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自動控制理論論文范文1

“智能型住宅家庭設施自動控制與管理系統應用研究”是哈爾濱工業大學（原哈爾濱建筑大學）承接的項目，由哈爾濱工業大學和北京德達數據系統有限責任公司合作開發。該項目采用LONWORKS技術開發研究并在住宅示范小區工程中試運行。1、對住宅居住環境（濕度、濕度）及設備進行監控；2、住戶三表（水表、電表、煤氣表）遠傳；3、住戶三防（防火、防災、防盜）；4、廚房設備監控；5、衛生間排風控制。這些功能用LON總線一節點實施，即每一住戶為一LON節點，然后再用棗服務器管理各個用戶的節點構成LON總線系統。該項研究已在北京翌景嘉園示范小區通過試運行，下面對其自評估如下：

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。

在本專題中，由于目前廚房設備的種類和數量的不可預測性，我們僅定義了兩個廚房設備，并對其進行一定的時序控制，對廚房設備數量及實時監控還需深入探討；家庭智能控制裝置對設備控制只局限于開關控制，對設備的進一步控制有待于進一步研究。

自動控制理論論文范文2

傳統課堂授課通常一次講授2個學時，針對課程中的重點難點可以充分講解。為適應網絡學習者的認知習慣，MOOC課程將授課視頻分為了一些10分鐘至20分鐘長度的小模塊。怎樣在這些小模塊中傳授較為完整的知識點，需要授課教師轉變思路、精心設計[3]。在設計時要注意知識間的聯系，形成課程的邏輯結構，擴展知識的深度廣度，使之形成一個有機的整體，從而有利于學生從整體結構上掌握知識的共同本質和內在聯系。

（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

MOOC課程作為一種新的網絡教學模式，應該在學生對知識的獲取、思維能力和創造力的開發等方面有自己的特色。尤其是面向專業基礎課教學時，需要研究與制定結合專業發展需求的教學大綱與教學設計，體現現代網絡教育的開放性、交互性和便捷性。一門教學效果好的MOOC課程可以提供豐富的數字資源，可以采用在線或離線的方式與學生互動，還可以方便地進行一些教學信息統計工作。針對目前高校的現狀，建議以課程教研組的形式承擔MOOC課程的教學。因為課程教研組能夠具備單個教師無法做到的整體協調優勢。專業教師隊伍水平的提高是MOOC課程更新發展的源動力。首先，教研組是課程建設的組織保障。教研組由老中青三代教師組成，定期學習新的教學理念與方法，研討課程中的重點與難點，有計劃地安排教師進修提高。我單位自控原理課程教研組由7人組成，包括1名教學帶頭人，2名副教授，3名講師和1名實驗員。教研組定期學習控制理論的前沿發展方向，組織觀摩教學，有計劃地派出青年教師到國內外進修。這些活動從制度上保證了教師的個人成長和課程內容的不斷更新。教研組通過教育理論和專業知識的不斷學習和豐富，大家發現自己的差距，逐漸形成課程意識、學生意識、開放意識、問題意識等，發現存在哪些與新課程理念不相符甚至相違背的問題，然后尋求解決問題的新理論、新理念、新途徑，以提高教學效果。這種以教研組形式承擔MOOC課程的模式可以避免教師個體缺乏持續提高教學質量的動力的問題。其次，教研組是課程建設的知識園地。MOOC課程是一種網絡課程，由于不受年齡、文化和地域等限制，學習對象可以是在校學生，也可以是在職的繼續教育學生。學生的職業背景和基礎知識差別較大。在MOOC教學中為了保證網絡教學效果，設計了較受歡迎的短授課多討論的教學模式。這些都是MOOC課程開放性和交互性的體現。但這同時要求教師有多方面的知識儲備。每位教師都有自己的能力和興趣特長，很難獨立解決網絡交流中的所有問題。對于自動控制原理課程來說，教師既需要有深厚的控制理論基礎又需要有一定的控制系統設計經驗。課程教研組由老中青三代教師組成，保證知識結構全面。青年教師學歷高熟悉新的理論方向，老教師實踐經驗豐富。同時，也要充分利用網絡平臺的知識聚集作用，及時總結學生的反饋信息[4]。

自動控制理論論文范文3

論文摘要： 對當前自動控制理論實驗教學方法與實驗儀器進行分析，提出教學方法和教學儀器的改革措施。通過開設新的實驗內容和研制新的教學儀器，使學生更好地完成自動控制理論實驗的學習任務，提高學生的綜合能力和創新能力。 

 

“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 

[1]葛鎖良.自動控制理論教學內容與教學方法的探討[c]//2001年中國自動化教育學術年會論文集,2001:72 

[2]杜永貴,謝克明,李國勇,謝剛.“自動控制理論”課程教學改革與實踐[j].太原理工大學學報:社會科學版,2009, 27(1):77-79 

[3]方曉柯,王建輝,鄭艷,何大闊,顧樹生.《自動控制原理》教學改革的探索與實踐[j].教育實踐研究,2008(11):101-102 

自動控制理論論文范文4

一、招生人數

學院2016年計劃招收博士研究生46名，實際招生人數以總部下達計劃為準。

二、報考條件

我院博士研究生只面向現役軍人招生，報考2016年博士研究生應當具備以下條件：

1、品德優良，遵紀守法，立志獻身國防事業；未受過紀律處分。

2、軍隊在職干部按師（旅）級單位推薦、軍級單位政治部審批、軍區級單位政治部干部部門核準、總政治部干部部備案的程序進行審批，由師（旅）級單位干部部門開具介紹信。軍隊院校應屆碩士畢業生經所在院校政治機關審批同意。

3、身體健康，體能達標，年齡不超過40周歲（1976年9月1日以后出生）。

4、在職干部須獲得碩士學位，其中本院在職干部報考工學博士須有被SCI或EI收錄的以第一作者發表的學術論文；應屆碩士畢業生須完成學位論文初稿，在中文核心期刊（含錄用通知）或國際會議發表2篇以上學術論文。

5、有兩名與報考學科相關的高職人員推薦。

三、報名手續

考生持公民身份證和軍官證（學員證）于2015年9月20日至30日到學院教學實驗綜合樓研究生招生辦公室（1127室）報名，外地考生可函報。報名時應提交：

1、填制完畢的《2016年報考攻讀博士學位研究生登記表》和《報考軍隊院校研究生政治審查表》（9月1日后，院內考生可從學院研究生處網站下載；院外考生可來電索要）。

2、已獲碩士學位者，提交碩士課程成績單、碩士學位論文及評閱意見書復印件；應屆碩士畢業生提交碩士課程成績單、碩士學位論文初稿、已發表學術論文版權頁或錄用通知。

3、碩士學歷、學位證書原件及復印件(應屆生于獲得證書后補交)。

4、檔案所在師（旅）級單位干部部門同意報考的證明信。

5、一寸正面半身免冠照片3張，報名費300元。

上述手續齊備，審查合格者發放準考通知，考生可于10月9日到研招辦領取《準考證》。

四、考試安排

博士研究生入學考試總分值為600分，包括六項內容：英語筆試、數學筆試、科研學術成果計分、碩士學位論文評分、專業綜合面試、綜合素質面試，每項內容滿分100分。

考試時間擬定于2015年10月11至12日，考試地點和具體安排詳見《準考證》。

五、其他

1、考生可于2015年11月初查詢錄取情況，入學時間為2016年3月份（詳見通知書）。

2、我院提供部分往年考試試題，考生可登錄學院研究生處網站下載。

六、聯系方式

聯系人：譚繼帥（參謀） 手機：13831189507座機：0311-87992123（地）；0221-92123（軍）

E-mail：tanjishuai@126.com 通信地址：河北省石家莊市和平西路97號研究生招生辦公室（050003）

招生專業目錄

專業代碼、名稱及研究方向

導師

專業綜合（面試）

數學（筆試）

080200機械工程

01機械性能檢測與診斷

張英堂

測試技術與信號處理

矩陣理論

02地面運載平臺維修理論與技術

張培林

狀態監測與智能診斷技術

03機械振動與沖擊防護

白鴻柏

振動理論

04機電液集成系統控制技術

何忠波

車輛工程

05機械制造及其自動化

倪新華

斷裂力學

080300光學工程

01軍用光電系統設計與應用

劉秉琦

陳志斌

應用光學、物理光學、光電測試技術

矩陣理論

02激光技術

沈學舉

激光原理及應用

03光學信息安全

光學信息技術原理與應用、光學信息安全

04微納光學

汪岳峰

光電子技術

080402測試計量技術及儀器

01測試性設計與分析

黃考利

測試技術

矩陣理論

02精密儀器與微系統

王廣龍

03裝備狀態監測與故障預測

李洪儒

測試與診斷技術

矩陣理論或應用數理統計

04網絡安全技術

王  韜

計算機網絡

081100控制科學與工程

01裝備測試與故障診斷

尚朝軒

測試與診斷

矩陣理論或應用數理統計

02火力與指揮控制理論及應用

全厚德

孫世宇

數字信號處理

矩陣理論

03武器系統建模與仿真

朱元昌

系統仿真

04電子裝備自動測試、故障診斷及可靠性

蔡金燕

測試與診斷

05目標識別與信息處理技術

王春平

圖像工程

06精確制導理論與技術

楊鎖昌

精確制導、控制與仿真技術

07無人機數據鏈抗干擾技術

陳自力

線性系統理論、數字信號處理

08目標探測與識別

馬彥恒

數字信號處理、現代控制理論

09飛行器控制

齊曉慧

線性系統理論

10無人機協同控制

李小民

現代飛行控制理論、導航控制技術

11無人機信息處理與傳輸技術

王長龍

數字信號處理

12非線性系統的穩定性與控制

徐  瑞

動力系統的穩定性理論

082600兵器科學與技術

01裝備輕量化技術

鄭  堅

火炮與自動武器原理、材料學

應用數理統計

02兵器試驗理論與技術

秦俊奇

火炮專業相關理論

矩陣理論

03裝備維修理論與技術

陶鳳和

火炮與自動武器原理、現代機械測試技術

04兵器性能檢測與診斷技術

房立清

機械裝備故障診斷與預測、武器系統裝備知識

應用數理統計

馮廣斌

火炮與自動武器原理、工程信號處理、現代機械測試技術

矩陣理論

05兵器結構動力學理論與應用

王瑞林

槍炮設計原理、振動理論、電磁場理論

06武器系統仿真與虛擬樣機技術

馬吉勝

振動理論、動力學仿真

07彈道學理論及應用

宋衛東

彈道學理論、制導理論與技術

08彈道修正理論與技術

彈道學、自動控制與導彈設計理論

矩陣理論或應用數理統計

09兵器性能檢測與故障診斷

唐力偉

振動理論

10兵器新材料技術

王建江

材料學

應用數理統計

11彈藥系統設計與試驗評估

高欣寶

系統仿真技術及其在信息化彈藥工程中的應用

矩陣理論

羅興柏

爆炸及其防護技術在彈藥保障中的應用

12彈藥保障與安全技術

安振濤

炸藥理論、彈藥保障及安全風險評估

穆希輝

彈藥保障

矩陣理論或應用數理統計

13信息感知與控制技術

齊杏林

彈藥引信論證、設計、試驗及評估理論與技術

14防護材料與特種能源技術

杜仕國

防護材料與特種能源技術及其在彈藥工程中的應用

矩陣理論

15電磁發射理論與技術

雷  彬

電磁場理論、測試技術

16武器系統建模與仿真

蘇群星

武器系統仿真與模擬器設計

17紅外圖像末制導技術

高  敏

彈道學、自動控制與導彈設計理論

矩陣理論或應用數理統計

18裝備維修保障理論與技術

賈希勝

石  全

康建設

趙建民

可靠性、維修性、維修工程

應用數理統計

朱小冬

可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真

矩陣理論或應用數理統計

19裝備維修性理論與應用

郝建平

可靠性、維修性、維修工程、虛擬仿真

20電磁防護理論與技術

劉尚合

魏光輝

電磁場理論、微波與天線

矩陣理論

王慶國

大學物理、有機化學、固體物理、電磁場理論

譚志良

電子技術基礎、通信原理、微波與天線

21脈沖電磁場測試技術

朱長青

電路分析、電磁場理論和微波技術、數電模電

110900軍事裝備學

01裝備保障信息化

盧  昱

網絡信息安全保障

軍事運籌學

02裝備保障理論與應用

石  全

軍事裝備學、戰役基本理論

應用數理統計或軍事運籌學

于永利

可靠性、維修性、維修工程、建模與仿真

軍事運籌學

柏彥奇

高  崎

自動控制理論論文范文5

關鍵詞：matlab；控制系統；仿真

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 01-0000-01

The Use Of Matlab Simulation Software in Control System

Mi Wengpeng1,Hong Chenghua2,Cao Juan2,Zhao Xuyang2

（1.202 Teaching&Research Section,PLA Second Artillery Corps Officer School,Qingzhou262500,China;2.103 Teaching&Research Section,PLA Second Artillery Corps Officer School,Qingzhou262500,China）

Abstract:Auto control is a very important subject,it widely used in the industry control and daily life. As a very excellent emulational soft,it can solve the problem in the field of computer accessorial design of control system.

Keyword:Matlab;Control system;Emluator

隨著科學技術的發展，自動控制學科在作為一門重要學科，在日常生活及工業控制中得到了非常廣泛的應用。作為工程設計及教學一線人員，我們在設計控制系統時，首先要建立系統的模型，針對系統模型，設計相應的控制系統，最后對控制系統進行穩定性等各項性能指標的分析。那么我們如何來進行分析呢？靠人工進行繪制圖形進行分析實非常復雜、繁瑣的，我們必須借助仿真軟件進行。而matlab作為優秀仿真軟件，由于其編程、設計燈的方便性，在控制系統研究與教學中日益廣泛的應用。本文主要通過實例來詳細介紹matlab在控制系統仿真時的一般步驟及方法。

一、MATLAB控制系統工具箱

MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。在MATLAB中提供了控制系統設計工具箱(Control System Toolbox)。20世紀90年代初的3．5版推出RobustToolbox，模糊邏輯控制箱（Fuzzy Logic Toolbox），魯棒控制箱（Robust Control Toolbox）燈各類控制類工具箱，通過這些工具箱所提供的專用函數，為設計研究人員避免重復籍瑣的計算和編程，更快、更好、更準確地進行控制系統分析和設計提供了極大的幫助。[1]

二、控制理論基礎

控制系統總體來說可以分為兩類：“古典控制理論”和“現代控制理論”。

古典控制理論以傳遞函數為基礎研究單輸入一單輸出一類定常控制系統的分析與設計問題，其數學基礎是拉普拉斯變換，系統的基本數學模型是傳遞函數，主要的分柝和綜合方法有Bode圖法、根軌跡法、勞斯(Routla)判據、奈魁斯特(Nquist)穩定判據、PID控制等。[2]

現代控制理論是六十年代在古典控制理論基礎上隨著科學技術發展和工程實踐需要而迅速發展起來的，它以狀態空間法為基礎，研究多輸入一多輸出、時變、非線性、高精度、高效能等控制系統的分析與設計問題。主要包括有：狀態反饋控制、最優控制、智能控制、預測控制、自適應控制、大系統多層分散控制、模糊控制等控制方法。它克服了經典控制的許多局限性，它能夠解決某些非線性和時變系統的控制問題，適用于多輸入多輸出反饋控制系統，可以實現最優控制規律。

三、控制系統仿真的一般步驟

我們以某系統控制系統的設計與仿真為例來進行具體的控制系統仿真一般步驟的說明。

（一）數學模型的建立

建立某系統的線性數學模型如下：

（二）控制律的設計

我們以變結構控制理論為設計方式進行控制律的設計。

首先采用到達律具有指數趨近律的變結構控制方式來設計變結構控制器，控制律推導如下。

設滑模面方程為：

令 =0，將（6）式代入則可得

則可求出等效控制為

而采用準滑模控制時我們用飽和函數sat(s)來代替到達率為指數趨近律的滑動模態中的符號函數sgn(s).

其中 稱為”邊界層”。其圖1所示。飽和函數的本質是：在邊界層外，采用切換控制；在邊界層內，采用連續狀態的線性化反饋控制，有效避免或消弱“抖振”。

圖 1、飽和函數

滑模面和控制律具體形式如下：

（三）matlab仿真

對于給定的控制系統的性能指標，我們通過極點配置法求得C=[1]，設置適當的 的值，取采樣時間為0.001s，選取初始狀態為

進行仿真。通過MATLAB仿真我們可以分別得到控制系統的仿真結果如下：

圖2、x1的收斂過程

圖3、x2的收斂過程

限于篇幅，控制律、切換函數、狀態x3、x4的仿真圖不再給出。通過仿真得出的圖形，我們就可以進行控制系統穩定性、相應時間等各項指標的分析與研究。

四、小結

本文主要探討了利用仿真軟件進行控制系統仿真的一般步驟和方法，通過實例及方法說明我們可以看出，利用matlab進行仿真方法簡單且易于實現，是用于教學和科研的非常好的工具。

參考文獻：

自動控制理論論文范文6

關鍵詞：GPS技術 人工神經網絡技術 電力負荷控制 自動發電控制

0 引言

目前中國電力系統正經歷著一場以市場經濟為主導向的據大變革。以數字電力系統（DPS）為代表的計算機技術、通信技術、控制理論及信息處理技術、新材料、新技術的高速發展，使得電力系統的技術更新速度大大加快，不同技術之間的相互滲透、相互融合也越來越普遍。電力系統高速發展，發電廠和變電站相應的實現了自動化，應用遠動通訊技術和計算機技術，對電力系統進行自動監視、控制和調度。為了更好的保證安全、經濟的運行并保證電能質量，對電力系統自動化提出了更高的要求，從而促成了電力系統自動控制技術的不斷發展。

1 GPS技術在電力系統自動控制中的應用

GPS（Global Positioning System）又稱為全球定位系統，隨著電力系統往大容量大網絡的不斷發展，以及自動化水平的不斷提高，GPS由于其高精度的定時功能，必將在電力系統發揮更加廣泛的應用。利用GPS同步測量可以快速精確的獲得電力系統的歷史數據和實時狀態，GPS技術的應用必將對電力系統的安全穩定控制帶來革命性的變革，因此必然成為今后發展的重點，必將為電力系統的穩定控制和保護開辟一個新的領域。

2 人工神經網絡在電力系統自動控制中的應用

經過近十幾年的高速發展， 電力系統的規模已迅速地擴大， 對于這樣一個存在著大量非線性的動態大系統來說， 傳統的控制、診斷、保護、預測等方式已不再能完全適應這種發展的需要。人工神經網絡（ANN Artificial Neural Networks） 理論， 作為人工智能的一個最活躍的分支， 其模擬人腦的工作方式， 為解決復雜的非線性、不確定性、不確知性系統的問題開創了一個嶄新的途徑。因而在電力系統應用研究中受到了廣泛的關注。目前已在電力系統故障診斷、智能控制、繼電保護和暫穩態計算、短期負荷預報等系統計算優化中獲得了大量的研究成果。

作為一個新的信息處理理論，ANN 的應用在理論與實踐中還有一些問題有待于進一步的研究和探討。隨著人工智能技術的發展，ANN 與專家系統和模糊控制的綜合對電力系統這樣一個復雜的動態大系統來說， 應用潛力更大。

3 自動發電控制新技術應用研究

AGC是一種控制性能比較完善和作用較好的發電機輸出功率的自動控制。它利用電子計算機來實現控制功能，是一個小型的計算機閉環控制系統，有時也稱為AGC系統。

早期的AGC系統多采用模擬式的控制設備，近幾年來由于數字系統的靈活性和可靠性是模擬式的AGC系統，逐漸被數字系統所取代。 在現代數字電力系統（DPS）中，AGC的執行，要求每隔2-4s測量一次聯絡線功率、系統頻率和發電功率等數據，并通過遙測裝置送到AGC的發電機控制回路和負荷分配回路，是這兩個回路的程序計算開始工作。然后計算出需要增加或減少發電量的信息，再由遙控裝置將此信息發送到發電機組已完成對發電機功率的控制和調整。由于AGC 資源需在更大范圍內被調用，以及分級控制引起的時間延遲，還需對這種方式下電力系統的安全和控制的動態特性進行研究。

4 電力系統自動控制其它新技術的應用

4.1 電力負荷控制技術作用

電力負荷控制技術是指在高峰用電時，斷開一部分可間斷供電的負荷，以減少對電網的壓力，可以將各用戶的負荷按照改善負荷曲線的總要求，通過某種與用戶聯系的信道和裝在用戶處的終端裝置，對用戶的可間斷負荷進行集中控制。在高峰之后，又可將這些負荷投入，增加系統的低谷用電，達到削峰填谷的目的，使電力系統負荷曲線更加平坦，以保證電網的安全經濟運行。

我國電力供應長期短缺，負荷的監督和控制尤其顯得重要。目前不少地方采用的在高峰時強行拉路的分片輪流停電的辦法，給用戶帶來了極大的不便，對有些重要用戶造成經濟損失。在用戶方面，由于電力使用不合理，浪費能源的現象也十分嚴重。因而有關方面對電力負荷控制十分重視，原國務院曾出資支持了四個試點，取得了可喜的效果。如今，以配電線載波、有線通信和無線電為通道的系統均有運行。在分散控制方面，我國自行研制的電力定量器都是適合我國國情的產品。但總的說來，我國的負荷控制水平和工業化國家的差距還是比較大的。

4.2 靈活交流輸電系統控制技術

靈活交流輸電系統控制技術（Flexible AC Transmission System）是現代電力電子技術與電力系統相結合的產物，其主要內容是在輸電系統的主要部位，采用具有單獨或綜合功能的電力電子裝置，對輸電系統的主要參數（如電壓、相位差、電抗等）進行靈活快速的適時控制，以期實現輸送功率合理分配，降低功率損耗和發電成本，大幅度提高系統穩定性和可靠性。隨著電力電子技術的飛速發展，靈活交流輸電技術的發展前景不可估量，必將改變電力系統的傳統面貌，并促使電力系統發生重大變革。

電力系統的高速發展和不斷擴大，使其結構和運行方式變得越來越復雜多變，對電力系統的自動控制技術水平的要求也越來越高。因此，研究電力系統自動控制技術的現狀和發展具有重要的意義。

參考文獻

[1] 汪德星. 電力系統運行中AGC 需求的分析[J ] . 電力系統自動化，2004 .

[2] 吳捷.現代控制技術在電力系統控制中的應用[J].全國高校電力系統及其自動化專業年會，廣州，1997

[3]張曉繢 神經網絡與神經計算機導論[M].北工業大學出版社， 1995.