可控硅Q1、電阻R9和電容C12構(gòu)成。熱釋電紅外傳感感器P1的輸出端與集成電路BIS0001的信號(hào)輸入端，即14腳連接，降壓取電線路的輸出端與集成電路BISS0001的電源輸入端，即1腳連接，開(kāi)關(guān)控制線路的輸入端，即雙向可控硅Q1的控制極通過(guò)電阻R9與集成電路BISS0001的控制信號(hào)輸出端2腳連接，負(fù)端LED驅(qū)動(dòng)器在雙向可控硅Q1的第一陽(yáng)極與220V的交流電之間。

單線取電線路為升壓變壓器T1，變壓器T1的初級(jí)的一端與雙向可控硅Q1的第二陽(yáng)極連接，另一端接地，變壓器T1的次級(jí)與穩(wěn)壓線路的輸入端連接。

穩(wěn)壓線路有整流器、濾波器和穩(wěn)壓集成電路組成，電路中整流器為二極管橋式整流器BR1，濾波器為電容器C14、C15，穩(wěn)壓集成電路為X7805，橋式整流器BR1的輸入端與變壓器T1的次級(jí)連接，輸出端與地線之間并聯(lián)濾波電容器C14、C15，并與X7805的輸入端連接，X7805的輸出端與集成電路BIS0001的電源輸入端，即1腳連接。

不同的傳感信號(hào)放大電路有可能要求的電源電壓之間，因此與之匹配的單線取電線路（即變壓器T1）和穩(wěn)壓線路特別是其中的穩(wěn)壓集成電路X7805，應(yīng)根據(jù)需要提供的電壓選用。單線取電線路的輸入端與開(kāi)關(guān)控制線路路中的雙向可控硅的第二陽(yáng)極連接開(kāi)關(guān)電路，輸出端與穩(wěn)壓線路的輸入端連接。

圖2 單線接入紅外感應(yīng)電路原理圖

5 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)對(duì)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，單線接入紅外感應(yīng)電路在檢測(cè)到的范圍內(nèi)，能夠迅速地把熱釋電紅外傳感器檢測(cè)到的信號(hào)送到BISS0001中進(jìn)行處理，并控制雙向可控硅Q1使LED驅(qū)動(dòng)電路迅速的導(dǎo)通。在無(wú)人的條件下，光源斷開(kāi)的節(jié)能效果。

該系統(tǒng)是單路控制紅外感應(yīng)電路，可以增加其穩(wěn)定性；變壓器可以把體積變得更小，延時(shí)更精確。其優(yōu)點(diǎn)：被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，可以串聯(lián)進(jìn)220v電路中，價(jià)格低廉。由于BISS0001芯片的特殊設(shè)計(jì)，對(duì)噪聲抗干擾能力強(qiáng)，技術(shù)性能穩(wěn)定，較易推廣、普及。

缺點(diǎn)：容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈。

參考文獻(xiàn)

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篇8

論文摘要：自動(dòng)控制原理課程不僅是控制類(lèi)專(zhuān)業(yè)而且是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。主要介紹了自動(dòng)控制原理課程建設(shè)與改革的實(shí)踐和體會(huì)。總結(jié)了教學(xué)、教改工作中所取得的成果，提出了一些具體做法和措施，著重對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系的整合和優(yōu)化以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與實(shí)驗(yàn)組織方式進(jìn)行了討論，旨在突出教學(xué)重點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐證明，效果良好，并對(duì)該課程的進(jìn)一步改革提出了一些設(shè)想。

引言

自動(dòng)控制理論發(fā)展的歷史并不長(zhǎng)，從二十世紀(jì)三十年代開(kāi)始，不過(guò)幾十年的發(fā)展，而真正進(jìn)入高等學(xué)校課程還是二十世紀(jì)五六十年代。它的出現(xiàn)給高等教育注入了新的活力，目前這門(mén)理論課程已是控制類(lèi)和電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一，是一門(mén)知識(shí)覆蓋面廣、課程內(nèi)容多、更新發(fā)展快且應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，該課程對(duì)學(xué)生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。

1改革教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量

隨著控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，新的控制方法和控制手段也越來(lái)越多，為了適應(yīng)時(shí)代要求，根據(jù)本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，我們對(duì)自動(dòng)控制課程的內(nèi)容進(jìn)行了重新整合，選用優(yōu)秀教材，制定了新的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱和考核大綱。適時(shí)地把一些新內(nèi)容、新的教學(xué)成果、應(yīng)用實(shí)例融合到教學(xué)內(nèi)容中，做到課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性和先進(jìn)性相結(jié)合，把握經(jīng)典與現(xiàn)代、本課程與其他相關(guān)課程內(nèi)容的關(guān)系處理。大幅度減少了學(xué)時(shí)數(shù)，將經(jīng)典控制理論與現(xiàn)代控制理論結(jié)合起來(lái)講授，重點(diǎn)講解控制理論的基本知識(shí)及應(yīng)用，理清思路，了解方法，增強(qiáng)系統(tǒng)性。

自動(dòng)控制原理的教學(xué)內(nèi)容有一條主線：系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圍繞這條主線，把教學(xué)內(nèi)容劃分為六大塊：自動(dòng)控制的一般概念、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、采樣控制系統(tǒng)的分析和非線性系統(tǒng)的分析。對(duì)于系統(tǒng)分析是重點(diǎn)講解部分，介紹了各種分析方法：時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域分析法，狀態(tài)空間法等，進(jìn)行有關(guān)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析，以及能控性和能觀性分析；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一重點(diǎn)部分的講解中，介紹了根軌跡設(shè)計(jì)法、頻域設(shè)計(jì)法和狀態(tài)控制設(shè)計(jì)法，與系統(tǒng)分析相呼應(yīng)，使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，圍繞“系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)”這條主線進(jìn)行，做到舉一反三，從而對(duì)自動(dòng)控制理論有一個(gè)完整清晰的理解。

在分析設(shè)計(jì)這個(gè)主線下，以穩(wěn)定性指標(biāo)為輔線。在各個(gè)有關(guān)章節(jié)的小結(jié)中對(duì)穩(wěn)定性都予以重點(diǎn)討論，通過(guò)對(duì)各種穩(wěn)定性判斷方法的分析，把前后的知識(shí)點(diǎn)加以銜接聯(lián)系，并綜合應(yīng)用。

在講清系統(tǒng)物理概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合課程內(nèi)容，引入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段。將Matlab軟件在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用引人課堂教學(xué)，在諸多課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)了Matlab仿真演示，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)抽象理論的感性認(rèn)識(shí)，收到了良好的教學(xué)效果。

為體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性、科學(xué)性和前沿性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)目前控制理路研究的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)作一些簡(jiǎn)要介紹，如模糊控制、智能控制等。

2改革教學(xué)方法，提升教學(xué)手段

自動(dòng)控制原理對(duì)學(xué)生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運(yùn)用能力、數(shù)—形結(jié)合能力有一定的要求，并需具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中經(jīng)常會(huì)感到困難而產(chǎn)生畏難情緒，影響學(xué)習(xí)效果。因此，改革傳統(tǒng)教學(xué)方法和教學(xué)手段，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，是課程改革的重中之重

2．1采用現(xiàn)代教育技術(shù)與手段提高教學(xué)效果

在以信息、知識(shí)爆炸為特征的今天，傳統(tǒng)的教學(xué)手段以不能適應(yīng)時(shí)代的需要，教學(xué)手段的改革勢(shì)在必行。在《自動(dòng)控制原理》課的多媒體教學(xué)實(shí)踐中，我們努力探索如何使多媒體這一先進(jìn)的教學(xué)手段更好地服務(wù)于課堂教學(xué)。開(kāi)發(fā)了《自動(dòng)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(shū)相結(jié)合的教學(xué)方法，既充分利用了多媒體教學(xué)的生動(dòng)、逼真、容量大的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了板書(shū)教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，這一方法取得了良好的教學(xué)效果，受到了學(xué)生的認(rèn)可，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高起了一定的積極作用。

2．2加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力

注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的原則，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解，僅僅通過(guò)課堂講解還很不夠，必須通過(guò)實(shí)踐教學(xué)這一環(huán)節(jié)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)。

實(shí)踐教學(xué)是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的重要途徑，在教改過(guò)程中，我們加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，徹底改造了原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開(kāi)發(fā)了綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)，目的在于通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用控制理論的方法解決實(shí)際問(wèn)題、將實(shí)際問(wèn)題抽象為理論問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)只提目標(biāo)和要求，沒(méi)有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)電路圖。學(xué)生根據(jù)個(gè)人情況自主選擇難度等級(jí)不同的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)搭建和調(diào)試，記錄原始數(shù)據(jù)和圖形，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。所有這些都極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，鞏固了課程理論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，使其觀察、分析和解決問(wèn)題的能力都有很大的提高。

為了加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，在教學(xué)過(guò)程中還增加了課程設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解到了Matlab軟件在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，加深學(xué)生對(duì)(lf動(dòng)控制原理》這門(mén)課程的基本概念，基本的分析方法及設(shè)計(jì)方法的理解。

3以教學(xué)推動(dòng)科研，以科研促進(jìn)教學(xué)

對(duì)于普通高等教育來(lái)說(shuō)，教學(xué)固然重要。科研也不可以忽視。教學(xué)和科研是相輔相成的兩個(gè)方面，兩者不可分割。從自動(dòng)控制理論來(lái)講，它近幾十年才建立起來(lái)，與工程實(shí)際聯(lián)系較廣，特別是在發(fā)展過(guò)程中，數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)起了很大的作用，成為控制理論的重要工具。因此可以說(shuō)，控制理論是工程與數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)相互作用的前沿。在教學(xué)中講授理論知識(shí)的同時(shí)，可以增加一些與科研結(jié)合的內(nèi)容，如在同學(xué)中選一些成績(jī)較好，對(duì)科研又有一定興趣的同學(xué)，參加有關(guān)教師的科研項(xiàng)目，也可為學(xué)生科技活動(dòng)中心提供一些課題，指導(dǎo)學(xué)生參與科研。這樣，一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，另方面，也可為科研活動(dòng)的開(kāi)展打好基礎(chǔ)。學(xué)生通過(guò)參與科研，學(xué)習(xí)興趣更加濃厚了，求知的欲望更強(qiáng)了。

4下一步改革設(shè)想

該課程的教學(xué)改革已在我校實(shí)施。取得了良好的教學(xué)效果，學(xué)生的基本知識(shí)、專(zhuān)業(yè)能力、實(shí)踐技能乃至學(xué)習(xí)興趣等。都較以往有較大的提高。教學(xué)改革的路子還很長(zhǎng)。尚需繼續(xù)探索和實(shí)踐，使之不斷完善，下一步改革的設(shè)想有四點(diǎn)：

(1)從課程的實(shí)際及教學(xué)規(guī)律出發(fā)，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐技能為宗旨，真正探索出一種新的實(shí)踐教育模式。

篇9

關(guān)鍵詞：人工智能，電氣，自動(dòng)化控制

 

人類(lèi)智能主要要包括三個(gè)力面，即感知能力，思維能力，行為能力，而人工智能是指由人類(lèi)制造出來(lái)的“機(jī)器”所表現(xiàn)出來(lái)的智能。人工智能主要包括感知能力、思維能力和行為能力。人工智能是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類(lèi)智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器。該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專(zhuān)家系統(tǒng)等。電氣自動(dòng)化是研究與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開(kāi)發(fā)以及電子與計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的一門(mén)學(xué)科。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。

1人工智能應(yīng)用理論分析

人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫(xiě)為AI。它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是門(mén)邊沿學(xué)科，屬于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉。涉及哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、不定性論，其研究范疇為自然語(yǔ)言處理，知識(shí)表現(xiàn)，智能搜索，推理，規(guī)劃，機(jī)器學(xué)習(xí)，知識(shí)獲取，感知問(wèn)題，模式識(shí)別，邏輯程序設(shè)計(jì)，軟計(jì)算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜系統(tǒng)，遺傳算法等，應(yīng)用于智能控制，機(jī)器人學(xué)，語(yǔ)言和圖像理解，遺傳編程。

當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活的方方面面，計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動(dòng)化生產(chǎn)、運(yùn)輸、傳播的快速發(fā)展。人腦是最精密的機(jī)器，編程也不過(guò)是簡(jiǎn)單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋，所以模仿模擬人腦的機(jī)能將是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要途徑。電氣自動(dòng)化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。

2人工智能控制器的優(yōu)勢(shì)

不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去討論。但AI控制器例如:神經(jīng)、模糊、模糊神經(jīng)以及遺傳算法都可看成一類(lèi)非線性函數(shù)近似器。這樣的分類(lèi)就能得到較好的總體理解，也有利于控制策略的統(tǒng)一開(kāi)發(fā)。這些AI函數(shù)近似器比常規(guī)的函數(shù)估計(jì)器具有更多的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)如下

（1）它們的設(shè)計(jì)不需要控制對(duì)象的模型（在許多場(chǎng)合，很難得到實(shí)際控制對(duì)象的精確動(dòng)態(tài)方程，實(shí)際控制對(duì)象的模型在控制器設(shè)計(jì)時(shí)往往有很多不確實(shí)性因素。例如:參數(shù)變化，非線性時(shí)，往往不知道。)

（2）通過(guò)適當(dāng)調(diào)整（根據(jù)響應(yīng)時(shí)間、下降時(shí)間、魯棒性能等)它們能提高性能。例如:模糊邏輯控制器的上升時(shí)間比最優(yōu)PID控制器快1.5倍，下降時(shí)間快3.5倍。

(3)它們比古典控制器的調(diào)節(jié)容易。

(4)在沒(méi)有必須專(zhuān)家知識(shí)時(shí)，通過(guò)響應(yīng)數(shù)據(jù)也能設(shè)計(jì)它們。

(5)運(yùn)用語(yǔ)言和響應(yīng)信息可能設(shè)計(jì)它們。論文格式，自動(dòng)化控制。。

(6)它們有相當(dāng)好的一致性(當(dāng)使用一些新的未知輸入數(shù)據(jù)就能得到好的估計(jì))，與驅(qū)動(dòng)器的特性無(wú)關(guān)。論文格式，自動(dòng)化控制?！，F(xiàn)在沒(méi)有使用人工智能的控制算法對(duì)特定對(duì)象控制效果非常好，但對(duì)其他控制對(duì)象效果就不會(huì)一致性地好，因此對(duì)具體對(duì)象必須具體設(shè)計(jì)。

3人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀

(1)優(yōu)化設(shè)計(jì)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，它不僅要應(yīng)用電路、電磁場(chǎng)、電機(jī)電器等學(xué)科的知識(shí)，還要大量運(yùn)用設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)手段和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用手工的方式進(jìn)行的。因此，很難獲得最優(yōu)方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)從手工逐漸轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。人工智能的引進(jìn)，使傳統(tǒng)的CAD技術(shù)如虎添翼，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率及質(zhì)量得到全面提高。

用于優(yōu)化設(shè)計(jì)的人工智能技術(shù)主要有遺傳算法和專(zhuān)家系統(tǒng)。遺傳算法是一種比較先進(jìn)的優(yōu)化算法，非常適合于產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此電氣產(chǎn)品人工智能優(yōu)化設(shè)計(jì)大部分采用此種方法或其改進(jìn)方法。

（2）智能控制的功能實(shí)現(xiàn)

①數(shù)據(jù)采集與處理：對(duì)所有開(kāi)關(guān)量、模擬量的實(shí)時(shí)采集，并能按要求處理或存貯。

②畫(huà)面顯示：模擬畫(huà)面真實(shí)顯示一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)時(shí)顯示電流、電壓等所有模擬量、計(jì)算量、隔離開(kāi)關(guān)、斷路器等實(shí)際開(kāi)關(guān)狀態(tài)及掛牌檢修功能，能生成歷史趨勢(shì)圖。

③運(yùn)行監(jiān)視：具有對(duì)各主要設(shè)備的模擬量數(shù)值、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)的實(shí)時(shí)智能監(jiān)視，有事故報(bào)警越限和狀態(tài)變化事件報(bào)警，事件順序記錄、聲光、語(yǔ)音、電話圖象報(bào)警。

④操作控制：通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器及電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的控制，勵(lì)磁電流的調(diào)整。按順控程序進(jìn)行同期并網(wǎng)帶負(fù)荷或停機(jī)操作。系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行人員的操作權(quán)限加以限制，以適應(yīng)各級(jí)運(yùn)行值班管理。

⑤故障錄波:模擬量故障錄波，波形捕捉，開(kāi)關(guān)量變位，順序記錄等（包括主要輔機(jī))。論文格式，自動(dòng)化控制。。

⑥在線分析：不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行分析、負(fù)序量計(jì)算等。

⑦在線參數(shù)設(shè)定及修改：保護(hù)定值包括軟壓板的投退。

⑧運(yùn)行管理:操作票專(zhuān)家系統(tǒng)，運(yùn)行日志，報(bào)表的生成及存儲(chǔ)或打印，運(yùn)行曲線等。

人工智能控制技術(shù)在自動(dòng)控制領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已廣泛展開(kāi)，但在電氣設(shè)備控制領(lǐng)域所見(jiàn)報(bào)道不多?？捎糜诳刂频娜斯ぶ悄芊椒ㄖ饕?種:模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)控制。

4恒壓供水案例簡(jiǎn)析

恒壓供水在工業(yè)和民用供水系統(tǒng)中已普遍使用，由于系統(tǒng)的負(fù)荷變化的不確定性，采用傳統(tǒng)的PID算法實(shí)現(xiàn)壓力控制的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)很難收到理想的效果。在恒壓供水自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初期曾采用多種進(jìn)口的調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)總是不穩(wěn)定，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用中的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用模糊控制理論形成的控制方案在恒壓系統(tǒng)中有較好的效果。在實(shí)施過(guò)程中選用了AI 一808人工智能調(diào)節(jié)器作為主控制器，結(jié)合FXIN PLC邏輯控制功能很好地實(shí)現(xiàn)了水廠的全自動(dòng)化恒壓供水。對(duì)于單獨(dú)采用PLC實(shí)現(xiàn)壓力和邏輯控制方案，由于PLC的運(yùn)算能力不足編寫(xiě)一個(gè)完善的模糊控制算法比較困難，而且參數(shù)的調(diào)整也比較麻煩，所以所提出的方案具有較高的性?xún)r(jià)比。

本案例中只是一個(gè)人工智能在電氣自動(dòng)化中的一個(gè)小小的應(yīng)用，也是電氣元

件生產(chǎn)供給的一個(gè)方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化是我們努力的追求，將人工智能的先進(jìn)的最新成果應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制的實(shí)踐是一個(gè)誘人的課題。

5結(jié)語(yǔ)

人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類(lèi)智能完成的復(fù)雜的工作，電氣自動(dòng)化是研究與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行。人工智能主要包括感知能力、思維能力和行為能力，人工智能的應(yīng)用體現(xiàn)在問(wèn)題求解，邏輯推理與定理證明，自然語(yǔ)言理解，自動(dòng)程序設(shè)計(jì)，專(zhuān)家系統(tǒng)，機(jī)器人學(xué)等方面。而這諸多方面都體現(xiàn)了一個(gè)自動(dòng)化的特征，表達(dá)了一個(gè)共同的主題，即提高機(jī)械的人類(lèi)意識(shí)能力，強(qiáng)化控制自動(dòng)化。因此人工智能在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)?huì)大有作為，電氣自動(dòng)化控制也需要人工智能的參與。

參考文獻(xiàn)

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[2]張培銘，繆希仁等.展望21世紀(jì)電器發(fā)展方向----人工智能電器[J].電工技術(shù)雜志，2006(4).

篇10

關(guān)鍵詞：污水處理；處理工藝；自動(dòng)控制；變頻控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U664文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1 污水處理工藝概述

由于污水處理對(duì)象及處理環(huán)境的不同，故此污水處理工藝也各不相同。

1.1 常用的污水處理工藝

當(dāng)前，較為常見(jiàn)的污水處理方法通常都是生物處理為主，再以物理和化學(xué)處理為輔，最為常用是活性污泥處理工藝。這種處理方法是一種較為古老的污水處理技術(shù)，其中曝氣池和沉淀池是該工藝中最為重要的組成設(shè)備。其工藝原理如下：污水中的有機(jī)物在曝氣池中停留時(shí)，該池中的微生物會(huì)將污水中的大部分有機(jī)物吸附出來(lái)，并氧化成無(wú)機(jī)物，然后流入到沉淀池中進(jìn)行沉淀，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，便能夠流出清水，在通過(guò)相應(yīng)的消毒處理便可以獲得合格的水質(zhì)。

1.2 污泥處理工藝

在對(duì)污水進(jìn)行處理的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生出大量的污泥，這些污泥中的有機(jī)物含量相對(duì)較高，并且性狀極不穩(wěn)定，非常容易腐化，其中還含有一些寄生蟲(chóng)卵，如果不能及時(shí)處理的話，有可能造成二次污染。為此，便需要采取相應(yīng)的污泥處理工藝。通常情況下，污泥處理主要采用的工藝有機(jī)械濃縮和機(jī)械脫水兩種，經(jīng)過(guò)處理之后的污泥含水率能夠達(dá)到80%以下，穩(wěn)定污泥的工藝有好氧消化、厭氧消化、加熱感化以及熱處理等等。目前，我國(guó)各大污水處理廠基本都采用了填埋的方式對(duì)污泥進(jìn)行處理，這種方式不僅經(jīng)濟(jì)而且污染小、見(jiàn)效快，具有較高的應(yīng)用潛力。

1.3 控制難點(diǎn)

由于整個(gè)污水處理過(guò)程所涉及的控制系統(tǒng)規(guī)模較為龐大，加之系統(tǒng)的工藝流程相對(duì)較為復(fù)雜，同時(shí)，其中的各個(gè)主要工藝所在地理位置也各不相同，非常分散，因此，污水處理控制系統(tǒng)屬于一個(gè)多變量、多回路、非線性的負(fù)載系統(tǒng)。這為污水處理的控制工作增添了一定的困難。所以建立一個(gè)自動(dòng)化的控制系統(tǒng)就顯得尤為重要，這也是本文研究的主要方向。

2 污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求分析

在對(duì)污水處理自動(dòng)控制進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照具體的工藝流程要求以及構(gòu)筑物的地理分布情況，并遵循經(jīng)濟(jì)、可靠、先進(jìn)、使用的基本原則，采用集中管理、分散控制的模式建立既經(jīng)濟(jì)又可靠的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和計(jì)算機(jī)管理一體化的系統(tǒng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)信息資源共享及現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、總控制站少人值守的目標(biāo)。就污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，其不僅應(yīng)當(dāng)具備安全性、穩(wěn)定性和可靠性，而且還要便于維護(hù)，同時(shí)能夠在傳統(tǒng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展可以?xún)?yōu)化污水處理效果和節(jié)約運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的功能為目標(biāo)。自動(dòng)控制系統(tǒng)在進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)從以下三個(gè)方面著手：a.時(shí)序控制模塊。該模塊的主要功能是在特定的時(shí)間下啟動(dòng)特定的設(shè)備，簡(jiǎn)單來(lái)講該模塊就是定時(shí)控制；b.反饋控制模塊。具體包括維持污水處理設(shè)備運(yùn)行的控制，如液位、泥位等等，還包括系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行控制，如DO控制、SS控制等等。由于以上參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性要求對(duì)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面調(diào)控，故此其為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化控制提供了可能；c.其他模塊。主要包括數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、運(yùn)行日志，這些模塊能夠幫助操作人員對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析，有助于提高工作效率。

3 污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用

按照我國(guó)污水處理廠的實(shí)際控制情況以及上文中提到的具體設(shè)計(jì)要求，本文提出一種三層框架結(jié)構(gòu)的污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)，即控制層、監(jiān)控層和管理層。下面分別對(duì)這三個(gè)層次的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹：

3.1 控制層

這是整個(gè)污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的最底層，也是各個(gè)主要生產(chǎn)單元的控制部分，它由若干個(gè)變頻控制站構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)對(duì)處理設(shè)備及各個(gè)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)采集和監(jiān)控。根據(jù)污水處理工藝要求，控制層實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制，并且能夠獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算和分析，能夠滿(mǎn)足多樣化的污水處理設(shè)備和工藝要求，并提供實(shí)時(shí)處理功能，對(duì)設(shè)備啟停及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，使設(shè)備達(dá)到最佳的利用效率，進(jìn)一步提高了污水處理效果?？刂茖拥年P(guān)鍵在與可編程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行變頻控制設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須遵循以下原則：其一，應(yīng)當(dāng)最大限度地滿(mǎn)足被控制對(duì)象的具體控制要求；其二，在滿(mǎn)足控制要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)盡可能使系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作和維修方面；其三，確?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行安全可靠；其四，應(yīng)當(dāng)充分考慮到生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和發(fā)展，選擇變頻控制器的容量時(shí)，應(yīng)預(yù)留出一部分裕量。

3.2 監(jiān)控層

污水處理本身就屬于一個(gè)比價(jià)龐大的系統(tǒng)，它由諸多處理環(huán)節(jié)組成，由于每個(gè)環(huán)節(jié)完成的工作都不相同，故此控制要求也各不相同。如某污水處理廠分為四期污水處理、氧化溝、污泥干化、污水一段、污泥脫水等等生產(chǎn)單元，為了滿(mǎn)足這些生產(chǎn)單元的要求，需要數(shù)量不等的變頻控制組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，并構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的管理控制中心。監(jiān)控層實(shí)質(zhì)上就是這個(gè)控制中心，其主要功能是按照自身的優(yōu)化程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)工藝單元的設(shè)備調(diào)解和優(yōu)化控制。監(jiān)控層利用工業(yè)組態(tài)軟件對(duì)變頻控制子站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并間接對(duì)各個(gè)工藝單元中相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制；監(jiān)控層的硬件則是以工業(yè)級(jí)的微型計(jì)算機(jī)和工作站為主，并由組態(tài)軟件通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)子站進(jìn)行直接監(jiān)控，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3 管理層

該層的主要作用是監(jiān)制遠(yuǎn)方各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀況，并向企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)職能部門(mén)生產(chǎn)和工藝數(shù)據(jù)，為企業(yè)的決策提供準(zhǔn)確依據(jù)，接受企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)下達(dá)的指令。管理層可以分為生產(chǎn)和企業(yè)兩大方面。前者屬于污水處理廠的中心控制室，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)污水處理廠的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，該層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊與各個(gè)生產(chǎn)單元的進(jìn)行通訊，其主要功能是接收來(lái)自各個(gè)控制層發(fā)出的數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)；企業(yè)管理層借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將領(lǐng)導(dǎo)及各個(gè)相關(guān)部門(mén)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并與生產(chǎn)第一線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，這樣便可以進(jìn)行網(wǎng)上信息傳遞，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)管理效率。

4措施及建議

自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而又專(zhuān)業(yè)過(guò)程，一定要讓污水處理廠的每一位技術(shù)人員參與這樣一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，這樣技術(shù)人員才能更好地了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的每一種設(shè)施，才能更好地運(yùn)作每一種機(jī)器。通過(guò)參與設(shè)計(jì)過(guò)程，不僅可以更加熟悉自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作性能，而且也可以掌握維護(hù)、修復(fù)、完善以及更改系統(tǒng)軟件和硬件的方法，這樣可以減輕日后的維修和升級(jí)的負(fù)擔(dān)。此外，對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中，技術(shù)操作人員可以親自參與進(jìn)來(lái)，也是對(duì)技術(shù)操作人員的相關(guān)培訓(xùn)，這里面包括計(jì)算機(jī)技術(shù)培訓(xùn)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)培訓(xùn)，還包括技術(shù)操作人員整體能力及水平的提高。另一方面，也可以存在相互學(xué)習(xí)，相互交流的目的。比如說(shuō)，技術(shù)人員可以根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，通過(guò)這樣一種互助的方法就可以減少一些隱形的問(wèn)題，從而提升系統(tǒng)的實(shí)用性。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)也存在一定的問(wèn)題，因此，工作人員也不能完全依賴(lài)自動(dòng)控制系統(tǒng)，要根據(jù)實(shí)際的情況，能動(dòng)地轉(zhuǎn)換方法，保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。要合理分配工作人員，適當(dāng)增減操作人員和值班工程師，可以采取倒班制來(lái)保證工作人員的精神狀態(tài)，是工作人員能夠更好地掌控污水處理廠的運(yùn)作。

結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水處理會(huì)面臨著更多的新問(wèn)題，因此，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制是必然的選擇，這會(huì)降低事故發(fā)生的率，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]周樹(shù),劉釗,潘成林.自動(dòng)控制分級(jí)用水節(jié)水裝置--生活用水二次利用技術(shù)[A].第四屆國(guó)際智能、綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)論文集[C].2008(3).