自動控制類論文范文

導語：如何才能寫好一篇自動控制類論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：本機振蕩器直接數字頻率合成自動頻率控制脈內測頻

雷達系統根據其工作頻率一般分為米波雷達、分米波雷達和厘米波雷達，其接收機通常是超外差形式的。分米波雷達和厘米波雷達由于其工作頻率較高，一般都有自動頻率控制（AFC）系統，控制本振頻率自動跟蹤發射頻率的變化，或者控制發射頻率自動穩定在本振頻率對應的頻率點上，保證雷達接收機的中頻頻率穩定。但是傳統的模擬式單環路或雙環路AFC系統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，甚至有可能出現錯誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達由于在本機振蕩器上加裝了頻率調整裝置，影響了本振的頻率穩定度，這對動目標雷達而言是難以接受的。米波雷達由于其工作頻率較低，基本上沒有自動頻率控制系統，但是米波雷達的發射機工作頻率和接收機本機振蕩頻率由于環境溫度、電源電壓和負載變化而發生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對值不會超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通常≤1MHz），但是數百千赫茲的變化量使回波信號不能得到最有效的放大，造成雷達接收機技術、戰術性能降低，此時即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無法得到最有效的發揮。

應用鎖相環頻率合成技術實現雷達自動頻率控制系統已經是比較成熟的技術方案，這種方案的應用解決了非相參雷達的自動頻率跟蹤與本振頻率穩定度之間的矛盾，但是鎖相環固有的大慣性、大步進間隔和非線性誤差卻嚴重地限制著鎖相環自動頻率控制系統的性能，使其無法滿足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。

DDS技術是近幾年來迅速發展的頻率合成技術，它采用全數字化的技術，具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調制的優點，并能直接與單片機接口構成智能化的頻率源。基于DDS技術的自適應米波雷達自動頻率控制系統是新一代的自動頻率控制（AFC）系統，它以直接數字頻率合成技術（DDS）為基礎，以單片機為控制核心，通過高速高精度脈內頻率測量模塊對雷達發射頻率進行精確測量，然后由單片機控制DDS，對發射頻率進行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實現的數字式智能化自適應頻率控制系統。

圖2DDS頻率合成模塊結構圖

1系統組成及工作原理

基于DDS技術的自適應米波雷達自動頻率控制系統主要由高速脈內頻率測量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機和包括頻率顯示、控制鍵盤的人機接口模塊組成，如圖1所示。

系統采用高速高精度實時脈內頻率測量技術，利用頻率穩定度高達10－9的高穩恒溫時標對頻率進行倒計數法測量，由單片機對測量結果進行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對發射頻率的搜索和跟蹤。系統中除了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字電路，并結合了單片機具有的可編程能力，使系統避免了傳統模擬式AFC的缺陷，能夠實現更加靈活的控制。

雷達開機后，系統首先工作于搜索模式：單片機控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發射機耦合過來并經過衰減后的發射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號，經過頻率測量模塊測量后將結果送入單片機，單片機若判斷頻率測量結果不是規定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規定的步長（通常是頻率測量系統的頻率分辨率）調高，重復此過程，直到頻率測量系統測量得到的頻率值為規定的中頻頻率值為止。若搜索過程中本振頻率達到上限時仍未搜索到規定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開始新一輪的搜索。系統一旦搜索到規定的中頻頻率值就進入跟蹤狀態。

在跟蹤狀態，頻率測量模塊對每一個發射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進行實時精確測量，在發射脈沖結束時將測量結果送入單片機。單片機立即根據測量結果計算出響應的本振頻率調整量，并控制DDS頻率合成模塊調整輸出頻率，保證在目標回波信號到達接收機時，本振信號已經調整到與該發射脈沖頻率對應的頻率點上，使目標回波信號下變頻后的頻率值為準確的中頻頻率值，從而保證目標回波信號能夠得到最有效的放大。

跟蹤模式實質上是一個自適應的控制過程：某一發射脈沖的頻率比前一發射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測量模塊的測量結果升高（降低）單片機得到測量結果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規定值。

2硬件結構

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的內部時鐘，4～20倍的內部可編程倍頻器使外部輸入的時鐘信號頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線，內置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產生線性調頻信號和非線性調頻信號等復雜信號。

AD9854采用CMOS結構，工作電壓為3．3V，而單片機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，必須經電平轉換后再與AD9854接口，AD9854的時鐘信號也必須經過電平轉換后送到AD9854的時鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個通道都是反相的互補輸出，經MAX436放大后濾波，然后再經MAX436放大到雷達要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號送到頻率測量模塊進行頻率測量，系統已經知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測量出發射脈沖的中頻頻率就能計算出發射頻率；另一路作為接收機的本振信號。

根據奈奎斯特采樣定律，當DDS系統的時鐘為300MHz時，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應用中通常只使用到時鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達的本振頻率上限略高于120MHz，經查閱AD9854的數據手冊，其輸出頻率能夠達到理論的150MHz；同時經實驗證實，AD9854能夠在雷達本振頻率上限值處穩定工作，且輸出信號質量完全可以滿足雷達系統對本振的要求。

2．2高速高精度脈內頻率測量模塊

高速高精度脈內頻率測量模塊采用倒計數法進行頻率測量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計數器T0、計數器T1和時序控制電路組成。圖3是其結構的組成框圖，圖4是倒計數法頻率測量的時序圖。

倒計數法測頻是用被測信號的N個周期形成一個計數門時間T＝N·Tx，在T時間內由時標F0計數，這樣一來測頻就相當于測量門寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。

某型雷達的發射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發射機是單級振蕩式發射機，每個脈沖在起振和停振的過程中振蕩不穩定，因此取中間的10μs作為測頻區間。該型雷達的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時，發射脈沖與本振信號下變頻的輸出頻率應該是準確的30MHz，在10μs的測頻時間內應有300個脈沖，即可取N＝300；高穩定的時標的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據此可計算出測頻的分辨率是30kHz，相對于雷達中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標完全能夠滿足雷達系統的要求。用頻譜分析儀實際測得的系統跟蹤誤差如表1所示。

表1實際測得的系統跟蹤誤差表

發射頻率/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

模塊的工作過程是：當雷達觸發脈沖到來時，時序控制電路打開計數器T，發射脈沖隨后到來，經下變頻、濾波、整形后轉換成TTL方波作為計數器T的時鐘。當計數器T計到第32個脈沖時，時序控制電路打開計數器T0，T0開始對高穩定時標計數；當計數器T計到第332個脈沖時，時序控制電路關閉計數器T和T0，并通知單片機已經完成一次頻率測量，單片機取走測量結果，并對硬件電路復位，準備下一個周期的測量。

2．3高穩定度恒溫時鐘模塊

本機振蕩器的頻率穩定度是影響雷達接收機性能的關鍵性指標。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩定度僅僅取決于其時鐘的頻率穩定度，因此選用頻率穩定度高達10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個系統的時鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩正弦波經放大后整形為標準的TTL方波，一路作為頻率測量模塊的時間標準，另一路經F161分頻為25MHz的TTL方波，經電平轉換后作為AD9854的外部時鐘信號，利用AD9854內部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內部時鐘頻率下。高穩定度恒溫時鐘模塊組成框圖如圖5所示。

3軟件結構

單片機是整個系統的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優勢對系統進行靈活有效的控制。圖6是單片機的軟件框圖。

通電以后單片機首先進行初始化，然后設置DDS模塊的工作模式等參數，再進行時序控制電路的復位并對所有計數器進行清零操作。隨后單片機不斷查詢測量完成信號。當時序控制電路在雷達觸發脈沖的作用下完成一次測量時?熏就通過該信號通知單片機，單片機一旦查詢到測量完成便立即讀入測量結果。然后進行分析，是標準中頻頻率時不進行本振頻率的調整，直接準備下一脈沖周期的測量，若不是則計算所需的頻率調整量，控制DDS頻率合成模塊進行頻率調整，然后再準備下一脈沖周期的測量。

搜索和跟蹤過程的區別主要在于計算頻率調整量的方法不同，其它流程基本一致。

篇2

論文摘要：探討了電氣及自動化專業控制類相關課程關系及地位，結合控制類課程的問題進行深入的分析與研究，從教學內容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學質量和人才培養方面有明顯效果。

對于電氣及自動化信息類專業學生來講，控制類相關課程具有重要地位，主要包含“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等相關課程。“自動控制理論”和“現代控制理論”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、基本方法的一門專業基礎課該課程，是一門重要的控制類專業的基礎課，具有較強的理論性，對于工程實踐具有重要的指導作用，因而受到人們的廣泛重視。目前不只是控制類專業，越來越多的非控制類專業也都把自動控制理論作為一門重要的專業基礎課來學習。但是“自動控制理論”、“現代控制理論”課程數學計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，加之未接觸專業課，沒有具體應用的物理模型，僅以數學模型為基線講，學生往往會認為“自動控制理論”與專業無關而無學習興趣，這是多年來常規教學始終感到困惑的原因。而后續“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”專業課是以電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執行機構，在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控制系統。如何講授“強理論性”課程，使學生真正認識到學好理論可獲得對電氣信息類多門專業課的理論支撐，從而學好后續專業課程是教學改革的主要目的。需結合“自動控制理論”、“現代控制理論”專業基礎理論課程與“運動控制理論”、“儀表及過程控制”，“計算機控制”專業課程的問題進行深入的分析與研究，從教學內容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行全方位、多層次的改革探索和實踐，將對教學質量和人才培養方面有明顯效果。

本項目探討了如何更新和重組控制理論相關課程的教學內容，保證教學內容的系統性、先進性和實用性，以適應形勢發展的需要。提出如何學習和掌握這些課程，包含“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”、“計算機控制”等控制類課程的教學內容的一些方法和措施。

一、教學內容、方法及形式改革

1.教學設計

近年來，不斷更新觀念，壓縮精簡陳舊過時的教學內容，加強現論及現代方法的內容，很好地解決先修課程和后續課程的銜接問題，避免內容的重復，進一步優化課程體系。建立一套適應性強的包括理論講授、計算機輔助設計、實踐教學和強化訓練等方面在內的全方位教學新體系。

2.教學方法

將課堂教學、實驗教學、課程研討、網絡教學等有機地結合起來，并充分利用多媒體教學手段提高教學效率、創造視覺的新感受、激發學生的學習興趣和熱情。內容取材時，不僅體現控制理論課程內知識點之間的內在聯系，還體現課程群之間的相互關系。

3.教學手段

在教學組織過程中，積極采用現代信息技術改進傳統的教學手段，在多媒體教學、網絡課程等方面努力探索。統一制作“自動化概論”、“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“過程控制理論”、“計算機控制”電子教案和CAI課件，并將授課課件在課程網頁上，可供學生課余預習、瀏覽、復習等。另外，教學大綱、授課計劃、實驗指導書、學習指導以及教材和參考文獻均可通過網絡方便查閱。在課程開始即公布授課教師的信箱和電話號碼等聯系方式，密切授課教師與同學之間的聯系，使學生有問題可及時獲得老師的輔導答疑，也可通過網上答疑相互交流，打破班級與時間的束縛，在平行班級中實行聽課和答疑共享。

4.教學改革與教學研究

精簡教材和教學內容，教學組定期進行集體備課，加大對該課程與前后各門課程之間的銜接研究，避免內容上的重復，使其與其他相關課程融合為一個有機的整體。建設可用于大多數工科專業的“控制理論”平臺課程。不斷改進和完善本課程的新體系結構，充分體現其基礎性、應用性、前沿性和系統性；配合新的教材和課程體系，研究并建立配套的新實驗體系，強化自主性、設計性、綜合性和創新性；以MATLAB軟件為基礎，構造開放式小車倒立擺綜合實驗平臺，將分析、設計、仿真、虛擬實驗、模擬實驗融為一體；開發先進的多媒體課件，將MATLAB平臺和虛擬實驗融入到教學過程中，使教學更為直觀生動，更具趣味性和吸引力；完善了課程網站，完成了課程輔助教材的修改和編寫，各類題庫建設、網絡統計功能、遠程教學管理系統、虛擬實驗內容的擴展及網絡版的開發等；使其真正成為學生自主學習、師生互動、雙向交流的園地；教考分離，采用試題庫出題，統一考試，流水閱卷，考后進行詳細的試卷分析。

二、實踐教學改革

實踐性教學環節是學生能力培養中的重要環節。工科學生除要掌握一定的工程技術知識外，還要有較強的實際動手能力。

1.改革實驗課教學，建立體化實驗教學體系

實驗教學是“控制理論”課程的重要組成部分。通過實驗不僅能夠培養學生分析問題和解決問題的能力，驗證所學理論，而且對所學內容能夠提出一些新的見解。為了適應教學改革的需要，在實驗室建設方面的指導思想是：將傳統的模擬實驗與MATLAB環境下的仿真實驗相結合，將基礎理論驗證類實驗與自主型、綜合型、設計型實驗相結合，將基本實驗與創新實驗相結合，建立一個立體化的實驗教學體系，從而滿足不同階段實踐教學的需要，為激發學生的創新意識提供硬件平臺。

由于實驗課內容和形式的多元化，大大激發了學生做實驗的主動性、積極性和創新性，學生可以通過預約或上網自主地開展多項實驗，進行理論驗證、性能分析和綜合設計，對提高學生的實踐能力和本課程的學習都將起到良好的作用。

課程組織形式與教師指導方法，對于教學大綱規定的必做實驗，由任課教師和實驗教師共同指導完成；對于設計性、綜合性、創新性實驗，學生自己利用課余時間完成，可以預約指導教師給予宏觀上的指導。

2.積極開展大學生科研實訓活動、參與教師科研項目

引導學生積極參加大學生科研實訓項目，吸引有興趣的學生參與教師的科研活動，培養學生嚴謹的科學態度、創新意識、創業和團隊合作精神，提高學生初步的科學研究能力以及工程實踐能力，培養學生獲取知識及撰寫論文的能力。

三、控制理論專題授課方案

根據“自動控制理論”、“現代控制理論”、“運動控制理論”、“儀表及過程控制”課程大綱的要求，在適當時候，以某一專題講座的方式授課。將各種教材進行比較、處理、揉合，組織成各個專題，以高質量、高水平、高效率來達到最佳教學效果。由于專題授課具有綜合性、整體性和探討性，使其信息量得以加大，知識在綜合和分析中得到延伸，既提升授課內容，使之濃縮為精華，又吸引了學生的注意力和參與興趣。

四、應用現代教育技術

開發研制了計算機輔助教學課件。教學課件以教材為藍本，包含簡明、清晰的授課講義、重點、難點、例題演示、控制系統計算機仿真和控制系統分析計算等內容，既有課本內容的直接再現，又增加很多有助于講解理論和計算方法的表現手段。課件以計算機為載體，既可用于課堂教學，又可通過上網，供學生進行自學和課后復習使用。控制理論的分析方法有很多圖解法，如頻域分析、根軌跡法、狀態空間法等。利用計算機強大的計算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準確繪制出清晰美觀的畫面。采用動畫技術后，圖形的來龍去脈可用動態演示。計算機的圖形演示與教師的講授相結合，使教學內容形象化、具體化和生動化，增進學生的理解，提高學生的學習興趣。

計算機仿真技術在實驗教學中的應用為實驗教學帶來極大的方便。仿真實驗具有建模方法簡單、參數調整方便、結果可視性好等優點，克服常規實驗內容單調、缺乏變化、元器件制約參數調整以及實驗設備數量有限等不足。在教學中適當介紹并應用MATLAB軟件，并設計出計算機輔助實驗教學軟件包，提供一個方便易用的圖形用戶界面，將MATLAB控制工具箱的相關功能集成一體。

網絡教學平臺開發。網絡教學能真正體現學生的主體作用。在網絡中，學生可以利用網絡的交互性、檢索性等特點來選擇自己需要的內容進行獨立學習。學生可以在任何時間進行自主學習，并且與教師在網上交流，探討問題，在教學中發揮積極作用。

五、建立科學、有效的教學信息回饋

堅持洛陽理工學院本科畢業班所有學生中，實施“‘控制理論’相關課程的學習調查”制度。不定期進行相關問卷，包含這門課程是否易學、學習難點、學習方法、是否能學以致用等幾個方面的內容，充分了解學生學習這門課的基本情況，為課程改革提供必要的依據，收到良好的效果。

六、結束語

在新世紀中，控制類學科將具有更加光明的前景，控制類研究內容將具有挑戰性，研究的范圍將更加廣闊，電氣自動化專業控制類課程的內容將不斷地發展和更新，電氣自動化專業控制類課程設置及教學內容改革研究也將進一步進行下去。

參考文獻：

[1]王瑛.控制理論實驗開放式教學的探索[J].實驗室研究與探索，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展和應用[J].廣東工業大學學報，2001，9(18):49-52.

篇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 

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關鍵詞：電廠高爐 溫度調節 自動控制

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0063-01

電廠作為電力供應的生產者，其電力制造的質量和生產過程的安全直接關系到千家萬戶的切身利益，因此對于電廠現場機電裝備的自動化控制的要求十分嚴格。隨著現場總線技術的飛速發展和廣泛應用，以現場總線技術為典型應用的自動化控制系統已經逐漸深入到工礦自動化的多個領域，在一些自動化控制水平較高的電廠，已經初步實現了電廠機電裝備的自動化控制。高爐是火力電廠生產過程中不可缺少的機電裝備，其溫度控制要求十分嚴格，如何實現高爐溫度自動調節與控制，一直是很多火力電廠技術工程師都著力重點解決的技術難題之一。本論文主要結合現場總線技術，結合電廠高爐溫度的控制要求，對其溫度自動控制系統進行系統的研究與探討，以期能夠找到面向火力電廠高爐的溫度自動控制技術，并以此和廣大同行分享。

1.高爐溫度自動控制概述

（1）高爐溫度調節控制功能需求。火力電廠采用高爐主要是實現燃煤產電，為了實現能源的復合利用，提高經濟效益，往往還通過高爐生產一些副產品，這就要求對于高爐內的溫度和壓力都有著嚴格的控制要求。在實際生產過程中，高爐溫度的調節往往是采用人工調節的方式實現，這種調節方式效率低，精度差，可靠性差，因此逐漸提出了高爐溫度自動調節的控制要求。要達到高爐溫度無人值守控制的效果，就必須要能夠實時自動監測高爐內的溫度參數，并通過計算實時控制氣閥或者進料閥，以實現對高爐內溫度的自動控制與調節。

（2）現場總線技術的應用特點。由于技術的發展和設備的日益復雜，過去集中式自動化控制模式在實際應用中已經逐漸暴露出了諸多問題與不足，如控制中心負載過大，信息傳輸效率較低，系統兼容性較差等等；而現場總線技術的出現則很好的克服了上述問題，現場總線能夠結合具體的被控對象合理設計自動化控制系統，對現場的智能儀表、數據傳輸、數據處理和終端均有著可靠的集成性和兼容性，因此將現場總線技術應用于火力發電廠高爐溫度的自動調節控制，是完全可行的。

2.基于現場總線的高爐溫度自動調節控制技術應用探討

2.1系統功能設計

基于現場總線技術的高爐溫度自動調節系統，具體來說，其功能主要包含以下幾個方面：（1）在線監測。（2）數據查詢。（3）生成報表與統計分析。（4）超限報警與聯動控制。

2.2系統層次架構

高爐溫度的自動調節控制系統主要由以下四個系統層構成。

（1）傳感儀表層。為了實現高爐溫度的自動監測與控制，必須選用合適的傳感器對高爐內的溫度進行實時監測，溫度傳感器采用4-20 mA電流信號作為傳輸介質，將模擬量信號傳輸到數據采集模塊中。

（2）數據采集層。數據采集模塊接收傳感器傳送過來的模擬量信號，通過現場總線實現模擬量數據信號的遠程傳輸，直至傳輸到中央控制室的PC終端。

（3）PC終端。PC終端通過專用的組態軟件實現對高爐的溫度變量的實時顯示，并提供友好的人機交互界面，完成數據的查詢、存儲和報表統計等管理功能。

（4）驅動執行層。當被監測的高爐溫度過低或過高或者異常超限時，由PC終端發出相應的控制指令，經過驅動機構層實現控制指令的放大和執行，輸出到動作執行器，實現相關的報警動作或聯動控制動作。動作執行器主要由氣閥和進料閥構成，氣閥的開度可以降低高爐內的溫度，進料閥的開度可以提高高爐內的溫度，它們通過接收來自PC終端發出的控制指令，經過驅動放大轉變為閥門調節的開度大小，從而實現對高爐溫度的自動調節與控制。

2.3系統軟件設計

基于現場總線的高爐溫度自動調節與控制系統，采用組態軟件實現對高爐溫度參數的實時顯示，以提高人機交互系統的直觀性。該組態軟件可以采用當前市場上主流的組態軟件，例如wINCC，組態王等專業工控自動化組態軟件，也可以采用VB、VC等高級語言進行開發。由于該自動控制系統僅僅是對高爐的溫度參數進行實時監測與顯示，因此軟件開發的工作量并不是很大，下面結合組態軟件的開發分析軟件系統的設計基本流程。

（1）系統界面設計。一個好的軟件系統必然有著良好的人機交互性，而這離不開系統的界面設計，因此要結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）系統導航設計。由于軟件系統既要顯示溫度數據，還要提供數據報表、歷史曲線等其他數據管理功能，就需要提供良好的頁面之間的導航切換功能。

（3）系統數據設計。組態軟件或者說自動化控制系統軟件都離不開數據庫的開發，可以選用軟件自帶的數據庫系統，也可以采用第三方數據庫管理系統，但是都必須要能夠為系統提供可靠的數據源。

（4）系統管理設計。出于對系統管理的安全性考慮，必須要對系統進行管理涉及，包括用戶認證，數據權限管理等等，這些都需要進行系統的管理功能的界定與設計。

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關鍵詞：控制理論；系統化；比較教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0042-02

控制理論是自動化及其相關專業的一門重要核心專業基礎課程，在武漢理工大學華夏學院（以下簡稱“我院”）自動化專業，控制理論所授主要內容為以經典控制論為核心的“自動控制原理”和以卡爾曼的狀態空間分析法為核心的“現代控制理論”。

其中，“自動控制原理”是研究控制系統的一般規律，并為系統的分析和綜合提供基本理論和方法的專業基礎核心課程。該課程又是“現代控制理論”“過程控制系統”“運動控制系統”“計算機控制技術”“智能控制”等許多后續課程的基礎。而作為其后續課程的“現代控制理論”仍作為碩士研究生“線性系統理論”與“最優控制”等學位課程的基礎。這兩門課程理論性強，概念多且雜，對學生的數學基礎要求較高。而我院作為一個三本院校，自動化專業的學生相比較一本和二本的學生而言，數學基礎較為薄弱，故學好這兩門課對學生來說至關重要且具有一定的難度。

而教好上述兩門課程也是教師必須思考和解決的重要問題。筆者經過幾年的教學實踐，摸索出一套比較適合三本院校學生的系統化教學方法，致力于培養學生的系統觀，進行了一些嘗試，且取得了一定的效果。

一、工程背景系統性

任何一種理論的產生都有其歷史背景，都是在實踐中產生的。自動控制技術萌芽在18世紀，在第一次世界工業革命期間，自動控制技術逐漸應用到現代工業中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）發明的蒸汽機離心調速器，一種憑借直覺的實證性發明。飛球調節器有時使蒸汽機速度出現大幅度振蕩，其他自動控制系統也有類似現象。

由于當時還沒有自控理論，所以不能從理論上解釋這一現象。為了解決這個問題，盲目探索了大約一個世紀之久。1868年英國麥克斯韋爾的“論調速器”論文指出：不應單獨研究飛球調節器，必須從整個系統分析控制的不穩定。麥克斯韋爾的這篇著名論文被公認為自動控制理論的開端，接著就進入了經典控制理論發展的孕育期。1875年，英國勞斯提出代數穩定判據。1895年，德國赫爾維茲提出代數穩定判據。1892年，俄國李雅普諾夫提出穩定性定義和兩個穩定判據。1932年，美國奈奎斯特提出奈氏穩定判據。戰中自動火炮、雷達、飛機以及通訊系統的控制研究直接推動了經典控制的發展。1948年，維納出版《控制論》，形成完整的經典控制理論，標志控制學科的誕生。維納成為控制論的創始人。

經典控制理論的主要內容包括：系統數學模型的建立、時域分析法、頻率特性法、根軌跡法、系統綜合與校正、非線性系統和采樣控制系統分析法等。

從四十年代到五十年代末，經典控制理論的發展與應用使整個世界的科學水平出現了巨大的飛躍，幾乎在工業、農業、交通運輸及國防建設的各個領域都廣泛采用了自動化控制技術（可以說工業革命和戰爭促使了經典控制理論的發展）。科學技術的發展不僅需要迅速地發展控制理論，而且也給現代控制理論的發展準備了兩個重要的條件――現代數學和數字計算機。現代數學，例如泛函分析、現代代數等，為現代控制理論提供了多種多樣的分析工具；而數字計算機為現代控制理論發展提供了應用的平臺。[1]

在二十世紀五十年代末，計算機技術的飛速發展推動了核能技術、空間技術的發展，并且為多輸入多輸出系統、非線性系統和時變系統的分析和設計提供了新的手段。

五十年代后期，貝爾曼（Bellman）等人提出了狀態分析法，在1957年提出了動態規劃。1959年卡爾曼（Kalman）和布西創建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統的研究中成功地應用了狀態空間法，并提出了可控性和可觀測性的新概念。

由上面的歷史背景介紹可以看出，現代控制理論是在自動控制理論的基礎上發展得到的，盡管兩種理論在方法和思路上有顯著的不同，但是在教授的時候不能將兩者視為單獨的個體。筆者每次在緒論部分都會系統化地講解理論的產生，以讓學生對兩門課程形成一個初步的比較清晰的認識。

二、理論教學的系統性

在這兩門課程的理論教學過程中，雖然涉及到的知識點有差異，但是經筆者研究，在具體教學中，兩門課程的教學有些許共性，比如說兩門課程的教學流程就基本一致。如圖1所示：相對于現代控制原理而言，自動控制原理理論推導較少，同時其工科背景較強，實例較多。在學習之初，可先幫助學生搭建起分析問題和解決問題的基本框架，形成一個較為初步的系統觀。

自動控制原理分析問題的核心是數學建模，穩定性判斷和性能指標的計算，[2]主要分析方法是時域分析法、頻域分析法和根軌跡分析法。時域分析法直觀易懂，頻域分析法是自動控制原理的核心，根軌跡分析法在目前的工程實踐中已用的很少，在學時有限的情況下可略講。在實際講解的過程中，要合理安排學時，適當加快時域分析法的講授，略講根軌跡分析法，重點講解頻域分析法及系統校正。

現代控制理論包含了大量的理論概念機數學公式，在實際講授中，應弱化理論推導，在教學過程中可結合倒立擺工程實例，從建模、穩定性分析、能控能觀性分析、極點配置到狀態反饋，形成一個較為完整的分析過程。[3]

總而言之，在講解的過程中，注重引言，初步建立系統觀，結合實例，比較異同，突出重難點，最后再通過總結強化各知識點之間的聯系。[4]

三、實踐教學的系統性

1.重視實驗，理論教學和實驗教學的系統化[5]

以往，控制理論的實驗課和理論課教學是獨立的，理論課教師和實驗課教師各行其道，相互交流匱乏。目前，學院已明確提出，理論課教學和實驗課教學的一致性，理論課教師必須參與進實驗教學，教學手段要豐富、系統。

2.實驗箱教學和仿真教學的系統化

首先在實驗箱上搭建模擬電路，利用信號發生器、示波器等測量波形和數據。同時引入MATLAB仿真，先引出數學模型，利用MATLAB強大的系統工具箱分析并繪制各種相應曲線，利用Simulink工具箱進行校正和狀態反饋設計。[6]最后，對比電路測試波形和仿真結果，可讓學生深入了解理論和實際參數之間的差異，進而尋找原因，加深理解。

四、今后教學方向

在今后的教學過程中，可進一步加強比較，加強學生的系統觀，并且嘗試遷移到其他相關學科，加強學生對整個學科的理解。

參考文獻：

[1]萬雄波，楊方.基于“自動控制原理”與“現代控制理論”課程異同點分析的教學探索[J].科教文匯，2013，（7）：56-57.

[2]孫韻鈺.“相似論”在“自動控制理論”課程教學中的運用[J].消費電子，2013，（7）.

[3]王斌，李斌.“現代控制理論”教學改革與實踐[J].中國電力教育，2013，（10）：61-62.

[4]李長云.“自動控制理論”的系統化教學實踐[J].電氣電子教學學報，2013，（8）：75-77.

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關鍵詞：智能洗浴控制系統；微處理器STM32；溫度傳感器DS18B20；行程開關

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）03-0647-03

隨著經濟、社會的發展，人們越來越追求享受、簡潔、方便的生活，尤其渴望有一個舒適、便捷的家[1]，洗浴系統是其中很重要的組成部分。目前，太陽能熱水器已經十分普遍，該控制系統可根據用戶需要的水溫與太陽能熱水器自身的水溫差值，自動調節出水閥門的正反轉，控制出熱水、涼水的量，從而得到用戶理想的溫度。基于此，論文基于32位ARM微處理器STM32設計了一款智能洗浴控制系統，系統具有以下功能和特點：

1）系統可以人為或根據不同季節時間自動調節水溫，微處理器會根據各種影響因素來決定出水的溫度。

2）系統在微處理器內嵌入uC/OS-II操作系統，解決了步進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，并且采用操作簡單的溫度傳感器18B20，考慮到浴室環境而采用的數碼管顯示。

4） 利用簡單易控的行程開關實現自動上水，當太陽能熱水器內水面低于設定的最低水面時自動上水，達到最高水面時停止供水。

1 系統總體設計

根據智能洗浴系統功能特點設計了水溫自動控制、上水自動系統框圖如圖1所示。

2 硬件系統的設計

2.1 溫度采集電路

溫度傳感器芯片采用美國DALLAS公司推出的小體積，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的DS18B20，工作電源為3—5V，與STM32連接只需一條數據線測溫范圍-55℃—+125℃，因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號從而可以支持多點組網功能[2]。本系統中數據傳輸線18B20DQ與微處理器的PA0引腳相連，如圖2所示。

2.2 數據顯示

為顯示系統的時間和浴室溫度等數據并考慮到浴室霧氣多的特點而采用7段數碼管來顯示時間和水溫，數碼管段選與STM32的PB0～PB7相連，位選利用3-8譯碼器來實現。

2.3 步進驅動

為實現水流的控制采用步進電機來控制出水閥和上水閥，微處理器通過比較系統初始化溫度和18B20采集溫度的大小判斷出水閥是正轉或者反轉，并向驅動芯片發出不同信號，出水閥步進電機正轉向外排熱水，反轉向外排涼水；上水閥步進電機正轉打開上水閥向太陽能熱水器供水，反轉關閉停止供水。由于本系統步進電機的驅動電壓為12V與微處理器電壓不兼容，故采用了UDN2916驅動芯片來驅動步進電機[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相連實現控制，右側M-/A、M-A、M-/B、M-B為四線雙極性步進電機接口。

3 系統軟件設計

根據系統設計任務，本系統軟件由初始化、時間溫度采集、水位檢測、顯示、步進模塊組成。主程序調用各模塊實現智能洗浴系統的控制。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置等的數據；時間模塊就是利用STM32的RTC模塊來記當前時間；溫度采集模塊對18B20發送命令讀取傳感器的溫度并傳回微處理器；水位監測模塊接收行程開關檢測到水位高低發送信號回STM32；顯示模塊將采集回的時間溫度數據通過數碼管顯示出來；步進模塊實現對步進電機的控制。程序流程圖如圖4所示。

4 測試結果

如上完成系統電路連接以及系統程序的編寫，對該系統進行了功能測試。

4.1 系統時間顯示

如圖5為系統時間的顯示，時間顯示正常。

4.2 溫度顯示

測試溫度顯示如圖6所示。圖6-1左側為實際水溫，右側為初始溫度或人為設定的需求溫度，設置溫度大于實際水溫，微處理器做出判斷，步進電機正轉出熱水以達到設定溫度，與系統設定的功能相符。

圖6-2左側實際水溫大于右側設定水溫，微處理器做出判斷，步進電機反轉出涼水以達到設定溫度，與系統設定功能相符。

5 結束語

隨著信息化、智能化的發展，家居的智能化將會是一個趨勢。論文利用ARM微處理器STM32設計實現了對水溫的檢測采集并經過與設定溫度的對比自動調節出水溫度，并根據不同時間初始化不同的初始溫度；利用行程開關實現太陽能熱水器自動供水、停供水功能，對嵌入式自動洗浴控制系統的設計提供了一種方案。

參考文獻：

[1] 郭占龍.基于單片機的智能家居控制系統的設計[J].微計算機信息，2007，23（2）.

[2] 李鋼.1 Wire總線數字溫度傳感器DS18B20原理及應用[J].現代電子技術，2005（21）.

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論文關鍵詞：熱釋電，紅外傳感器，信號處理，開關電路

 　1引言

 

目前的照明控制應用最多的還是幾年前出現的聲光控延時燈具和開關。這種燈具和開關的出現，實現了人來燈亮，人走燈滅，目前已成為照明開關的主流產品。這種產品在某種程度上說確實實現了節能的目的，但同時也給人們的生存環境造成了一定的破壞。由于產品本身性能的限制，這種聲光控燈具和開關自動控制的實現需要（超過60分貝）聲音的配合開關電路，這就給大眾需要的安靜環境造成一定的噪聲污染。

隨著社會的發展和人們對生態環境的重視，這種聲光控燈具和開關已慢慢不能滿足人們的需要，這就要求更加節能和環保的自動照明控制產品的出現。人體紅外傳感照明開關控制電路是基于紅外線技術的自動控制電路，當有人進入感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，自動接通負載，人不離開感應范圍，將持續接通；人離開后，延時自動關閉負載。它的出現彌補了聲光控技術的缺陷，它的自動控制的實現不需要聲音和其他會給環境造成影響的條件的配合，而是人走過時身體向外界散發紅外熱量最終實現它的自動控制功能。人到燈亮，人離燈熄，親切方便，安全節能，更顯示出人性化關懷，同時因為它是感應人體熱量控制開關，所以避免了無效電能的損耗，達到節能效果。

2設計思路及要求

利用BISS0001作為信號處理芯片。

利用熱釋電紅外傳感器探測移動人體。

通過對一定環境的監測,能在相應的條件下對移動的人體進行監測。

檢測到人體移動時繼電器能及時閉合，使LED驅動器打開，LED開始發光。無人體移動時，繼電器斷開，LED驅動器斷路。

能通過市電直接給系統供電而不需要干電池。

探測距離2～3米。

探測角度：水平70°，垂直70°。

3系統方案設計

本系統采用BISS0001芯片作為數據處理及控制核心，將整個電路分為芯片供電電源（包括降壓取電線路、單線取電線路與穩壓電路）、開關控制線路、熱釋電傳感器、信號處理、負載（LED驅動器）電路等功能模塊免費論文下載。圖1給出該系統的總體框圖。其工作原理就是：在測量范圍內無人活動時，整個系統電路除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電容降壓電路取得。當有人活動時，熱釋電傳感器接收到信號經BISS0001芯片處理放大送到開關控制電路，電容降壓電路斷開開關電路，芯片電源靠變換器產生電路取得，延時一段時間后，在進行熱釋電傳感器檢測。

圖1 系統總體框圖

4.硬件電路的實現

硬件電路是通過熱釋電紅外傳感器探測人體的活動，通過BISS0001處理信號，然后通過三極管控制繼電器工作，最后達到控制LED燈的目的[6][5]。其具體電路如圖2所示。

電路分析：傳感信號放大電路采用現有的技術，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構成，R12與C4組成開關電路的導通時間的控制。開關控制線路由雙向可控硅Q1、電阻R9和電容C12構成。熱釋電紅外傳感感器P1的輸出端與集成電路BIS0001的信號輸入端，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，開關控制線路的輸入端，即雙向可控硅Q1的控制極通過電阻R9與集成電路BISS0001的控制信號輸出端2腳連接，負端LED驅動器在雙向可控硅Q1的第一陽極與220V的交流電之間。

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

穩壓線路有整流器、濾波器和穩壓集成電路組成，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的次級連接，輸出端與地線之間并聯濾波電容器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）和穩壓線路特別是其中的穩壓集成電路X7805，應根據需要提供的電壓選用。單線取電線路的輸入端與開關控制線路路中的雙向可控硅的第二陽極連接開關電路，輸出端與穩壓線路的輸入端連接。

圖2 單線接入紅外感應電路原理圖

5 實驗分析

通過對樣機實驗的驗證，單線接入紅外感應電路在檢測到的范圍內，能夠迅速地把熱釋電紅外傳感器檢測到的信號送到BISS0001中進行處理，并控制雙向可控硅Q1使LED驅動電路迅速的導通。在無人的條件下，光源斷開的節能效果。

該系統是單路控制紅外感應電路，可以增加其穩定性；變壓器可以把體積變得更小，延時更精確。其優點：被動式熱釋電紅外傳感器本身不發任何類型的輻射，器件功耗很小，可以串聯進220v電路中，價格低廉。由于BISS0001芯片的特殊設計，對噪聲抗干擾能力強，技術性能穩定，較易推廣、普及。

缺點：容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，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；環境溫度和人體溫度接近時，探測靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。

參考文獻

[1]肖景和.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路[M].民郵政出版社，2003.

[2]Paul Scherz（夏建生 王仲奕等譯）. 電子元器件與電路基礎[M]. 北京：電子工業出版社，2009.

[3]張桂紅.實用新型電子元器件[M].京電子工業出版社，2005.

[4]馬凱，高洪濤.一種熱紅外探頭的節能自動開關[J].科技創新導報，2009年17期.

[5]陳淑靜.基于熱釋紅外探頭的電燈節能自動開關[J].山西電子技術，2009年01期.

[6]趙玲，朱安慶.智能LED節能照明系統的設計[J].半導體技術，2008，(02) .

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論文摘要：自動控制原理課程不僅是控制類專業而且是電子信息類專業的重要專業基礎課。主要介紹了自動控制原理課程建設與改革的實踐和體會。總結了教學、教改工作中所取得的成果，提出了一些具體做法和措施，著重對課程教學內容、教學體系的整合和優化以及實驗內容、實驗教學方法與實驗組織方式進行了討論，旨在突出教學重點，增強學生的動手能力，提高教學質量。實踐證明，效果良好，并對該課程的進一步改革提出了一些設想。

引言

自動控制理論發展的歷史并不長，從二十世紀三十年代開始，不過幾十年的發展，而真正進入高等學校課程還是二十世紀五六十年代。它的出現給高等教育注入了新的活力，目前這門理論課程已是控制類和電子信息類專業的主要專業基礎課之一，是一門知識覆蓋面廣、課程內容多、更新發展快且應用性很強的課程，該課程對學生建立系統和工程的概念具有十分重要的意義。

1改革教學內容，提高教學質量

隨著控制理論的發展和計算機技術的應用，新的控制方法和控制手段也越來越多，為了適應時代要求，根據本科專業培養目標和專業特點，我們對自動控制課程的內容進行了重新整合，選用優秀教材，制定了新的教學大綱、實驗大綱和考核大綱。適時地把一些新內容、新的教學成果、應用實例融合到教學內容中，做到課程內容的基礎性和先進性相結合，把握經典與現代、本課程與其他相關課程內容的關系處理。大幅度減少了學時數，將經典控制理論與現代控制理論結合起來講授，重點講解控制理論的基本知識及應用，理清思路，了解方法，增強系統性。

自動控制原理的教學內容有一條主線：系統分析和系統設計。圍繞這條主線，把教學內容劃分為六大塊：自動控制的一般概念、數學基礎與數學模型、系統的分析、系統的設計、采樣控制系統的分析和非線性系統的分析。對于系統分析是重點講解部分，介紹了各種分析方法：時域分析法、根軌跡法、頻域分析法，狀態空間法等，進行有關系統的動態、靜態分析，以及能控性和能觀性分析；在系統設計這一重點部分的講解中，介紹了根軌跡設計法、頻域設計法和狀態控制設計法，與系統分析相呼應，使學生在整個學習過程中，圍繞“系統分析和設計”這條主線進行，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。

在分析設計這個主線下，以穩定性指標為輔線。在各個有關章節的小結中對穩定性都予以重點討論，通過對各種穩定性判斷方法的分析，把前后的知識點加以銜接聯系，并綜合應用。

在講清系統物理概念的基礎上，結合課程內容，引入先進的計算機輔助教學手段。將Matlab軟件在控制系統中的應用引人課堂教學，在諸多課堂教學環節中實現了Matlab仿真演示，增強了學生對抽象理論的感性認識，收到了良好的教學效果。

為體現教學內容的先進性、科學性和前沿性，引導學生進一步學習的興趣，對目前控制理路研究的熱點和發展趨勢作一些簡要介紹，如模糊控制、智能控制等。

2改革教學方法，提升教學手段

自動控制原理對學生的定性分析能力、定量估算能力、綜合運用能力、數—形結合能力有一定的要求，并需具有扎實的數學基礎，學生在學習中經常會感到困難而產生畏難情緒，影響學習效果。因此，改革傳統教學方法和教學手段，進而提高教學質量，是課程改革的重中之重

2．1采用現代教育技術與手段提高教學效果

在以信息、知識爆炸為特征的今天，傳統的教學手段以不能適應時代的需要，教學手段的改革勢在必行。在《自動控制原理》課的多媒體教學實踐中，我們努力探索如何使多媒體這一先進的教學手段更好地服務于課堂教學。開發了《自動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相結合的教學方法，既充分利用了多媒體教學的生動、逼真、容量大的優點，又充分利用了板書教學的嚴謹性、邏輯性強的優點。實踐證明，這一方法取得了良好的教學效果，受到了學生的認可，對教學質量的提高起了一定的積極作用。

2．2加強實踐教學環節，增強學生的動手能力

注重實踐能力的培養，堅持理論聯系實際的原則，加強學生動手訓練，培養學生的創新能力。學生對新知識的理解，僅僅通過課堂講解還很不夠，必須通過實踐教學這一環節，使學生對知識有一個感性認識。

實踐教學是提高學生創新精神和能力的重要途徑，在教改過程中，我們加強實驗室建設，徹底改造了原有的實驗內容，開發了綜合設計實驗及課程設計，目的在于通過實踐教學，培養學生應用控制理論的方法解決實際問題、將實際問題抽象為理論問題的能力。實驗只提目標和要求，沒有詳細的實驗步驟和實驗電路圖。學生根據個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據系統的性能要求，獨立完成系統設計，系統搭建和調試，記錄原始數據和圖形，寫出實驗報告。所有這些都極大地調動了學生學習的主動性和積極性，鞏固了課程理論，激發了學生學習的熱情，培養了學生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。

為了加強學生理論聯系實際的能力，在教學過程中還增加了課程設計這一教學環節，通過課程設計，使學生了解到了Matlab軟件在自動控制系統中的應用，拓寬學生的知識面，加深學生對(lf動控制原理》這門課程的基本概念，基本的分析方法及設計方法的理解。

3以教學推動科研，以科研促進教學

對于普通高等教育來說，教學固然重要。科研也不可以忽視。教學和科研是相輔相成的兩個方面，兩者不可分割。從自動控制理論來講，它近幾十年才建立起來，與工程實際聯系較廣，特別是在發展過程中，數學和計算機起了很大的作用，成為控制理論的重要工具。因此可以說，控制理論是工程與數學、計算機科學相互作用的前沿。在教學中講授理論知識的同時，可以增加一些與科研結合的內容，如在同學中選一些成績較好，對科研又有一定興趣的同學，參加有關教師的科研項目，也可為學生科技活動中心提供一些課題，指導學生參與科研。這樣，一方面調動了學生的積極性，培養了學生的動手能力，另方面，也可為科研活動的開展打好基礎。學生通過參與科研，學習興趣更加濃厚了，求知的欲望更強了。

4下一步改革設想

該課程的教學改革已在我校實施。取得了良好的教學效果，學生的基本知識、專業能力、實踐技能乃至學習興趣等。都較以往有較大的提高。教學改革的路子還很長。尚需繼續探索和實踐，使之不斷完善，下一步改革的設想有四點：

(1)從課程的實際及教學規律出發，以培養和提高學生的創新精神和實踐技能為宗旨，真正探索出一種新的實踐教育模式。

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關鍵詞：人工智能，電氣，自動化控制

 

人類智能主要要包括三個力面，即感知能力，思維能力，行為能力，而人工智能是指由人類制造出來的“機器”所表現出來的智能。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、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗分析、研制開發以及電子與計算機應用等領域的一門學科。實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。

1人工智能應用理論分析

人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是門邊沿學科，屬于自然科學和社會科學的交叉。涉及哲學和認知科學、數學、心理學、計算機科學、控制論、不定性論，其研究范疇為自然語言處理，知識表現，智能搜索，推理，規劃，機器學習，知識獲取，感知問題，模式識別，邏輯程序設計，軟計算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經網絡，復雜系統，遺傳算法等，應用于智能控制，機器人學，語言和圖像理解，遺傳編程。

當今社會，計算機技術已經滲透到生產和生活的方方面面，計算機編程技術的日新月異催生自動化生產、運輸、傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡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能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環，實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。

2人工智能控制器的優勢

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、模糊、模糊神經以及遺傳算法都可看成一類非線性函數近似器。這樣的分類就能得到較好的總體理解，也有利于控制策略的統一開發。這些AI函數近似器比常規的函數估計器具有更多的優勢，這些優勢如下

（1）它們的設計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態方程，實際控制對象的模型在控制器設計時往往有很多不確實性因素。例如:參數變化，非線性時，往往不知道。)

（2）通過適當調整（根據響應時間、下降時間、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間比最優PID控制器快1.5倍，下降時間快3.5倍。

(3)它們比古典控制器的調節容易。

(4)在沒有必須專家知識時，通過響應數據也能設計它們。

(5)運用語言和響應信息可能設計它們。論文格式，自動化控制。。

(6)它們有相當好的一致性(當使用一些新的未知輸入數據就能得到好的估計)，與驅動器的特性無關。論文格式，自動化控制。。現在沒有使用人工智能的控制算法對特定對象控制效果非常好，但對其他控制對象效果就不會一致性地好，因此對具體對象必須具體設計。

3人工智能的應用現狀

(1)優化設計電氣設備的設計是一項復雜的工作，它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識，還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的。因此，很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展，電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計(CAD)，大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進，使傳統的CAD技術如虎添翼，產品設計的效率及質量得到全面提高。

用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法，非常適合于產品優化設計，因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。

（2）智能控制的功能實現

①數據采集與處理：對所有開關量、模擬量的實時采集，并能按要求處理或存貯。

②畫面顯示：模擬畫面真實顯示一次設備和系統的運行狀態，可實時顯示電流、電壓等所有模擬量、計算量、隔離開關、斷路器等實際開關狀態及掛牌檢修功能，能生成歷史趨勢圖。

③運行監視：具有對各主要設備的模擬量數值、開關量狀態的實時智能監視，有事故報警越限和狀態變化事件報警，事件順序記錄、聲光、語音、電話圖象報警。

④操作控制：通過鍵盤或鼠標實現對斷路器及電動隔離開關的控制，勵磁電流的調整。按順控程序進行同期并網帶負荷或停機操作。系統對運行人員的操作權限加以限制，以適應各級運行值班管理。

⑤故障錄波:模擬量故障錄波，波形捕捉，開關量變位，順序記錄等（包括主要輔機)。論文格式，自動化控制。。

⑥在線分析：不對稱運行分析、負序量計算等。

⑦在線參數設定及修改：保護定值包括軟壓板的投退。

⑧運行管理:操作票專家系統，運行日志，報表的生成及存儲或打印，運行曲線等。

人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開，但在電氣設備控制領域所見報道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3種:模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。

4恒壓供水案例簡析

恒壓供水在工業和民用供水系統中已普遍使用，由于系統的負荷變化的不確定性，采用傳統的PID算法實現壓力控制的動態特性指標很難收到理想的效果。在恒壓供水自動化控制系統的設計初期曾采用多種進口的調節器，系統的動態特性指標總是不穩定，通過實際應用中的對比發現，應用模糊控制理論形成的控制方案在恒壓系統中有較好的效果。在實施過程中選用了AI 一808人工智能調節器作為主控制器，結合FXIN PLC邏輯控制功能很好地實現了水廠的全自動化恒壓供水。對于單獨采用PLC實現壓力和邏輯控制方案，由于PLC的運算能力不足編寫一個完善的模糊控制算法比較困難，而且參數的調整也比較麻煩，所以所提出的方案具有較高的性價比。

本案例中只是一個人工智能在電氣自動化中的一個小小的應用，也是電氣元

件生產供給的一個方向，實現機械智能化是我們努力的追求，將人工智能的先進的最新成果應用于電氣自動化控制的實踐是一個誘人的課題。

5結語

人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能完成的復雜的工作，電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行。人工智能主要包括感知能力、思維能力和行為能力，人工智能的應用體現在問題求解，邏輯推理與定理證明，自然語言理解，自動程序設計，專家系統，機器人學等方面。而這諸多方面都體現了一個自動化的特征，表達了一個共同的主題，即提高機械的人類意識能力，強化控制自動化。因此人工智能在電氣自動化領域將會大有作為，電氣自動化控制也需要人工智能的參與。

參考文獻

[1]陳洪峰.國內電氣自動化發展狀況與趨勢[J].科技創新導報，2009

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

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關鍵詞：污水處理；處理工藝；自動控制；變頻控制

中圖分類號：U664文獻標識碼： A

1 污水處理工藝概述

由于污水處理對象及處理環境的不同，故此污水處理工藝也各不相同。

1.1 常用的污水處理工藝

當前，較為常見的污水處理方法通常都是生物處理為主，再以物理和化學處理為輔，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，其中曝氣池和沉淀池是該工藝中最為重要的組成設備。其工藝原理如下：污水中的有機物在曝氣池中停留時，該池中的微生物會將污水中的大部分有機物吸附出來，并氧化成無機物，然后流入到沉淀池中進行沉淀，經過一段時間以后，便能夠流出清水，在通過相應的消毒處理便可以獲得合格的水質。

1.2 污泥處理工藝

在對污水進行處理的過程中，會產生出大量的污泥，這些污泥中的有機物含量相對較高，并且性狀極不穩定，非常容易腐化，其中還含有一些寄生蟲卵，如果不能及時處理的話，有可能造成二次污染。為此，便需要采取相應的污泥處理工藝。通常情況下，污泥處理主要采用的工藝有機械濃縮和機械脫水兩種，經過處理之后的污泥含水率能夠達到80%以下，穩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，我國各大污水處理廠基本都采用了填埋的方式對污泥進行處理，這種方式不僅經濟而且污染小、見效快，具有較高的應用潛力。

1.3 控制難點

由于整個污水處理過程所涉及的控制系統規模較為龐大，加之系統的工藝流程相對較為復雜，同時，其中的各個主要工藝所在地理位置也各不相同，非常分散，因此，污水處理控制系統屬于一個多變量、多回路、非線性的負載系統。這為污水處理的控制工作增添了一定的困難。所以建立一個自動化的控制系統就顯得尤為重要，這也是本文研究的主要方向。

2 污水處理自動控制系統的設計要求分析

在對污水處理自動控制進行設計時，應當按照具體的工藝流程要求以及構筑物的地理分布情況，并遵循經濟、可靠、先進、使用的基本原則，采用集中管理、分散控制的模式建立既經濟又可靠的現場監控和計算機管理一體化的系統。通過網絡通信技術信息資源共享及現場無人值守、總控制站少人值守的目標。就污水處理自動控制系統而言，其不僅應當具備安全性、穩定性和可靠性，而且還要便于維護，同時能夠在傳統自動化控制系統的基礎上，擴展可以優化污水處理效果和節約運行維護費用的功能為目標。自動控制系統在進行模塊設計的過程中，應當重點從以下三個方面著手：a.時序控制模塊。該模塊的主要功能是在特定的時間下啟動特定的設備，簡單來講該模塊就是定時控制；b.反饋控制模塊。具體包括維持污水處理設備運行的控制，如液位、泥位等等，還包括系統的優化運行控制，如DO控制、SS控制等等。由于以上參數的動態特性要求對所有設備的運行狀態進行全面調控，故此其為實現系統優化控制提供了可能；c.其他模塊。主要包括數據采集管理、數據庫管理、運行日志，這些模塊能夠幫助操作人員對重要數據進行管理分析，有助于提高工作效率。

3 污水處理自動控制系統的作用

按照我國污水處理廠的實際控制情況以及上文中提到的具體設計要求，本文提出一種三層框架結構的污水處理自動控制系統，即控制層、監控層和管理層。下面分別對這三個層次的設計與實現進行詳細介紹：

3.1 控制層

這是整個污水處理自動控制系統的最底層，也是各個主要生產單元的控制部分，它由若干個變頻控制站構成，主要負責對處理設備及各個監測控制點進行信號采集和監控。根據污水處理工藝要求，控制層實現了開關量和模擬量的控制，并且能夠獨立完成數據采集、運算和分析，能夠滿足多樣化的污水處理設備和工藝要求，并提供實時處理功能，對設備啟停及運行狀態進行控制，使設備達到最佳的利用效率，進一步提高了污水處理效果。控制層的關鍵在與可編程的系統設計，在進行變頻控制設計的過程中，必須遵循以下原則：其一，應當最大限度地滿足被控制對象的具體控制要求；其二，在滿足控制要求的基礎上，應當盡可能使系統簡單、經濟、操作和維修方面；其三，確保控制系統運行安全可靠；其四，應當充分考慮到生產工藝的改進和發展，選擇變頻控制器的容量時，應預留出一部分裕量。

3.2 監控層

污水處理本身就屬于一個比價龐大的系統，它由諸多處理環節組成，由于每個環節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、污泥脫水等等生產單元，為了滿足這些生產單元的要求，需要數量不等的變頻控制組成自動控制系統，并構成一個統一的管理控制中心。監控層實質上就是這個控制中心，其主要功能是按照自身的優化程序，實現相應工藝單元的設備調解和優化控制。監控層利用工業組態軟件對變頻控制子站進行實時監控，并間接對各個工藝單元中相關設備的運行狀態進行控制；監控層的硬件則是以工業級的微型計算機和工作站為主，并由組態軟件通過通信網絡對各個子站進行直接監控，以此來實現對各個生產設備運行狀態的實時監控。

3.3 管理層

該層的主要作用是監制遠方各個現場污水處理廠的生產運行狀況，并向企業領導及相關職能部門生產和工藝數據，為企業的決策提供準確依據，接受企業領導下達的指令。管理層可以分為生產和企業兩大方面。前者屬于污水處理廠的中心控制室，負責對整個污水處理廠的生產運行過程進行監控，該層通過網絡通訊與各個生產單元的進行通訊，其主要功能是接收來自各個控制層發出的數據并進行存儲；企業管理層借助計算機網絡技術將領導及各個相關部門的計算機進行聯網，并與生產第一線進行網絡連接，這樣便可以進行網上信息傳遞，有利于提高企業生產管理效率。

4措施及建議

自動化控制系統設計的過程是一個復雜而又專業過程，一定要讓污水處理廠的每一位技術人員參與這樣一個設計過程，這樣技術人員才能更好地了解自動控制系統的每一種設施，才能更好地運作每一種機器。通過參與設計過程，不僅可以更加熟悉自動控制系統的工作性能，而且也可以掌握維護、修復、完善以及更改系統軟件和硬件的方法，這樣可以減輕日后的維修和升級的負擔。此外，對于設計過程中，技術操作人員可以親自參與進來，也是對技術操作人員的相關培訓，這里面包括計算機技術培訓和網絡技術培訓，還包括技術操作人員整體能力及水平的提高。另一方面，也可以存在相互學習，相互交流的目的。比如說，技術人員可以根據自己的工作經驗發現問題、提出問題，通過這樣一種互助的方法就可以減少一些隱形的問題，從而提升系統的實用性。由于自動控制系統也存在一定的問題，因此，工作人員也不能完全依賴自動控制系統，要根據實際的情況，能動地轉換方法，保證系統安全可靠地運行。要合理分配工作人員，適當增減操作人員和值班工程師，可以采取倒班制來保證工作人員的精神狀態，是工作人員能夠更好地掌控污水處理廠的運作。

結束語

隨著經濟的發展，污水處理會面臨著更多的新問題，因此，實現自動化控制是必然的選擇，這會降低事故發生的率，從而提高企業的經濟效益。

參考文獻

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