自动控制类论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇自动控制类论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

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2

 

0.引言

随着造纸机车速的提高和设备的更新，原来的配浆箱方式配浆已逐步被管道配浆方式替代，而在管道配浆方式中，采用的三种配浆方式包括流量给定控制方式，比率自动控制方式和绝干量配比自动控制方式。配比自动控制方式按参与配浆的绝干纤维量来计算和控制各种浆的配比，具有配浆效果好，浆种配比稳定等优点。

1.配浆自动控制系统总体设计

纸浆配浆采用绝干量比例控制方式，自治浆池和废纸浆池的纸浆以一定的绝干量配比打入成浆池充分混合，同时送往造纸车间的成浆的浓度需要控制在工艺给定要求范围内。为了保证生产的正常运行，防止成浆池缺浆和满浆，在控制废纸浆和自制浆的绝干量配比同时，需要控制废纸浆和自制浆的浓度和成浆池的液位。

2.配浆自动控制系统的硬件设计

2.1 硬件结构

2.1.1浓度的检测与控制

浓度计采用武汉宇通仪表有限公司的DBNZ-1200型的动刀式纸浆浓度变送器，电动调节阀选用上海中泰自动化仪表厂的ZAZC型电动调节阀。

2.1.2流量的检测与控制

流量计采用上海光华仪表厂的LDG－150S型的电磁流量计，检测精度为0.5％，长时间测量累计误差小于1％。伺服放大器采用上海自动化仪表十一厂的ZPE-2010型伺服放大器，变频器采用日本富士通公司的5000G11S/P11S变频器。

2.2 硬件抗干扰技术

在此主要采用那RC滤波抗干扰技术。我们选用了光电隔离的多功能HY-6040A/D板，该板使用三总线隔离的形式，使其抗干扰能力大大增强。在此基础上，我们在810接口板上设计了RC滤波电路。对于变化速度很慢的直流信号，在仪表输入端加入滤波电路可使混杂于信号的干扰衰减至最小，这样我们就有效的提高了系统的硬件抗干扰能力。论文参考网。

3.配浆自动控制系统的控制策略

本配浆控制系统控制部分可分为绝干量配比控制；废纸浆和自制浆浓度控制；成浆池液位的控制及联锁控制，各控制部分具有耦合作用。

绝干量配比的控制较为复杂，废纸浆、自制浆的浓度、流量变化等都会对配比控制产生干扰，同时配比控制时又要考虑到节省能耗。通过对配比的分析，对配比中比重占较大的自制浆，我们将自制浆泵满负荷运行，而让废浆泵根据给定的配比，采用带有延迟环节的增量PID控制算法控制。

废纸浆和自制浆的浓度的控制，由于两者相互不影响，且受其他影响较少，我们分别通过控制相应电动阀的开度来控制加水量，从而控制纸浆的浓度。论文参考网。采用较为典型的闭环控制策略，控制算法采用增量式PID控制。

纸浆液位的控制，纸浆液位的控制是本控制系统的一个难点，由于搅拌器的动作及液位本身的不稳定，给液位控制带来了困难。论文参考网。我们采用了带联锁的液位宽限开关控制策略：

3.1 以成浆池液位为主控制对象，设立成浆池液位高低限开关，成浆池液位高于高限开关时，自动关闭废浆池泵和自制浆池泵；如果成浆池液位低于低限开关时，根据自制浆池和废浆池液位要求，确定是否启动废浆池泵和自制浆池泵控制。

3.2 考虑到液位的波动，在对采集的液位数据进行平均滤波的同时，对限位开关值设立宽限，宽限值的大小通过实际试验确定。当液位波动值小于宽限值时，则不动作；只有当液位变化值大于宽限值时才进行相关动作。

3.3 考虑到废浆池与自制浆池的联锁要求，启动废浆池泵和自制浆池泵时必须满足：废浆池和自制浆池的液位必须同时都大于设定的下限值。同时，浓度控制电动阀也产生联锁动作。

4. 配浆自动控制系统的软件设计

在本控制系统中，软件必须安全可靠，可移植性和可扩展性好，参数修改方便，调试简单。本系统软件分为：控制程序，显示操作程序，数据采集程序。各个部分分别开发，并通过DLL结合成一个有机整体。

控制程序采用自行开发的组态软件DDCRun进行设计，显示操作程序使用Visual C++6.0开发，接口程序利用WinDriver进行开发。系统软件的各个组成部分通过DDL实现连接。

4.1 数据采集程序

WinDriver可用于各种接口程序的开发，在本系统中，我们采用它开发系统的数据采集程序的接口，我们首先使用驱动程序开发工具Windriver创建基于PCI/ISA的设备驱动程序，在此基础上，我们就可以在Visual C++中利用上述工具产生的硬件操作函数编写相应的数据采集程序。同时我们把数据采集程序做成DLL形式，DDCRun控制程序通过调用它实现控制程序和系统硬件的接口。

4.2 控制程序

在本系统中，控制程序采用软件组态方式实现。具有大大缩短开发周期，减轻调试复杂性，方便控制程序修改，系统易于维护等优点。

DDCRun控制组态软件是我们自行开发设计的模块化的控制组态软件，它的各个模块是以DLL的形式存在的。首先编写好控制程序需要的各个功能模块DLL：增量式PID，加减运算，限幅运算，绝干量统计，条件开关，平均滤波等；然后将各个模块添加到DDCRun；最后便可以根据控制策略进行组态设计，设置控制参数和相应硬件接口板卡的地址。

控制程序通过调用WinDriver生成的数据采集程序与硬件直接联接；与此同时，在显示操作程序中，通过调用DDCRun提供的接口函数，实现对控制程序各个控制模块的输入输出读写和控制参数的修改。

在系统调试过程中，我们只须通过软件修改控制算法的参数即可达到预定的控制目标。

4.3 显示操作程序

显示操作程序是本系统必须的组成部分，具有以下特点：界面简单直观，用户操作方便，运行稳定可靠，满足人体工学要求，采用面向对象的编程语言Visual C++6.0设计。根据要求功能模块分为[主界面]、[流量浓度曲线]、[液位曲线]、[报警显示] 、[参数设置]、[统计报表]、[关于系统]、[退出系统]、[密码保护]等九个模块。

为了方便历史数据的查询和以后网络化的需要，我们将所有有关数据保存在关系数据库SQL Server中，通过ADO对象对数据库中的数据进行操作。

ADO是面向对象的OLE DB，它继承了OLE DB技术的优点，并且对OLE接口作了封装，定义ADO对象，使应用程序的开发得到了简化。ADO技术属于数据库访问的高层接口，其主要优点是易于使用、内存支出少和磁盘遗迹小。与DAO和RDO类似，ADO也是一种基于对象的集合 .

主界面 主要实现重要参数的显示，纸浆动态显示功能以及启动和停止自动控制的功能。主要参数包括：废纸浆池的液位.浓度.电动水阀开度和变频泵的电流信号大小；成浆池的液位，浓度和两个抽浆泵的纸浆浓度和流量，自制浆池和废纸浆池的液位，浓度，电动水阀开度和变频泵的电流信号大小。同时，主画面上的水流动态显示，使得系统状态更加直观。

流量浓度曲线、液位曲线、报警显示、参数设置、统计报表、密码保护 实现系统密码保护、修改等功能。

5.结束语

与手工配浆相比，成浆的纤维配比更加稳定，系统控制精度高，提供了配浆的质量与效率；与此同时减轻了工人的劳动强度。

【参考文献】

[1]傅兴仁.管道配浆.中国造纸.2001,(01).

[2]葛升民,童树鸿,周斌.纸浆浓度控制系统的设计.中国造纸.2002(03).

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中图分类号：[TU992.3] 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

污水处理是一门涉及化学、物理、生物等多门科学的综合性技术，其工艺机理复杂，操作要求十分严格，实现起来难度较高。如果只凭现场人员手动操作，往往操作繁琐，劳动强度大，处理效果差。加之我国水污染控制水平较低，尤其是工业废水的污染控制，投入不足，给环境带来了严重的威胁。因此为了改变我国污水处理控制技术的这种落后现状，进行污水处理自动控制系统的研究，具有非常现实的意义。当前，污水处理控制领域将计算机技术、智能技术、网络技术等运用到过程中，实现优化控制，已成为研究热点。

2、自动控制理论的发展

在工业和现代科学技术的飞速发展的同时，控制理论的发展至今已有100多年的历史。各个领域中的自动控制系统对控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，应用范围也更加广泛。特别是自20世纪80年代以来，计算机技术的高速发展，推动了控制理论研究的深入发展。

3.各单元的自动控制系统

3.1 格栅自动控制系统

根据水位差测量仪检测的格栅前后水位差阈值自动控制机械格栅的运行。当机械格栅停止运行的时间超过设定值时，系统转由时间控制，自动启动机械格栅。PLC系统还将按软件程序自动控制栅渣输送机、机械格栅的顺序启动、运行、停车以及安全联锁保护。水位差设定值，格栅的运行时间及格栅运行周期可调。3.2 水泵自动控制

在泵池设超声波液位仪表，根据水位测量仪测得的泵房水位值自动控制多台水泵的启停运行。当泵房水位高至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动增加水泵的运行台数；相反，当泵房水位降至某一设定的水位值时，PLC系统将按软件程序自动减少水泵的运行台数。同时，系统累积各个水泵的运行时间，自动轮换水泵，保证各水泵累积运行时间基本相等，使其保持最佳运行状态。当水位降至干运转水位时，自动控制全部水泵停止运行。在监控管理系统和就地控制系统的操作面板上可以设定水位值。

3.3 沉砂池自动控制

沉砂池的设备自成系统，随设备所带的就地控制箱将带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序，自动控制整套沉砂池设备的运行。PLC系统将采集沉砂池全部设备的运行状态，上位监控管理计算机也可远控整套沉砂池设备的启动/停止。

3.4 分段进水多级AO生物池控制

现有AO或AAO生物池改造采用分段进水多级AO工艺。主要测控内容有：

――各段进水流量检测、配水阀门/堰门监控，自动控制各段流量，保证多级AO工艺进水流量分配比，实现合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源进行反硝化, 达到有效降低出水TN, 并降低运行费用。

――厌氧池氧化还原电位监测，各级缺氧池入口溶解氧监测，各级缺氧池混合液浓度监测，搅拌器运行控制。

――各级好氧池溶解氧监测、空气流量检测、曝气量自动控制。由于污水处理厂的实际运行中, 进水负荷实时变化，DO串级控制策略可根据进水负荷实时调整DO的设定值, 有效地消除进水扰动。

――生物池出水硝氮在线检测，作为甲醇投加的过程控制参数，及时调整外碳源的投加量，保证出水水质并节省碳源。

――生物池出水氨氮在线检测，根据出水氨氮值及时调整曝气量满足和保证出水水质的要求。

――分段进水多级AO工艺对C/N比的敏感性，具体水质、水量的实时变化，使得分段进水工艺的运行和优化有很大的空间。利用在线监测及智能控制技术，根据进水水质、水量对系统进行实时控制, 提高污染物的去除效率, 降低运行成本，并可提高分段进水生物脱氮工艺的可操作性。

3.5 鼓风机房出口压力控制

通过压力变送器检测空气总管的压力，根据设定的压力值控制鼓风机的运转台数、调节鼓风机的导叶片角度，从而保证生物池对空气的需求量。在保证空气需求量的前提下，尽可能地节省能耗，压力控制系统和曝气量调节系统相互关联，相互影响，最终使生物池的生物处理过程处在最佳状态。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定鼓风机出口的压力控制值。

3.6 污泥回流量自动调节

回流污泥量的控制采用比例控制以保证污泥混合液浓度在一定的范围内。根据生物池的进水量、回流污泥浓度控制回流污泥泵（工频泵）的运转台数或变频泵的转速，保证生物池微生物的需要量。通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定回流污泥比例。

3.7 沉淀池排泥控制

沉淀池的排泥可以根据装在沉淀池内的泥位计来控制刮泥车的运行，指导排泥。排泥有二种控制方式：按泥位计设定值进行自动排泥，按定时实现自动排泥。

3.8 污泥浓缩自动控制

污泥浓缩机系统控制采用时间控制和手动控制。该系统中设备的启动顺序依次为输送机、浓缩机、加药泵、进泥泵、污泥切割机，停止顺序与之相反。当药液制备段的溶液罐的液位低，进泥泵的进泥流量低、系统中任何一台设备发生故障时，系统停止运行。采用污泥流量比例投加絮凝剂，通过监控管理系统和现场控制系统的操作屏，可以设定每天允许的运行次数及每次运行的时间。

3.9 污泥脱水自动控制

污泥脱水过程按污泥脱水系统自身PLC预先编制的程序控制运行。污泥脱水的程序控制采用时间控制和手动控制。系统设计带有启动时序和停止时序，以及安全保护程序。在药液已制备完成的前提下，设备的启动次序依次为倾斜式输送机、水平式输送机、浓缩脱水一体机、加药泵、进泥泵，停止顺序与之相反。上位监控管理计算机可远程监测污泥脱水系统全部设备的运行状态和故障报警，但不可远程控制污泥脱水系统的开停。

3.10 加氯的自动控制

根据进水流量和浊度控制加氯机按比例自动加氯，并根据出水余氯值进一步修正加氯量，使加氯量始终处于最佳值。

3.11 电动闸门的控制

重要的电动闸门，旁边设置的现场手动操作箱面板上设手动/远动转换开关。手动状态下，由操作箱面板上的按钮控制闸门的开闭；远动状态下，由中控室遥控闸门的开闭。闸门的状态和工况在中控室的模拟屏上显示。

4.结束语

污水处理运行过程任务要求重，特性复杂，运行管理难度大，目前水处理行业尚缺乏可靠的实时监测仪器，用传统的控制方式往往达不到精确的控制要求。先进控制理论实现了过程工艺参数的优化，可以改变污水处理厂人工调节操作处理不及时、效率低的现状。污水处理的社会意义巨大应用计算机控制技术实现污水处理工艺的半自动全自动控制提高污水处理的技术管理水平合理使用和配置处理设施设备具有非常现实的意义。

参考文献：

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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5

[关键词]中医药；科技发展；现状

[收稿日期]2013-09-16

[通信作者]*李冬雪，副研究员，主要从事中医药领域国家科技计划项目管理工作，Tel：（010）88225159，E-mail：lidx@cncbd.org.cn中医药是中华民族的宝贵财富。当前，中医药科技发展日新月异，不断取得重大突破，受到国际社会越来越多的关注，世界范围内对中医药的需求日益增长。本文围绕政策环境、经费投入、人才队伍、科技成果等方面，梳理了我国中医药科技发展的基本现状。

1我国各级政府部门高度重视中医药科技发展，政策环境逐步改善

“十一五”以来，我国政府越来越重视中医药的传承与发展，纷纷制定了各种规划及政策来促进中医药的科技发展。2006年，国务院了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006―2020年）》，提出加强中医药继承和创新，推进中医药现代化和国际化。以中医药理论传承和发展为基础，通过技术创新与多学科融合，丰富和发展中医药理论，构建适合中医药特点的技术方法和标准规范体系，提高临床疗效，促进中医药产业的健康发展。并将“中医药传承与创新发展”列为人口与健康领域的优先主题。2009年，国务院出台了《国务院关于扶持和促进中医药事业发展的若干意见》，提到各地区、各有关部门要充分认识扶持和促进中医药事业发展的重要性和紧迫性，采取有效措施，全面加强中医药工作，开创中医药事业持续健康发展新局面。2010年，国务院出台《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，提到大力发展用于重大疾病防治的生物技术药物、新型疫苗和诊断试剂、化学药物、现代中药等创新药物大品种，提升生物医药产业水平。2012年，国务院陆续出台了《国家药品安全“十二五”规划》、《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》、《卫生事业发展“十二五”规划》和《生物产业发展规划》等，里面均涉及了发展中医药的内容。

各部门也大力协同，了很多相关规划及文件，推动中医药科技的发展。科技部2007年1月了《中医药创新发展规划纲要（2006―2020年）》，将中医临床研究、中药产业发展、基础理论研究、标准规范研究、创新体系建设、国际科技合作列为优先领域。2010年了《中药现代化科技产业基地发展规划（2010―2020年）》，提到发展中药产业，提升中药工业，改造中药商业，培育中医药知识产业和服务业，将中药产业培育成为我国具有比较优势的大健康产业。2020年，建成一批各具特点、布局合理、区域化协调发展的中药科技产业基地。2011年，科技部又陆续了《国家“十二五”科学和技术发展规划》、《医学科技发展“十二五”规划》和《“十二五”生物技术发展规划》等，均把中医药的发展列为主要内容之一。国家中医药管理局于2012年下半年连续了《中医药事业发展“十二五”规划》和《中医药标准化中长期发展规划纲要（2011―2020年）》，共列举了16项重点任务。

可见，近些年来，国务院及各部门都非常重视中医药的发展，纷纷制定了各种规划及政策，这些政策的制定为中医药的发展提供了一个很好的政策大环境，也是中医药能够稳定快速发展的有力保障。

2中医药领域研发投入经费持续增长，但同生物医药的其他相关领域相比仍存在较大差距

2.1中医药领域研发投入经费增长迅速据《中国科技统计年鉴》数据显示，中医药领域产学研各部分R&D投入经费在2007―2011年间保持逐年增长趋势，研发投入经费总额由2007年的188295万元增长到2011年的3399807万元[1-5]，增长了约17倍，尤以产业研发投入经费增长最快，见表1。

表1中医药领域产学研各部分R&D投入经费数

Table1R&DfundsintraditionalChinesemedicinefield万元

年度研发机构高校高技术产业20071650828106143681200823076396041959842009263525114820804220103536455674174144201139390667063293711注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2008―2012年），研究与开发机构“按学科分组的R&D课题”、“按学科分高等学校R&D课题”、“高技术产业R&D活动情况”。

2.2研发机构和高校的中医药学科研发投入经费与其他生物医药相关学科相比差距较大据《中国科技统计年鉴》数据显示，2011年，研发机构和高校的中医药学科的R&D课题投入经费与其他生物医药相关学科相比差距较大，中医药学研发投入经费只有临床医学研发投入经费的约1/3[1]，见表2。

表22011年研发机构和高校的生物医药相关学科R&D投入经费数

Table2R&DfundsinbiomedicalfieldinR&Dinstitutionsanduniversityin2011万元

排名学科研发机构高校1生物学2596142263232临床医学621652263303基础医学37923988944药学61188566115中医学与中药学39390667066预防医学与卫生学36984215447军事医学与特种医学7281138注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2012年），研究与开发机构“按学科分组的R&D课题”、“按学科分高等学校R&D课题”。2.3中成药制造业的研发投入经费与化学药品制造业相比差距较大据《中国科技统计年鉴》数据显示，2011年，中成药制造业的研发投入经费为3293711万元，不到化学药品制造业的1/3[1]，存在较大差距，见表3。

表32011年生物医药各相关产业R&D投入经费数

Table3R&Dfundsinmanufactureofmedicinesin2011

排名分类2011年R&D投入/万元所占比例/%1化学药品制造业1044223255.322中成药制造业329371117.453生物、生化制品的制造业265449414.064医疗设备及器械制造业248614013.17注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2012年）“高技术产业R&D活动情况”。

3研发投入人员总量增长较快，且研发投入人员的主体正逐步由高校和研发机构向企业转移

3.1研发投入人员总量增长较快据《中国科技统计年鉴》数据显示，中医药领域的研发投入人员总量从2007年的18578人年增长到2011年的35597人年[1-5]，增长幅度达91.6%，增长较快，见表4。

表4中医药领域研发投入人员总量

Table4R&DpersonnelintraditionalChinesemedicinefield人年

年度研发机构高校高技术产业2007245587037420200827741066713660200934021049915464201036471098910458201138971170519995注：数据来源于《中国科技统计年鉴》（2008―2012年），研究与开发机构“按学科分组的R&D课题”、“按学科分高等学校R&D课题”、“高技术产业R&D活动情况”。

3.2产业研发投入人员数量增长迅速据《中国科技统计年鉴》数据显示，从2007年到2011年，研发机构和高校的研发投入人员数量呈现持续稳步增长的趋势，增长幅度分别为58.7%和34.5%；但产业的研发投入人员数量增长迅速，从2007年的7420人年增长到2011年的19995人年[1-5]，增长幅度高达169.5%，并且占中医药领域研发投入人员总量的比例也由2007年的39.9%提高到2011年的56.2%，充分表明科研投入人员的主体正逐步由高校和研发机构向企业转移。

4科技创新能力不断提高，取得成绩显著

4.1“中医学”科研数量增长显著据中国科学技术信息研究所网站数据显示，中国科技论文与引文数据库收录的“中医学”文章的数量从2007年的15164篇增长到2011年的24620篇，增长幅度达62.4%，文章总数量的排名由2007年的第9名上升至2011年的第4名；并且在国内论文被引用次数最多的10个学科排名中，“中医学”也由2007年的不在前10名跃升至2011年的第6位[6]，成绩显著，见表5，6。

表5中国科技论文与引文数据库收录论文数排名

Table5Top10listfornumberofpaperstakenbyCSTPCbydiscipline

排名2007年2008年2009年2010年2011年1临床医学临床医学临床医学临床医学临床医学2电子、通信与自动控制技术农学农学中医学计算技术3计算机科学技术电子、通信与自动控制计算技术计算技术电子、通信与自动控制4基础医学计算技术电子、通信与自动控制农学中医学5农学基础医学基础医学基础医学农学6药学药物学中医学药学预防医学与卫生学7生物学中医学药物学电子、通信与自动控制基础医学8预防医学与卫生学生物预防、卫生预防医学与卫生学生物学9中医学预防、卫生化工化工化工10化学化学地学土木建筑土木建筑

表6国内论文被引用次数最多的10个学科排名

Table6Top10listfornumberofpaperscitedbydiscipline

排名2007年2008年2009年2010年2011年1临床医学临床医学临床医学临床医学临床医学2地学农学农学农学农学3农学地学地学地学地学4生物学生物学生物学生物学生物学5电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制电子、通讯与自动控制6基础医学环境科学基础医学基础医学中医学7化学基础医学环境科学环境科学基础医学8环境科学化学化学计算技术计算技术9计算机科学技术计算技术计算技术中医学环境科学10电力与电气中医学中医学化学预防医学与卫生学

另据《中国科技统计年鉴》数据显示，SCI/EI/CPCI-S收录的“中医学”论文数从2007年的63篇增长到2010年的450篇[1，4]，增长明显。

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中图分类号：TP13.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0066-01

“自动控制原理”作为自动化及相关专业的专业基础课程，在自动化专业中，起到承上启下的核心作用。同时，在化工、机械等专业中也处于非常重要的地位。[1]目前，这门课程存在着教师难教、学生难学的双重困惑，特别是其考核方式和考核内容在某种程度上直接影响学生的学习态度和积极性。进行考核制度改革，是调动学生学习积极性，提高教学质量的一种重要方法。传统的考核方式大多采用闭卷或者开卷考试，存在不少弊端。

1 传统考核方式及弊端

（1）不能有效促进学生对课程知识的积累，而且难以客观评价学习效果。目前，独立学院考试沿袭了传统的课程考核模式，在这种考核模式中，期末考试是课程考核的主要方式，其所占比重较高，因此，期末考试的成绩在一定程度上作为衡量课程教学效果和学生学习水平的主要依据。这样会造成学生考试易存在作弊心理，考试临时抱佛脚现象。

（2）使教与学不能较好结合。在独立学院中，大多数学生学习只是为了考试及格，平时在课堂上和课后都不用心，不操心，得过且过，敷衍了事，很少主动总结教师课堂内容和找教师答疑。在传统考核模式中，闭卷考试容易照成学生死记硬背，是典型的记忆力考核。而且，闭卷考试客观题较多，一定程度上也限制了学生创新和个性的成长。开卷考试容易形成学生不劳而获的意识，往往把考试寄托在课本和作业上，不会主动学习。这就达不到教与学的有机结合，不能取得较好的教学效果。

2 自动控制原理考核改革的思路及方法

（1）改革考核内容，培养学生创新应用能力。自动控制原理在实际生活中应用非常广泛，因此，在制定课程考核内容时，要与实际生活、先进技术和先进思想相链接，考核学生创新和灵活运用知识的能力。考核中要注重学生个性的培养和发挥，使具有特殊学习兴趣和有想法学生的才能得到发挥。比如，自动控制原理也是一门自动化专业和相关专业的考研课程，一部分学生需利用本课程学习考研，因此在制定课程考核时，可通过适当增加与考研内容相关的考核试题，同时，加大考研课堂讨论力度。这样，即能满足一部分学生考研需要，也能满足大部分学生的学习需要。考试不能完全限制答案，除了原理性、原则性的问题，对于学生似是而非、较牵强的答案，特别是比较新颖的答案，要给以肯定，不能全盘否定，以利于加强学生的学习积极性、创新能力、主动思考和发散性思维的培养。

（2）加强过程考核。传统考核模式可能会导致教与学相脱节。实施过程考核的考核理念，能较好的克服陈述性知识和过程性知识的分割、理论知识与实践知识的分割、知识排序方式与知识学习方式分割的缺陷。[2]过程考核是课程教学体制中不可或缺的一部分，即体现了考核成绩的科学性，也体现了公平性，一定程度上也杜绝作弊和临时抱佛脚的心理，有利于培养学生重结果更重过程的人生观和世界观，为以后进入社会，进入职场有更好地发展。

例如，在自动控制原理课程教学中，为了增强学生的自主学习性，加大平时成绩的比重，把平时成绩提高到总成绩的50%，同时，将考勤、课堂考核、课堂讨论、课堂提问、答疑、课后作业、学生互动和课程论文等纳入平时成绩。在平时成绩中，还要加大课堂讨论和课堂提问在平时成绩中的比重。这样，既体现了公平性，又增加了学生的学习积极性，同时，开扩了学生的思维，培养了学生思考问题、分析问题和解决问题等多方面培养的能力，充分调动学生的自主学习性。

（3）引入“一纸开卷”。“一纸开卷”是指在考试开始前两周由系部统一发给学生印有“自动控制原理考试专用纸”字样的试卷纸，学生可在试卷纸上书写与考试内容有关的公式、内容等，考试时允许带进考场。[3] 考试结束后与试卷一起上交，否则视为作弊处理。

采用“一纸开卷”考核的优点主要体现在以下2个方面：（1）可有效避免学生死记硬背公式和知识点，减轻学生负担。自动控制原理课程具有理论性强、含有大量公式和图形曲线等特点。采用“一纸开卷”的考试形式，学生可以不用死记硬背公式，可以把大量时间和精力放在知识点的理解和归纳总结上，有利于提高学生分析和主动思考的能力。（2）有利于减小作弊的几率，端正考风。考试前，学生通过自动控制原理考试专用纸把需要记忆的公式、基本概念和归纳总结的知识点写下来，这样，考试时，部分基础薄弱、学习成绩较差的学生基本上不需要携带一些采用闭卷考试时常用的作弊小抄，而且也有利于调节学生的考场气氛，缓解考试时的紧张。

（4）加强考核反馈机制。考核的目的，是为了检查学生是否掌握所学知识解决问题的能力。考核结束后，要形成反馈机制，及时的把考核结果反馈给学生，完善学生知识点的理解。特别在过程考核时，比如，在学生完成课后作业、课堂测试和课程论文后，教师要及时的根据完成情况，对学生解题或理解错误问题进行案例讲解，对重点知识点特别强调，要求学生及时修改错误，加强和完善知识点的理解。

3 结语

在独立学院学生教学过程中，自动控制原理考核改革还任重而道远，但教师应围绕以培养一线应用型人才为理念的原则，培养学生的创新和实践应用能力，培养面向现代社会的高新技术产业所需的复合应用型人才。实行“一纸开卷”和加强课程过程考核相结合的考核思路，推动了教学改革，促进了学生的主动学习能力，加强了学生的创新和综合应用能力，避免了过去传统考试模式作弊、临时抱佛脚、单纯应付考试和只要60分及格等心里和行为，提高教学质量。

参考文献

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“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8

 

1.工程概况

莱芜市钢城区黄庄镇，是中国黄金桃之乡，优质黄金桃种植生产基地，该项目位于黄庄镇东北部黄金桃主产区，控制灌溉总面积4000亩，项目区原无灌溉设施，经常遭受干旱威胁，严重威胁黄金桃产量和品质。近年来实施了计算机控制微灌工程项目，共建成了中心控制管理房及附属设施1处、蓄水池5座、各类灌溉管道 40km。自动控制部分安装中心控制计算机1套，在田间埋设各类控制信号模块40个、进口2英寸电磁阀40个、土壤墒情传感器4个；沿干、支管道铺设电源线、信号线、计算机网络线、电磁阀控制线8km，金属屏蔽管3km，在支管管道安装水表、压力表等量测设备，另外还配备UPS电源、避雷器等稳压和过电压保护装置。

2.计算机控制系统的工作原理及配置

2.1 自动化控制系统工作原理

计算机控制系统主要是接收土壤水分传感器采集的数据，当采集数据达到土壤含水量下限值时，控制系统发出开阀指令，控制器打开电磁阀门，按照预先设定的灌水强度和灌水量进行灌溉，本组灌溉完毕打开下一组电磁阀，同时关闭本组电磁阀，直到整个灌溉过程结束。在整个灌溉过程中，灌溉强度、灌水量均可根据不同作物品种、当时的土壤含水量进行人工设定。系统可对土壤含水量、管网压力、流量、灌水量等进行实时控制，并将灌水时间、日期、灌水总量等数据存储并可随时打印。

2.2 自动化控制系统的配置

自动控制系统由上位机和采集控制模块相结合，是目前配置较为可靠的方案。采集控制模块对于系统的扩展灵活方便。土壤水分传感器是自动控制系统的关键部件，其灵敏度和可靠性直接关系到能否适时启闭供水设备可靠灌溉。论文格式。管道上的电磁阀均按照预先分组连接到控制模块上，启闭受计算机软件控制。

2.3 系统的软、硬件设计及功能

系统软件分为上位机监控软件和采集控制模块软件两部分。上位机软件包括通讯程序、监控画面和打印程序。采集控制模块采用梯形图编写。

系统硬件设计按功能可划分为监控、控制两部分。系统监控部分由上位机和打印机组成，用来实时处理采集控制模块采集的数据并据设定值进行逻辑判断，向控制站采集控制模块发送控制命令。系统控制部分由采集控制模块、土壤水分传感器、压力流量传感器及电磁阀等组成。该部分作用是采集流量压力信号并送入上位机进行处理，同时执行上位机发送的控制命令，对电磁阀进行控制操作。

3.自动化控制系统方案设计

3.1 自动化控制系统站点布局

整个高效经济作物种植区内，控制灌溉总面积4000亩，全部采用小管出流灌溉，分布于项目区内的5座蓄水池为灌溉水源，由安置于中央控制室内的计算机分别负责控制5座水池按需供水。每种灌溉区域和每座水池都安装一套中心测控单元——测控终端。包括：采集控制模块，用来完成数据采集和控制驱动任务；传感器，完成数据测量与传输任务。测控终端通过Rs485信号网络与中心控制室内主计算机相连，自动进行数据采集、传输、指令接收和驱动控制，实现远程测控功能，从而使田间地块灌溉自动化。

3.2 自动化控制系统网络结构布局

由于本项目区周围需灌溉的农田面积较大，各测控点距中央控室距离不等，为此，控制系统采用了二级分布式网络化测控系统拓扑结构。该结构具有以下先进特点：(1)保持网络距离、测控终端的扩展、传感器和伺服机构的增加，在原有工程的基础上扩大系统规模。(2)不同种类、不同通讯协议、不同传输速率的智能终端共用网络介质，进一步提供了系统扩展的灵活性。(3)部分远程测控终端的故障或脱网维护，不影响其他部分的正常工作。

3.3 自动化控制系统布线

微灌工程中埋设了各类管线，其中有不同管径的灌溉输水管道、强电电缆线、弱电信号线等。现场弱电信号总线采用4芯1.5mm2铜芯电缆，其中2芯传输 24VDC电源，另外2芯传输RS-485网络信号。论文格式。电磁阀驱动线采用每电磁阀1．5mm2的2芯24VAC电缆。通信网络采用RS-485双绞线，通信波特率9600bps、自定义奇校验、帧协议、帧校验格式，自动切换。

4.计算机控制系统的特点

本项目系统测控选择了高性价比的测控设备，具有高可靠性、直观性、安全性等特点。系统不但支持测控对象数量、测控终端数量、软件功能、远程信息共享等方面的开放扩展性，而且对于操作人员的技术水平要求较低，技术维护工作简单易行，完全能够满足农业生产的野外工作环境要求。本项目实现了以下技术创新：(1)设计了多媒体动画界面，可对全灌区实时动态动画模拟，对灌溉作业远程实时操作。(2)根据作物品种、土壤含水量，编制科学合理的灌溉计划，避免了大水漫灌和灌水不足，为作物稳产高产奠定了基础。(3)使用了1:1隔离变压器，有效避免了雷击、过电压等强电干扰对设备的损害，延长了设备的使用寿命。(4)测控终端使用了通用采集控制模块代替了传统PLC可编程控制器，既方便了管理又降低了工程造价。

5.自动化控制系统的应用效果

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中图分类号：P335+.1文献标识码： A 文章编号：

一、自动化仪器仪表的简介

1. 自动化仪器仪表的定义

自动化仪器仪表是用于化学、物理方面的技术工具和设备，可以检出测量各种物理量、物质成分。从广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递等功能。显微镜、望远镜能使人们扩展自己的视野，体温计能让人们测量自己的身体的温度；此外，还有一些仪器仪表如磁强计、射线计数计具有特殊功能，可以感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的数据因子。

自动化仪器仪表又被称作信息机器，因为它的主要功能是信息形式的转换，可以将输入信号转换成输出信号。信号按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。

2. 自动化仪器仪表的分类

自动化仪器仪表是多种科学技术的综合产物，有很多种类，有的按用途分类，有的按功能分类，不同的分类方法对应着不同的产品，本文主要介绍两种分类方法。

（1）按不同用途来分类

仪器仪表有各种用途，有的用在运输上，比如汽车仪表、拖拉机仪表；有的用在航空上，比如船用仪表、航空仪表；有的用在地质上，比如地质勘探测试仪器、地震测试仪器；另外随着科学技术的发展，很多仪器仪表应运而生，比如教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。

（2）按不同功能来分类

随着我国自动化技术的成熟和各种行业的需要，产生了各种功能的仪器。比如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、记录仪表、计算仪表等；检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表等。

二、我国自动化仪器仪表行业发展的现状

自动化的内容在近10 年来随着电子信息技术和光电技术等相关学科的发展而发生了许多变化。从纵深上讲，可以涵盖从最底层的自动化感应部件、各种检测传感器、变送器、各种间接测量设备、各种执行机构等到自动回路调节器、自动控制单元、各种大中小型装置控制系统到综合优化调度与协调系统和企业综合管理信息系统等。从应用的行业性质上分，自动控制系统可以分成以流程过程控制为主的过程控制系统(如各种DCS、回路调节系统等) 和以运动和传动控制为主运动控制系统( 各种逻辑控制PLC 和传动控制系统如CNC 等，工业自动化仪器仪表主要是针对自动控制系统而言。

2002 年我国工业自动化仪表制造业共有309 个企业，实现工业总产量136.24 亿元，销售收入133.75 亿元，利润总额8.99 亿元。行业综合水平总体上达到国际八十年代水平。30%的产品实现了数字化，达到国际八十年代末期水平; 约15%的产品实现了智能化，达到国际九十年代水平。品种门类较为齐全，有一定的成套能力。可能承接60 万千瓦火电站、核电站、30 万吨合成氨、30 万吨乙烯、500 万吨炼油、10000 立方米空分、4000 立方米高炉、120 吨转炉、日产30 万立方米城市煤气站、日处理40 万吨污水、日产5000 吨水泥等大型工程的控制系统和仪表成套项目。

三、当前的仪器仪表技术存在的主要问题

仪器仪表行业技术发展虽然迅速，但较国外先进的高性能、高实用性的领先技术比起来，我们还存在着10~15年的差距，当前的仪器仪表技术还存在着一定的问题：

1、自主创新成果比例过少，应用技术不足

我国仪器仪表行业的初期是通过引进国外的先进技术，近几年，也有不少科技型企业加大了自主研发力度，但从总体上说，自主创新的成果还是非常少，并且技术的实用性欠缺。对于一些关键核心工艺加工制造技术力量非常薄弱。产生这种现象的原因是因为中外合资与先进技术引进与自主研发严重脱轨。

2、中低档产品居多，研发投入不足

我国现阶段的仪器仪表产品较国外比较，大部分都属于中低档产品，产品创新能力弱，高端精准仪器仪表数量非常少。其原因是现阶段的仪器仪表行业缺少对于高端检测、数字化精进技术人才，限于各大企业和单位的指导思想和投入规模，研发投入也不够，包括设备资金、人才培养等各方面的投入。

四、我国自动化仪器仪表的发展趋势

近年来，经济全球化的发展要求技术的全球化，计算机和智能机器的发展对仪器仪表的发展有很大的促进，我国应该在现有的技术基础上，借鉴国外的微电子技术，掌握关键技术，生产更多国有品牌，提升国际竞争力。我国自动化仪器仪表技术的发展前景广阔，与国际自动化仪器仪表的发展相比，可以分为智能化、高精度化和网络化等趋势。

1. 智能化

智能化技术是仪器仪表的一种发展趋势，与国外产品相比，国内产品在智能化方面有很多不足，我国仪器仪表在智能化方面与国外存在明显差距，因此，我国应该加大创新力度，改变创新模式，在智能化方向改革创新。自动化仪器仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能。采用智能化的产品可以很好的自主调节控制，利于信号的传递，提高了工业效率，更能适应国际技术的发展。

2. 高精度化

自动化仪器仪表对技术要求很高，只有高度精密化才能提升我国产品的核心竞争力。国外很多仪器仪表产品具有高精度化的特点，我国的产品在这方面明显落后，因此提高仪器仪表的精密是大势所趋，也是应对国际激烈竞争的必然选择。当前的重点是研究和发展多维精密加工工艺，精密成型工艺，球面、非球面光学元件精密加工等工艺。

3. 网络化

在国外市场以现场总线技术为代表的数字通信网络技术得到了快速发展，但是我国自动化仪器仪表在总线技术方面还不完善，许多产品功能还不完备，核心技术的掌握也差强人意，因此，网络化是我国自动化仪器仪表的发展趋势和方向。发展网络化就要充分利用计算机数字化通信技术，完成信息的转换，构造一个庞大的信息化网络，这样信号流通顺畅，更能提高生产效率。

总结

自动化仪器仪表是很多自动化元件组成的，包括各种功能的自动、智能和微型技术工具。仪器仪表有不同的用途，对应的功能也不同，有的具有测量、显示功能，有的具有记录、报警功能。近年来随着经济的发展和科学技术的进步，微电子、计算机、网络通信等日新月异发展的新技术对自动化仪表产生了深远的影响。我国自动化仪器仪表发展历史久远，随着新技术的出现不断出现新的仪器，对我国经济的发展起了很大的促进作用，从目前来看，我国自动化仪表技术发展迅速，但与国际上比起来还是有一定的差距。自动化仪表的改进有重大的应用前景，我国应该加大资金扶持力度，转变创新方式。

【参考文献】

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[2]赵群.张翔.谢素珍.李辉自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[期刊论文]-现代制造技术与装备2008(4)

[3]唐公涛.尹升宝浅谈工业自动化仪表的发展趋势[期刊论文]-科技创业家 2011(4)

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

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

1.高炉温度自动控制概述

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

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

2.基于现场总线的高炉温度自动调节控制技术应用探讨

2.1系统功能设计

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

2.2系统层次架构

高炉温度的自动调节控制系统主要由以下四个系统层构成。

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

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

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

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

2.3系统软件设计

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

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

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

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