自动控制理论论文汇总十篇
时间：2023-03-17 17:58:05
序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇自动控制理论论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。
篇（1）
一、工程概况：
本空调工程全部采用吊顶暗装风机盘管加独立新风系统。室内风机盘管承担全部的室内冷负荷和湿负荷，新风机组把引入的室外新风处理到室内焓值，再按需求分配到各个房间。按舒适性空调设计，采用露点送风。系统冷热源选用风冷式空气源热泵，安置于天台上。空调水系统采用一次泵定水量系统，双管制，闭式循环。系统主机采用远程控制，各房间的风机盘管可单独控制调节。
二、空气房间温度自动控制是通过接通或断开电加热器，以增加或减少精加热器的热量，而改变送风温度来实现的。
空调温度自动控制系统常用的改变送风温度方法有：控制加热空气的电加热器，空气加热器（介质为热水或蒸汽）的加热量或改变一、二次回风比等。室温控制规律有位式、比例、比例积分、比例积分微分以及带补偿与否等几种。设计时应根据室温允许波动范围大小的要求，被控制的调节机构及设备形式，选配测温传感器、温度调节器及执行器，组成温度自动控制系统。
（1）控制电加热器的功率
控制电加热器的功率来控制室温的系统，其原理图及方框图见下
①是室温位式控制方案，由测温传感器TN，位式温度调节器TNC，及电接触器JS组成。当室温偏离设定值时，调节器TNC输出通断指令的电信号，使电接触器闭合或断开，以控制电加热器开或停，改变送风温度，达到控制室温的目的
②是室温PID控制方案，由测温传感器TN，PID温度调节器TNC及可控硅电压调整器ZK组成，可实现室温PID控制。
（2）控制空气加热器的热交换能力
控制进入空气加热器热媒流量的室温控制系统及其原理如下：
该方案是由测温传感器TN，温度调节器TNC，通断仪ZJ及直通或三通调节阀组成。当室温偏离设定值时，调节器输出偏差指令信号，控制调节阀开大或关小，改变进入空气热交换器的蒸汽量或热水量，从而改变送风温度，达到控制室温的目的。
（3）制进入空气加热器的热水温度
该温控方案组成与上面相同，不同的是控制三通阀来改变进入空气加热器的水温，改变热交换能力，达到控制室温的目的。
三、房间空气相对湿度自动控制的方法
空调房间温湿度控制：
空调房间温湿度的干扰因素的多样性，气候变化的多工况性以及房间存在的较大的热惯性等因素使得利用单回路直接控制房间温湿度的方法难以达到满意的调节效果。因此，应该另选有效的方法。针对空调房间的热特性，采用串级调节较适宜。其调节框图如图所示
室温调节器用于克服维护结构传热，室内热源散热引起的室温干扰。室温调节器根据房间内实际温度与设定温度的偏差调整送风温度的设定值。送风温度调节器则用来控制送风温度。这一环节主要克服在不同的季节，新风、回风混合比的变化引起的对换热器的出口状态干扰。使其在进入房间前受到一定的抑制，减少对室内状态的影响。采用串级调节后，还能改变对象的时间特性，提高系统的控制质量。
四、风机盘管空调系统的自动控制
（一）温控器
（1）风机盘管宜采用温控器控制电动水阀，手动控制风机三速的控制方式。风机启停与电动水阀连锁。
（2）冬夏季均运行的风机盘管，其温控器应有冬夏转换措施。一般以各温控器独自设置冬夏转换开关为好。
（二）节能钥匙
（1）房间设有节能钥匙系统时，风机盘管宜与其连锁以节能。
（2）当要求不高时，可采用插、拔钥匙使风机盘管启动或断电停转的方式。使用要求较高时，可增设一个温度开关。
（三）定流量水系统
风机盘管定流量水系统自控方式较简单易行，但节能效果没有变流量自控方式好。
五、风机盘管的定流量水系统自动控制
该工程使用定流量二管制，其风机盘管机组的控制通常采用两种方式。
（1）三速开关手控的二管制定流量系统
采用二管制水系统时，表面冷却器中的水是常通的。水量依靠阀门的一次性调整，而室温的高低是由手动选择风机的三档转速来实现的。
（2）温控器加三速开关的二管制定流量水系统
采用这种控制的水系统时，表面冷却器中的水是常通的，水量依靠阀门一次性调整。室内温度控制器控制风机启停，而手动三档开关调节风机的转速。
温控器选择AFT06*系列即可满足要求。该系列是带浸入式套管的。
六、变风量系统的监控
变风量系统的基本思想是当室内空调负荷改变以及室内空气参数设定值变化时，自动调节空调系统送入房间的送风量，使通过空气送入房间的负荷与房间的实际负荷相匹配，以满足室内人员的舒适要求或工艺生产要求。同时送风量的调节可以最大限度的减少风机的动力，节约运行能耗。
除了节能的优势外，VAV系统还有以下特点：（1）能实现局部区域的灵活控制，可根据负荷变化或个人舒适度要求调节。（2）由于能自动调节送入各房间的冷量，系统内各用户可以按实际需要配置冷量，考虑各房间的同时使用系数和负荷分布，系统冷源配置可以减少20%~30%左右，设备投资相应较大减少。（3）室内无过冷过热现象。
该系统采用单风管再加热VAV空调系统，其原理和控制系统图如下：
七、空调用制冷装置的自动控制
1、蒸发器的自动控制
空调用制冷装置系统的蒸发器和冷凝器温度的自动控制如图所示
空调负荷是经常变化的，因此，要求制冷装置的制冷量也要相应地变化。而制冷量的变化，就是循环的制冷剂流量的变化，所以需要对蒸发器的供液量进行调节，实现对载冷剂即被冷却物质的温度控制。空调用制冷装置的中常用的供液量自动控制的设备是热力膨胀阀。
热力膨胀阀的一种直接作用式调节阀，安装在蒸发器入口管上，感温包安装在蒸发器的出口管上。DV1和DV2是电磁阀，压缩机停时，电磁阀立即关闭，切断冷凝器至蒸发器的供液。
2、冷凝器的自动控制
在制冷装置上通常用冷却水量调节阀来调节冷凝温度。冷却水量调节阀是一种直接作用式调节阀，安装在冷凝器的冷却水进水管上，它的压力测量温包安装在压缩机的排气端，或冷凝器的制冷剂入口端，以感受Pl的变化。
3、制冷装置的自动保护
为了保证制冷装置的安全运行，在制冷系统中常有一些自动保护器件。制冷系统常用的自动保护包括排气压力保护、吸气压力保护、减压保护、断水保护、冷冻水防冻保护等。其系统图如下：
（一）排气与吸气压力自动保护
在制冷设备中设置了安全阀，还使用压力控制器来控制排气压力。当排气压力超过设定值时，压力控制器立即切断压缩机电动机电源，起高压保护作用；控制吸气压力的采用压力控制器PxS。它对吸气压力有保护作用。
（二）油压的自动保护
在制冷压缩机运转过程中，它的运动部件会摩擦生热。为了防止部件因发热而变形而发生事故，必须不断供给一定压力的油。油压控制器是一个压差控制器，用它可以实现制冷装置油压的自动保护。
（三）断水自动保护
为了保证压缩机的安全，在压缩机水套出水口和冷凝器出水口，装设了断水保护装置。该装置是由测量冷凝器出水口水的电阻的两个电极，配以晶体管控制电路的水流控制器SLS及继电器所组成。
（四）冻水防冻自动保护
在制冷装置运行中，蒸发器中冷冻水温度过低，容易发生冻结影响压缩机的正常运行，因此设置了冷冻水防冻自动保护系统。该系统是在蒸发器出口端安装了温度控制器TfS，当冷冻水出口处温度降至较低时，温度控制器使中间继电器断开，压缩机也就停止运转；在压缩机停转后，若蒸发器冷冻水温度回升到某一温度时，温度控制器使中间继电器接通，冷冻水泵和冷却水泵就重新启动，而压缩机也恢复运转。
4、水量调节阀的选择：
根据系统水管管径尺寸为：DN25DN32DN50三种，选择相应阀门口径的电动调节阀。结果如下：（品牌：丹佛斯）
阀门口径KV值经过阀们的流量（m^3/h）
压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)压降(bar)
0.20.250.30.350.40.450.50.550.6
DN25104.475.005.485.926.326.717.077.427.75
DN32167.168.008.769.4710.1210.7311.3111.8712.39
DN504017.8920.0021.9123.6625.3026.8328.2829.6630.98
二通阀选择：DN25Kvs=10m^3/h编号：065Z3420法兰连接VL2（PN6）
065B1725法兰连接VF2（PN16）
065B1525法兰连接VFS2（PN25）
DN32Kvs=16m^3/h编号：065Z3421法兰连接VL2（PN6）
065B1732法兰连接VF2（PN16）
065B1532法兰连接VFS2（PN25）
DN50Kvs=40m^3/h编号：065Z3423法兰连接VL2（PN6）
065B1750法兰连接VF2（PN16）
065B1550法兰连接VFS2（PN25）
三通阀选择：DN25Kvs=10m^3/h编号：内螺纹：065B1425外螺纹：065B1325
法兰连接VF3，VL3
DN32Kvs=16m^3/h编号：内螺纹：065B1432外螺纹：065B1332
DN50Kvs=40m^3/h编号：内螺纹：065B1450外螺纹：065B1350
模拟量控制驱动器：AME15，AME16，AME25，AME35
AME电子驱动器用在DN50以下的VRB，VRG，VF，VL，VFS2，VEF2阀门。该驱动器自动适应行程到阀的终端位置以减少调试时间。电源电压：24V~。适配器编号：065Z7548，介质温度超过150℃。阀杆加热器，用于DN15~DN50的阀门，编号是065B2171。
手动平衡阀：MSV-C该阀用于平衡制冷、供热和生活用水系统的流量。其特点有：固定的测量孔板；带有2件针式测量接头；手轮具有关断功能，一圈360度均可读数；数字刻度指示，并具有锁定功能；固定孔板测量精度是+-5%，MSV-C为内螺纹。
八、风机盘管系统的监控
风机盘管系统的控制通常包括风机转速控制和室内温度控制两部分。
1、风机盘管系统的监控功能
（1）室内温度测量；（2）冷、热水阀开关控制；（3）风机变速及启停控制
其监控原理图如图
九、新风机组的监控
新风机组通常与风机盘管配合进行使用，主要是为各房间提供一定的新鲜空气，满足人员卫生要求。其基本监控功能有：（1）监测功能检查风机电机的工作状态，确定是处于开或关；检测风机电机的电流是否过载；测量风机出口处的空气温湿度，以了解机组是否已将新风处理到要求的状态；测量空气过滤器两侧的压差，以了解过滤器是否要求清洗；检查新风阀状态，确定是开还是关。（2）控制功能根据要求启停风机；控制水量调节阀的开度；控制干蒸汽加湿器调节阀的开度；换热器的冬季防冻保护（3）集中管理功能显示新风机组启停状态，送风温湿度，风阀，水阀状态。通过中央控制管理机启停机组，修改送风参数设定值
为实现上述功能，相应的硬件配置如下：
新风机组的新风阀配置开关式风阀控制器。这是因为新风机组的风量是根据工作区内人员数量计算出来的，一般不做调节，因此新风门只有开、闭两种状态。在风机开启时，风阀全开，停机时，风阀全关。风阀的控制通过一路DO通道完成。当输入为高电平时，风阀全开；低电平时，风阀全关。若要了解风阀的实际状态，还可以用一路DI接受风阀执行器的反馈信号。
十、电子机械房间恒温控制器RMTE
该控制器广泛应用于商业、工业和住宅建筑。适用于供热，制冷和全年空调系统的室温控制，特别是风机盘管和电加热器等。特点是：高度敏感，无基准振动问题，硬防火塑料底座和上盖，一体结构，易于安装，系统OFF位置，切断所有环路。RMTE-HC2适用于2管制供热/关断/制冷，温度范围是10~30℃。电源等级：230V+-10%50/60HZ电流等级：恒温控制器1A230V/AC风机6（2）A230V/AC
十一、区域电动阀ZV-2/3
该系列阀门与时间温度控制器一起用来控制家庭和商业的中央供热，热水及冷水系统中的水量。主要参数：适用于各种安装要求和偏好，适用于供热和供冷应用，性能可靠，使用寿命长，易于安装和接线，结构坚固。相关数据如下：
类型产品编号种类DN关闭压力KV螺纹（外）介质
ZV-215087N72402-通开/关152.5bar3.2G1/2”制冷/热水（+5/+90）
ZV-220087N7241202bar3.2G3/4”
ZV-225087N7242250.8bar6.8G1”
ZV-315087N72373-通分流器152.5bar4.3G1/2”
ZV-320087N7238201bar4.6G3/4”
ZV-325087N7239251bar5.7G1”
十二、SIEMENS3LD主控和急停开关
3LD1开关可用于控制主回路、辅助回路以及三相电机和其它负载。应用
它是手动隔离开关，符合IEC947-3/DINVDE0660第107部分(EN60947-3)标准，并且满足隔离要求。3LD1控制开关可以用于：起/停(ON/OFF)。控制该开关有三个相邻的主触头，在开关的任何一边都可以装第四个触头。这个触头可以是N触头或一个带1常开和1常闭触点的开关
SIEMENS3TH中间继电器
3TH系列中间继电器，适用于交流50Hz或60Hz，电压至660V和直流电压至600V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈及作为电信号的放大和传递，符合IEC947，VDE0660，GB14048等标准。继电器动作机构灵活，手动检查方便，结构设计紧凑，可防止外界杂物及灰尘落入继电器的活动部位。接线端都有罩覆盖，人手不能直接接触带电部位，安全防护性很高；继电器电磁铁工作可靠、损耗小、噪音小、具有很高的机械强度，线圈的接线端装有电压规格标志牌，标志牌按电压等级著有特定的颜色，清晰醒目，接线方便，可避免因接错电压规格而导致线圈烧毁。
十三、压差控制器
根据阀门口径，选择以下几种：ASV-PVDN25ASV-PVDN32AIPDN50
ASV压差平衡阀可自动保证供热和制冷系统的水力平衡。该工程中采用的是定水量系统，压差控制器用在排气与吸气压力自动保护中。使用ASV阀门，可避免烦琐的调试过程，安装完阀门即可。在所有负荷下自动平衡系统，也有助于节能。安装时需安在回水管，且流向应与阀体上的箭头一致。
十四、参考文献
建筑环境与设备的自动化刘耀浩天津大学出版社
篇（2）
一、攻关的任务、考核目标及主要技术指标：
经过论证，我们在专题合同中将各种指标定位在：
本专题的攻关任务：研究智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统，该系统包括两项任务，其一是开发家用管理软件，其二是开发家庭智能控制装置，实现对居室温度、湿度进行自动调节；对厨房用具进行时序控制；对卫生间的排风进行控制。而家用电脑管理软件要对家庭设施进行管理并提供若干家政服务程序。
本专题的考核目标：提供具有居室空调、厨房监控、卫生间自动排风功能的微机控管装置一套；提供家用电脑管理软件一套；住宅温、湿度等参数应满足智能住宅规定标准；在示范工程中应用该项成果。
本专题的技术经济指标：温度、湿度等主要被控参数应满足智能小康住宅标准（温度18℃～28℃，湿度30％～70％）；系统运行可靠。
在进行该项专题的进一步研究的过程中，结合当前先进技术的发展以及我国智能住宅发展状况，在原有的合同的基础上，我们对家庭智能控制器又增加了三表远传、安防等功能。
二、专题执行情况评价
本专题按两个部分实施，即家庭智能控制器和家用电脑管理软件的研究：
1、家庭智能控制器
（1）功能
本专题所开发的家庭智能控制器即智能节点具有4路模拟输入，12路数字输入，12路数字输出，其所实现的功能如下：
通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。温度控制达到智能小康住宅规定标准：18～28℃。
通过对室内湿度监测，得到实际湿度与设定湿度比较：当实际温度高于设定温度一定值时，关加湿器；当实际湿度低于设定湿度一定值时，开加湿器。湿度控制达到智能小康住宅规定标准：30～70％。
对三表实行脉冲计数，并发送到上位机。
当门磁或红外报警时，在设防状态下，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
玻璃破碎报警时，声光报警启动；在设防状态下，自动拨号器启动：有报警信号传到上位机。
紧急按钮报警时，自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
排风扇按钮控制排风扇，排风扇运行一段时间自动关闭。
烟感探头报警时，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位，此外，通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。
煤气泄漏报警时，排风扇启动，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。
通过上位机运作，可以控制厨房设备按一定时序启动。
温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
与本专题预期目标相比，我们在设备监控的基础上，增加了安防功能，三表远传功能；我们经过认真研究，考虑研发产品的应用和推广，我们单片机来完成这些功能，而是采用了先进的现场总线棗LON总线。
（2）应用的LONWORKS技术特点
本专题采用了LONWORKS技术进行开发，该技术有如下特点：
开放性：网络协议开放，对用户平等；
通信媒介的多样性：可采用任何媒介进行通信，如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，并且同一网络可以有多种通信媒介；
互操作性：其通信协议Lontalk是符合ISO定义的OSI模型，任何制造商的产品都可以实现互操作性；
网络拓扑：有星型、总线型、环型以及自由型；
网络结构：主从式、对等式或客户/服务式结构；
通信的每帧有效字数可从0至228个字节；
通信速率可达1.25MB/S，此时有效距离为130M；78KB/S的双绞线，直线通信距离可达2700M；
其技术核心器件棗Neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种I/O对象和定时器以及LONTALK通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。
近年来，该技术在国内外的智能建筑领域都得到了应用和发展，其开发工具平台强大，开发者在短期内就可以完成开发工作；在韩国、日本、澳大利亚、加拿大等国都已经利用该技术完成多项工程；并且，总体来看，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。
（3）解决的技术关键
功能集成：在目前智能住宅产品中，实现单一功能（如抄表、安防）的产品很多，本装置将三表收费、三防、厨房设备监控、室内环境监测、卫生间排风扇控制等功能集成在一起，真正实现了功能集成。
采用了Lonworks技术：Lonworks技术作为先进的总线技术，在本专题得以采用，将会更有利于家庭智能控制装置的推广。
模拟量的引入：从长远来看，将模拟量引入智能住宅将是必然，而目前国内几乎没有智能住宅产品将其引入，本装置将模拟量引入，也体现装置的前瞻性。
软件编程语言采用NeuronC语言，利用该语言事件驱动任务的特点，增强了装置的实时性。
本装置可灵活组态：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留出端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气表输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。
与目前系统集成商所提出智能小区方案相比，本专题将家用电脑引入家庭智能控制系统来管理家庭设施。
住宅节能：我们认为，智能住宅在提供给人们安全、舒适的环境的同时，也应将节能的概念引入智能住宅中。在本专题中，我们对卫生间排风采取实时控制，使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能；我们通过对室内温度的设定，在不同季节内对空调或供暖设备进行控制，使其在一定的条件下工作，当达到预期要求时，立刻停止工作，进而达到节能的目的。
模数转换通信匹配问题：在本专题中，我们利用Max186芯片对采样的温湿度信号进行模数转换。Max186芯片具有12位精度，其与LONWORKS技术的neurowire方式进行通信需要匹配，本专题解决了这个问题。
本专题所开发出来的家庭智能控制器比较成熟，可作为产品投入市场，并且，该家庭智能控制器已经在北京翌景嘉园使用。与目前国内同类产品相比，其性能价格比是最优的（具体情况见效益分析）。
2、家用电脑管理软件
家用电脑管理软件是在Delphi5.2平台上开发而成，其功能、设计特点如下：
（1）功能
提供家庭生活服务信息。主要有：医疗保健知识、家庭菜肴、点心制作方法及饮食科学知识、女性美容装饰常识、花鸟鱼种值饲养方法、旅游知识、保险知识及家庭生活中的一些常用信息等。
提供家庭事物管理手段。这部分主要内容有：家庭财务、亲友通讯录、个人档案管理。
该软件通过网卡直接对家庭设施进行管理：三表计费、设备状态显示、厨房设备时序控制、温湿度设定。
（2）软件特点：
是软、硬件技术成功结合的典范：考虑到“小康住宅”的特点，将计算机硬件、软件技术相结合，通过LON控制模块成功地实现了对住宅内的环境监测及设备监控。
实用性强：在本软件中，我们以科学实用为原则，从医学、美食、旅游、保险、美容装饰、花鸟鱼种植饲养、财务管理、通信录管理等方面为用户提供了及其丰富的生活服务信息，以便为用户的工作、学习提供更多的方便。
易学易用：在软件开发过程中，我们在不影响功能及生动性的前提下，尽量使界面简洁、直观，并具有逻辑性，从而使得用户容易掌握软件的思路及操作方法。
三、成果应用前景及效益分析
建筑业是国家的支柱产业，住宅建设占总房产建设投资的80％左右，国家十分关注住宅建设，继“解困”、“安居”工程后，又努力实施“小康”工程。为了加大“小康”工程力度，国家把“2000年小康城乡科技产业工程”列为国家重大科技产业项目。可见，投身于住宅小区智能化以及相关产品的研发，既有利于推动建筑业的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。
1、国内智能小区市场预测
随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术的延伸，智能建筑应运而生。智能小区是智能大厦的基本含义中扩展出来的。以1999年为例，国家在99年对住宅的投资1700～1800亿元人民币，根据建设部对小区初、中、高三个等级的划分，小区智能化为住宅小区总投资的1％～3％。以此比例计算，则仅99年度对小区智能化的需求就达17～54亿元人民币，而随着住房体制改革的不断深入及人们对住宅环境要求的不断提高，该数值还会将大幅度提高。由此可见，小区智能化市场前景广阔。
2、本专题的实用性及前瞻性
“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”作为2000年小康城乡科技产业工程“的一个专题，该项研究应用LONWORKS技术开发并在住宅示范小区工程中试运行。该家庭智能控制器具有很强的灵活必一，根据用户需要，可以进行灵活配置，例如：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留同端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气气输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。总之，该家庭智能控制器即适合现在智能住宅的要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。
我们开发的家庭智能控制器再加上各种传感器构成的控制系统，其价格为4000元左右，即每个住户用于智能化投资在4000元左右，与当前国家制定普及型智能住宅价格（5000元）相比，相对价位下降20％；而从长远来看，随着人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各类相关器件价格的下调，大多数用户对智能化的投资是可以接受的，并且其所带来的各种效益是无法估量的。
4、本专题的社会效益
本专题是以小康住宅智能化宗旨，旨在为人们提供舒适、安全、健康的环境。这一方面提高了人们生活水平，另一方面也为人们的高效率快节奏提供了条件。
智能住宅设施的自动控制和管理，既需要相关行业的支持，也促进相关行业的发展。智能住宅建设的兴起，将使许多相关企业投入建筑市场，又为许多人提供了就业机会。
此外，对于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。
四、专题调协的科学性和合理性的后评估
本专题设置的科学性和合理性可从以下几方面反映出来：
1、专题在智能小区的地位
智能小区在智能化大楼的基础上扩展和延伸出来，人们通过对小区建筑群的四个基本要素（结构、系统、服务、管理）进行优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的人居环境。从以上的定义可以看出，人们通常提出的智能大厦的3A（建筑设备自动化、办公自动化、通信自动化）或5A（在“3A”的基础上加上安防自动化和防火自动化）也适合智能小区，所以智能小区的“智能”很大一部分都体现在其自动化的程度。此次国家制定的该课题与以往课相比，其对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（厨房设备的自动化以及模拟量的引入随着人民生活的提高也将会被人们接受）。总之，本专题对智能小区“智能”的研究，在智能小区的整体研究中起着相当重要的作用。
2、未来市场走向
笔者认为，建筑业是国家的支柱产业，住宅建设将占房产建设投资的80％左右，其中对智能小区投资占总房产建设投资的8～24％，在这种背景下，国家将会进一步加大对智能化建筑的投资。由于智能小区的概念是近几年才形成的，单个功能或系统如抄表、报警功能在一些住宅小区中已经有些应用，但是还没有哪个厂家能够推出从总体上设计和规划成熟的智能小区网络化综合管理系统，目前的市场还处于群龙无首阶段。此时，国内市场急需一种性能价格比较高的智能化产品，这时研究智能型住宅家庭设施控制和管理系统将有更重要的意义。
3、用户需求
随着生活水平的提高，一方面，人们对住宅的追求不仅仅局限于外表的装饰，人们对住宅的智能已经有了初步的认识；另一方面，在一些发达的城市中已经出现智能小区并为人们所接受。此时研究本专题开发出适合人们要求的智能化产品也具有很重要的意义。
4、科技含量
可以说智能小区是随着计算机技术、通信技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。智能小区的“智能”也可理解成为其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小区智能化的水平。本专题所采用的LONWORKS技术是最近几年内流行的先进的现场总线技术，运用该项技术研究本专题并开发出基于该技术的产品，将更有利于该产品的推广，并且随着LONWORK技术本身的改进和提高，智能化产品也利于更新换代。
总之，“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题的完成，一方面，为家庭设施智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定家庭设施智能化规范提供了参考。并且，本专题开发出来的成果正在转换成产品，这进一步证明了专题设置的科学性和合理性。
五、经费决算和经费使用评价
国家科委为“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题攻关拨款10万元，于1999年9月拨款到哈尔滨建筑大学，课题组将其分成两个子项实施，即智能家庭控制装置和家用电脑管理软件，经过一年多的研发，现已完成。其经费使用情况如下：
收入
支出
科目实际数（万元）科目金额（万元）单位自筹2仪器设备费1.5国家拨款10材料费0.5加工费0.5试验费1.0管理费3.0劳务费2.0软硬件费1.0调研费1.5其他1.0合计12合计122、经费使用评价
本专题的研究采用LONWORK技术，并要求在示范小区试运，这样做可保证技术的先进性和成果的推广。但应用该技术必须在其开发平台上完成，我们没有（国内仅少数单位具有）开发工具，该开发系统由美国ECHLON公司专卖，价值二十万元。其次选择示范小区，也要花费相当数量的费用。面对这两项主要开销，国家科委下拨的十万元是明显不足的。为了解决经费的不足，我们采取如下措施：
（1）将该专题分成两个子项，即智能住宅家庭控制装置和家用电脑管理软件。其中智能住宅家庭控制装置由于采用LONWORKS技术，我们决定采用合作开发的办法，而家用电脑管理软件采用自主开发，经费分项使用。
（2）选择北京德达数据系统有限责任公司作为合作伙伴，主要原因是该公司作为国内智能建筑领域起步最早的企业之一，其在智能建筑科研、设计、安装颇具实力，并且还备有开发技术产品的成套设备。与该公司合作，他们可提供开发设备和安装调试条件，我们出技术、人力，这样做就不需购买专题开发用的设备，也就节省了这笔大的开销。
（3）确定北京翌景嘉园示范小区作为试运点，该智能住宅小区是北京德达数据系统有限责任公司承接工程，其中有该公司科研、开发、实验样板间，利用该样板间提供的条件（其中包括智能住宅的多种传感器），可以节省现场安装调试所需的硬件费用。
（4）本着节省的原则办事情，由于合作单位、示范小区均在北京，而我们在哈尔滨，两地的差旅费将要占科研经费的三分之一，我们利用北京德达数据系统有限责任公司提供给校方人员的食宿条件以及按每次出差要集中高效办事的原则，使差旅费的花销仅用原计划的一半。
由于利用以上一些措施，使得该项目实际用费基本与国家科委拨款持平。
六、存在的问题
目前，国内没有一个完整的智能小区规范，这为定位智能住宅的功能带来一定难度，本专题对家庭智能控制装置的功能是结合我国智能小区现状及各种技术资料定位的，并且对每个家庭所配置节点数还有待进一步研究。
篇（3）
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。
篇（4）
1．2缺少煤矿电气背景的相关实例通过与工作后的毕业生交流，发现有一条信息非常突出:大部分毕业生很难将自动控制原理中所学的分析与设计方法应用到工程实践中。这主要是因为所学课程大部分实例与学生所学专业相关性不强，多数学生对案例中涉及的专业背景不熟悉，导致学生对学习课程的必要性、重要性和实用性认识模糊，学习兴趣不高，学习“自动控制原理”死搬硬套，应付考试的现象严重，缺少灵活运用和开拓创新的思路。上述这些问题直接弱化了“自动控制原理”作为专业基础课程的作用。
2“自动控制原理”授课内容调整
为顺应煤炭电气化发展需求和人才培养定位，突出煤矿电气特色教学目标，从课程教学内容、教学实例等方面进行研究和探索，对课程的基础理论与实践教学进行优化。
2．1优化授课的内容体系、深度和广度研究各章节基本内容的联系，调整课程授课体系，以系统建模、分析和综合设计为主，突出煤炭行业背景，注重基础知识的灵活运用。“自动控制原理”在传统教学上一直沿用自动化专业的授课体系，造成“自动化类”和“非自动化类”的界限模糊。对于定单班该课程学时数少的情况，若按“自动化类”体系授课，只能加大课时信息量，造成学生对教学内容难以及时有效消化，影响教学效果。研究如何在有限学时内让学生熟练掌握控制原理的基本理论，并突出煤炭电气工程实践能力培养，成为构建定单班授课体系的关键。参照培养定位，结合后续的相关控制理论的专业课程，从课程体系出发，以系统建模、系统分析和综合设计为主线，调整授课知识点深度和广度。如在讲述建立数学模型基本内容时，应选取有一定煤矿工程背景的系统，给模型赋予形象的物理意义，使学生正确理解实际模型与抽象模型的区别与联系，并从不同的角度对系统进行建模，加深对实际系统建模的理解。系统分析方法是控制系统综合设计的基础，这部分内容主要包括时域分析法、根轨迹法、频域响应法，这些是控制理论教学的重点，应保留原有知识点的深度。抓住采用时域分析法、根轨迹法和频域响应法分析系统的稳定性、快速性和准确性的特点，加深学生对不同方法的理解，这是系统分析的关键。对于离散系统、非线性系统和现代控制理论，由于培养计划中后续课程相关性较小，可以降低这部分知识的深度和广度。
2．2增加煤炭电气控制系统实例系统设计对培养学生的分析、综合能力及创新能力十分重要，也是教学的难点。在授课过程中，要注意研究与选取煤矿电气工程中的典型范例，如矿井提升机控制系统、掘进机控制系统、通风机控制系统以及排水设备控制系统等，突出煤炭行业背景，从实例分析中去了解系统的结构特征、工作原理和设计要求。生动的工程实例可大大激发学生的学习兴趣，引导学生感受控制理论的魅力，深刻理解“学以致用”的意义，使学生对课程的学习达到知识和能力的双重提升。
3实施案例
矿井提升机调速系统要求平滑调速且调速精度较高。提升机电气传动系统的加、减速过程要平稳(无超调)。控制系统应保证在额定速度时有±1%的精度。
3.1准确性分析假设提升系统采用恒速控制，选单位阶跃函数作为典型的外作用。由一阶系统分析方法可知，一阶系统完全可以跟随阶跃信号，且稳态误差为零，所以提升系统±1%的控制精度是可以保证的。
篇（5）
（一）提炼课程内容的总体逻辑关系
自动控制原理课程系统地讲述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，涵盖了自动控制技术从系统建模到系统设计的各种思想和方法，内容十分丰富。作为授课教师，首先应该沥青这些内容间的逻辑关系。经典控制理论的基本理论包含反馈控制系统的分析和设计方法两方面的内容，具体的包含关系如图1所示。为了让学生更好地理解各部分知识的有机联系，对上述经典控制理论体系建立“三纵”和“三横”两条知识主线。控制系统分析与设计的主要内容是研究系统的特性，即稳定性、动态特性、静态特性。又称控制系统“三要素”。从性能指标是看，就是俗称的“稳，快，准”。把这三方面的性能指标称为“三横”。所谓“三纵”是指在不同的域内进行系统的分析与设计，即时域、复域、频域。掌握系统在不同域中的数学模型表达，即可进行系统的特性分析与设计，因为所有问题的分析和求解都是建立在数学模型基础上进行的。加强对这两条线的理解，可以使学生统观全局，把握研究方向。
（二）采用提纲挈领的碎片化原则
要将自动控制原理的授课内容碎片化为一些短的相对完整的知识单元，需要采用提纲挈领的组织方法。首先介绍每个知识模块的内容要点，然后交代每个知识点的关联性，精炼举例推导过程。贯彻“少而精”的原则。对于所讲的内容要分清主次，突出重点，精讲内容，同时要注意有较高的系统性、逻辑性，保证知识的质量，难点精心组织，一定要讲懂。精讲内容不是少讲内容，有些内容反而要加强。例如，在讲解经典控制理论中的数学模型时就可以按照如下思路处理。首先将数学模型分为三个内容要点：微分方程模型、传递函数模型和图形方式的数学模型。其中微分方程是时间域的模型，传递函数是复数域的模型，图形方式的模型是数学模型的图形化语言描述。当推导系统的微分方程描述时，精选两个相似系统作为例子来说明系统的建模过程。这样，由于有目的地选择有启发性、可延伸性与典型性的问题，使每一节、每一章的内容都具有明确概念、传授方法、启发思维、培养能力的作用。这种提纲挈领的组织方法，层次清楚关联性强，容易将碎片化内容联系起来。
（三）结合学科发展，适时更新
基于MOOC模式的教学过程由于安排了较多的课程讨论环节，教师单独的讲授环节要比传统课堂压缩。这样在教学内容就需要有所取舍。根据学科发展趋势，新的发展方向和应用工具应该增加介绍；已经被其他方法取代的方法可以忽略介绍。无论是理论家还是工程师，人们总是把最先进最有效的理念和技术用于控制工程。如：控制与管理的结合、信息流与物质能量流的互动、复杂系统研究与应用等均表现出很强的时代特征。在当今这个信息时代诞生了网络控制、基于数据的驱动控制等新的控制概念。而传统的手工绘图方法已经可以由计算机辅助软件完成。经典控制理论在上个世纪四、五十年代已经形成了比较完整的理论体系，频率特性法、根轨迹法等直到现在仍然是系统分析和设计的主要方法。经典控制理论的一个重要特色就是采用简便直观的图解方法，因此也得到工程技术人员广泛欢迎。在讲授这些内容的时候，几乎有一半的学时是在学习这些图形的画法。例如，频率特性图就有伯德图、乃奎斯特图和尼柯尔斯图等几种，学生需要记住每种图形的坐标要求及计算方法。随着计算机辅助分析技术的发展，目前已有像MATLAB这样的成熟的软件可以帮助画图。所以在授课时就减少介绍手工做图的内容，而将分析和设计的方法作为重点内容，从而训练学生作为控制工程师的高级思维能力。当然，在这种碎片式的教学过程中也要注意逻辑的连续性。学生在分析思维之前，往往需要直观思维，在演绎之前要有归纳，在联想之前要有类比，在获得正确的认识之前要有辨析。在进行单元章节复习时，一定要求学生自己去发现知识的内在联系，然后再重新组合材料，进行知识归类、延伸与扩展。在整个教学过程中，教师要引导学生经常反复复习，循环螺旋上升，从整体上掌握知识的脉络，保证学习者长期的学习积极性。
二、课程教研组的建设
篇（6）
1.污水处理可能对三峡库来说还算是一个新星的行业，在三峡库区新建的污水处理厂中，大部分设置了自动化控制系统，力求对整个污水处理过程实行全面监控。但由于这项工作尚处在实践摸索阶段，与国外水平相比存在较大差距，主要问题是：
（l）主要控制设备功能不稳定，特别是在线仪表的准确性和稳定性来看，不能完全达到由计算机控制的要求。
(2)自控水平低，距智能化自动控制还有很大差距。
(3)运行条件变化范围大，某些工艺环节尚在不断调整。
(4)运行操作人员尚不能对工艺进行全方位控制操作。
由于以上条件限制，大多数污水处理厂的自控系统只能发挥监视和对部分设备进行远程控制的功能。长寿污水处理厂针对以上问题，自2003年5月试运行到现在来看，根据实际运行,并通过对部分设备的改造和完善，加之对现场运行操作人员的技术培训，使中控室具有集中控制、监视、现场故障报警等功能。操作人员可在中控室进行操作，为安全稳定运行提供了保障。
2.长寿排水公司自控概况
长寿污水处理厂处理长寿区20万人生活污水及工业废水，我厂监控系统采用工业以太网集中控制系统。此系统包括1个监控中心（中控室）、6个现场PLC站（模拟屏PLC0、配电间站PLC1加药间站PLC2、脱水间PLC3、PLC4站和紫外光PLC5站）。配电间站主要控制提升泵站、格栅井、沉砂池、氧化沟、二沉池、回流泵站、剩余泵站、贮泥池的自动运行；模拟屏站主要对模拟屏的数据处理控制；加药间站主要是对加药间的自动控制；脱水间2个站分别对1号和2号脱水机进行自动控制，紫外光站是对紫外光消毒系统进行控制。中控室则对全厂设备的控制操作及监视。现场分站采用的PLC可编程控制系统是美国AB公司以太网系统。
3.对设备的改造与完善
长寿污水处理厂从试运行以来，由于现场电气及机械设备存在一些问题，直接影响了自控系统的正常运行。根据存在的问题，结合实际运行情况及工艺要求，对自动化控制系统的现场控制设备进行了部分技术改造。
3.1对现场一些设备进行改造
由于我厂增加了一台脱水机和PLC柜，为了把新增的这台脱水机PLC柜的运行信号联到中控室，避免重新进行布线。使用交换机联接两台脱水间PLC柜，通过一根信号线接到中控室交换机。改造现场和配电机曝气机的二次控制回路，解决了中控室不能控制曝气机启停的问题。
1号2号氧化沟的变频曝气机由于控制转换开关处在开关柜
控制和机旁控制方式时，变频器模拟量4～20mA电流输入电路断开，使得不能输入变频器运行频率，变频器控制失效，不能运行。经考虑，短接模拟量电流输入的转换开关控制回路。
变频器频率信号（模拟量）、运行信号（开关量）没有输出给
PLC，使得上位机无法判断曝气机是否运行。过后经自动化人员改进后，只给出变频器频率信号（模拟量），运行信号可有可无（开关量）。
3.2对PLC源程序的修改、优化
试运行中，我厂由于采用的是巡检制度，将各分散值班点集中到中心控制室值班操作。所以必须对比较重要的报警参数根据实际情况做进一步的修改。通过对PLC可编程控制器的源程序进行修改、编译，主要是启停液位、报警液位、逻辑控制、出水流量、加药间液位、提升泵站液位差等。不仅实现了设备按工艺流程运行的要求，而且机械设备运行的准确性、安全性有了很大提高，电气故障大为减少。故障点检查也很方便，大大降低了电气设备的故障率，使现场自动运行更加稳定。更主要的是为自动化控制的顺利实现创造了条件。
另外对高压配电系统和一套独立的监控系统，如出现任何故障不仅有指示灯光报警，而且还配有语音报警系统，使值班人员一目了然，可清楚地判断故障发生的部位并做及时处理，避免事故的发生。
3．4安装视频监视系统的
为了让操作人员真正在中控室控制全厂、监视全厂、管理全厂，长寿污水处理厂于2002安装了BAXALL系列摄像机视频监视系统。它配合原有的自控仪表，对进水粗格栅、细格栅、提升泵、排砂泵、搅拌机、砂水分离机、氧化沟曝气机、二沉池、回流泵站、剩余污泥泵站、脱水间、办公室等10多个场所的现场情况，进行24小时全天候监视。
这套视频监视系统运行可靠。在中控室里，通过对摄像机的遥控。可以监视全厂20多个部位工艺设备的运行情况。如果按工艺流程在现场巡查一遍，需要30分钟左右，而通过视频监视系统，几分钟就可以对全厂工况浏览一遍，大大提高了工作效率。
3.5提升泵站和格栅井的控制
污水提升泵站安装两台潜水泵一用一备，在上位机设定常用/备用，按如下原理进行控制：
当泵站内水位达到1.70m时，一台泵启动；
当水位降至0.80m时，水泵停机，并发出报警信号。
粗、细格栅分别有时间控制/液位差控制，2种控制方法，我厂现在用的是时间控制。
格栅井安装粗、细格栅机两台，运行依据其前、后超声波液位差计测得的水位差进行控制。
当粗格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差超过20cm，粗格栅机、皮带轮输送机自动开机。
当粗格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差降至10cm，粗格栅机、皮带轮输送机自动停机。
当细格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差超过30cm，细格栅机、螺旋输送机，压榨机自动开机。
当细格栅机前，后超声波液位差计测得的水位差降至20cm，细格栅机、螺旋输送机，压榨机自动停机。
粗格栅、细格栅还可以通过在上位机设定运行、停止间隔时间的方式定时开启停止。当格栅每运行15分钟后停15分钟。皮带输送机、螺旋输送机与格栅联动，及格栅运行时，同时运行。
两组涡流沉砂池，每组涡流沉砂池内安装一台搅拌机和排砂泵，搅拌机长期运行。排砂泵把池底的污物抽送至砂水分离器。排砂泵每运行10分钟后停20分钟，时用，砂水分离器与排砂泵同时工作，以上设备均可在中心控制室监控。
3.6氧化沟的自动控制
本工程氧化沟设两组，日处理污水能力40000m3/d，每组氧化沟设计日处理能力2万m3/d。每组氧化沟PDSL-325（C）型倒伞型表面曝气机三台，其中1#，3#机组为恒速，逆时钟方向运转，单台机组充氧量为119kgO2/h；2#机组为变频调速，顺时针方向运转，单台机组充氧量为23～119kgO2/h，电机功率均为55KW；每组氧化沟安装两台溶解氧检测仪（DO仪）和一台污泥浓度检测仪（MLSS仪），一台DO仪和MLSS仪安装在接近出水口处，另一台DO仪安装在缺氧区。另一组氧化沟设备与该组氧化沟对称，倒伞型表面曝气机的运行按照氧化沟内溶解氧值（DO值）进行自动控制，其DO值以接近出水口处的DO仪的测定值为准。
当DO值在0.2mg/L<DO值<1.2mg/L范围内时三台电机都开启；当DO值在1.2mg/L<DO值<3.0mg/L范围内时开一台恒速机和一台变频调速机；其中变频调速机的调速频率分为五段（频率随着DO值减小而增大）；当DO值在3.0mg/L<DO值<4.0mg/L范围内时只开一台恒速机。如果DO值不在以上范围内那么开一台恒速机和一台变频调速机（频率固定）。
氧化沟内设一台污泥浓度（MLSS）测定仪，将MLSS测定仪测定值传送至中控室，用于调节活性污泥回流泵站及电动套筒阀的运行。
氧化沟内安装的各检测仪器（如DO仪、MLSS仪）的数据，由PLC1进行采集。然后PLC1将采集的数据通过控制层网络送至中控室用于控制相关设备运转。
3.7回流泵站的自动控制
污泥回流泵站安装潜水轴流泵两台，按如下原理进行控制：
在泵站出水侧及吸水侧（套筒阀井处）各设一台超声波水位计，出水侧设两个水位，一个正常水位7.8m，一个报警水位8.4m,吸水侧设四个水位，一个正常水位5.30m，一个启动水位5.00m，一个高限报警水位5.80m，一个低限报警水位4.40m；
当两个氧化沟的污泥浓度同时高于3000mg/L时，开启1台污泥回流泵，如果其中任何一个氧化沟的污泥浓度低于3000mg/L时只开启2台污泥回流泵。
本控制程序能使两泵交替工作（统计工作时间），负荷均等，从而延长二泵工作寿命。
3.8剩余泵站和贮泥池的自动控制
本泵站安装100QW70-7-3型潜水排污泵一台，其工作原理如下：
当贮泥池液位低于2.0m时,剩余污泥泵自动开启。当贮泥池液位高于4.5m时，剩余污泥泵站剩余污泥泵根据液位计信号自动停止运行，贮泥池液位在中心控制室显示及报警。另外，当贮泥池水位计超过贮泥池设定的最高水位或最低0.5m时，水泵亦由中控室控制自动切断水泵电源，泵站停止工作。
贮泥池安装超声波液位计，当液位为1.5m时，向脱水间PLC发出污泥泵停泵停止运行信号。
3.9加药间的自动控制
溶解、溶液池为两组，每组2m；每组内安一台搅拌机，和超声波液位计一套，工况一用一备；
溶解池加料加水后，搅拌机工作15分钟，搅拌机停车，溶液池的液位预报警（液位现场确定）；
当一格溶解池最低液位时（液位现场确定），自动关停药液输出电磁阀同时开启另一溶液池的电磁阀；
FeCl3液按照出水流量计信号自动调节频率，手动调节冲程控制投加量，使其出水水质达到国家一级排放标准。
3.10紫外光的自动控制
紫外光消毒采用的是德国威得高系统，控制方式采用的是液位控制，并由液位控制出水的电动阀门自动行动，使液位始终保持在1.7m，紫外光灯启动±5%左右。
3.11脱水间的自动控制
脱水间加药池设有一液位探头，当液位低于设计标准时，脱水机停止。
脱水机的控制主要还是以人工控制为主，操作人员在PLC柜在启停各个设备。
3.12现场仪表的控制
我厂的主要仪表有：液位计、进水PH值、溶解氧、污泥浓度、COD在线仪、浊度仪、出水流量计（其中大部分的在线仪表都自带得有温度计）。显示的具体形式以具体数值显示为主，操作人员可直观地读取各种数据。
3.13高压配电系统监视功能
此功能主要是对高压配电及供电系统的开关是合是断，通过在上住机（CRT）显示来提示有关人员。具体显示以示意图的形式实现。
3.14时间累计、故障次数和报警功能
主要功能是对所有设备运行的时间进行统计。报警功能是对设备运行出现的故障都有灯光和声音提示，准确及时地提示操作人员哪台设备出现了故障。故障出现时，运行设备立即停止运行。此部分功能的实现，为有关人员确定设备大修时间及日常保养次数提供了依据。
4.自控系统的使用效果
4.1快速准确地反映运行异常情况
当现场现出任何的异常情况，可通过监控系统和上位机系统一目了然的看出问题。有设备出现故障、上位机同时报警并停止该设备的运行，相应地计算机作故障情况记录，方便设备故障排除、管理、维护等。
4.2促进了职工技求素质的提高
实行自控，运行人员合并值班操作，对职工素质的要求也相应地变为复合型，这就进一步激发了职工特别是青年职工学文化、学技术的积极性。
篇（7）
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.
篇（8）
“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
篇（9）
中图分类号：TP13-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0310-01
随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。
一、现代控制理论的产生及其发展
控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论―或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。
1.经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。”
2.现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。
3.第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。
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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：
