發(fā)布時(shí)間：2023-03-21 17:06:58
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的自動(dòng)控制理論論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)已建成的污水處理廠自動(dòng)化主要是通過(guò)PC+PLC系統(tǒng)、FMS系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。PC+PLC系統(tǒng)是PC端和PLC端通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)所連接的，形成分布式控制系統(tǒng)方式。此種方式所具備的優(yōu)勢(shì):較高的性價(jià)比、操作靈活。很多大量數(shù)字量邏輯控制企業(yè)都是用此種方式，但是對(duì)于軟件以及硬件方面需要繼續(xù)開(kāi)發(fā)配置。污水處理廠中心控制室主要工作內(nèi)容是對(duì)于污水廠進(jìn)行整體性管理、對(duì)于重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)視、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)試、參數(shù)運(yùn)行登記、故障報(bào)警等多功能。在中央控制中能夠觀察到整個(gè)污水處理廠各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行情況，廠內(nèi)技術(shù)人員對(duì)于全廠運(yùn)行情況能夠及時(shí)掌握。污水處理中最困難的就是排水處理。排水有多種污染源，既有酸性、堿性排水，又有油、泥渣、有機(jī)物排水。排水處理的目的是將排放水中的污染物質(zhì)降低到最低限度，即最大限度地去除排放水中的污染物質(zhì)和考慮可回收的再利用水，以減少污水排放量并節(jié)約用水。但是，采取集中處理或分散處理，哪些水處理后回收利用，哪些水處理后排放，根據(jù)具體情況而擬定可行方案。排水處理自動(dòng)化工藝流程可據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)常性排水根據(jù)水質(zhì)分類，一般分為兩類，即除鹽設(shè)備的再生排水，正常時(shí)懸浮物含量較低，可中和后直接排放，另一部分予處理澄清池排水，因含污泥必須經(jīng)各級(jí)處理后才能排放;而非經(jīng)常性排水一般需經(jīng)各級(jí)處理后才能排放。
2污水處理的管理措施
2．1建立有效的資金保障機(jī)制對(duì)于污水處理有著很大的公益性，這樣的情況下就需要一定的資金投入。根據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，就現(xiàn)在的污水處理相關(guān)資金有著一定的承受能力，但是確都不愿意承擔(dān)，多數(shù)地區(qū)內(nèi)污水處理費(fèi)用有一定的不明之路。各個(gè)地區(qū)內(nèi)政府可以結(jié)合地區(qū)的建設(shè)，可以使用國(guó)家扶持以及地方補(bǔ)助、或者居民支持以及企業(yè)參與等相關(guān)方式，將資金很好地籌集起來(lái)，這樣就能形成多元化的投入。相關(guān)的地區(qū)也可以參考西方先進(jìn)的運(yùn)營(yíng)模式，對(duì)于污水處理建設(shè)以及運(yùn)行資金提供保障，推行污水治理的優(yōu)惠政策，例如增加優(yōu)惠政策、稅收優(yōu)惠等等，對(duì)于社會(huì)各種力量以及資金投入農(nóng)村污水治理要積極的鼓勵(lì)以及指導(dǎo)，這樣污水處理才能順利的實(shí)施以及運(yùn)行。
2．2建立完善的水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施管理機(jī)制由地方聯(lián)合當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)行政部門(mén)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)機(jī)關(guān)部門(mén)進(jìn)行一定的指導(dǎo)以及監(jiān)督下，成立一定的水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施管理部門(mén)，對(duì)于污水處理的基礎(chǔ)建設(shè)積極的配合。水務(wù)處理部門(mén)可以根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況制定適合地區(qū)的水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施方式，明確居民的權(quán)利以及義務(wù)，同時(shí)可以建立專門(mén)的賬號(hào)，對(duì)于日常污水排放的日常維護(hù)費(fèi)用以及相關(guān)管理費(fèi)用等資金進(jìn)行統(tǒng)一的管理。
2．3員工意識(shí)轉(zhuǎn)變?cè)谖鬯詣?dòng)化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程技術(shù)人員也要積極參與進(jìn)來(lái)。在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，對(duì)于系統(tǒng)所具備的自動(dòng)化性能要完全掌握，這樣在系統(tǒng)后期運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于設(shè)備維護(hù)才能做到得心應(yīng)手。需要定期對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)，員工的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面都需要不斷的提升。員工參與到系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)所存在的問(wèn)題，對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行完善。員工對(duì)于自動(dòng)化控制的觀念也要有所轉(zhuǎn)變，工作不能全部依賴系統(tǒng)控制，在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行情況下，就地控制柜作用以及繼電信號(hào)回路問(wèn)題才能降低，保證隨時(shí)隨地的掌握污水處理廠運(yùn)行狀況。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：控制理論，關(guān)鍵問(wèn)題，Bode圖，Nyquist圖
控制理論是自動(dòng)化及工業(yè)儀表專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性極強(qiáng)，它的基本概念及理論貫穿于許多后續(xù)課程中，該門(mén)課程也是許多學(xué)生報(bào)考碩士研究生的一門(mén)專業(yè)課程，因而控制理論的教學(xué)顯得非常重要。為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用，根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)控制理論中幾個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題的解決提供一些簡(jiǎn)便的方法。
1 Nyquist穩(wěn)定判據(jù)中D形圍線的推廣
分析一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，大家都知道首先要判別它是否穩(wěn)定，因?yàn)椴环€(wěn)定的系統(tǒng)在工程實(shí)際中是沒(méi)有任何意義的。奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)由于它主要靠作圖，計(jì)算量??；不僅能判斷閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，而且還可判定系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度；可以提示改善系統(tǒng)穩(wěn)定性的辦法；可以方便的判定帶時(shí)滯環(huán)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)使其在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析中有十分重要的地位，事實(shí)上它是整個(gè)控制理論頻率域的基石。論文格式。根據(jù)多年關(guān)于控制理論的教學(xué)與研究，本文對(duì)奈魁斯特穩(wěn)定判據(jù)D形圍線（奈魁斯特軌跡）提供一種新的較為實(shí)用的選取方式。
1.1奈魁斯特軌跡的另一種選取
關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；污水處理；各單元
中圖分類號(hào)：[TU992.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1、前言
污水處理是一門(mén)涉及化學(xué)、物理、生物等多門(mén)科學(xué)的綜合性技術(shù)，其工藝機(jī)理復(fù)雜，操作要求十分嚴(yán)格，實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較高。如果只憑現(xiàn)場(chǎng)人員手動(dòng)操作，往往操作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，處理效果差。加之我國(guó)水污染控制水平較低，尤其是工業(yè)廢水的污染控制，投入不足，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。因此為了改變我國(guó)污水處理控制技術(shù)的這種落后現(xiàn)狀，進(jìn)行污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。當(dāng)前，污水處理控制領(lǐng)域?qū)⒂?jì)算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等運(yùn)用到過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，已成為研究熱點(diǎn)。
2、自動(dòng)控制理論的發(fā)展
在工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展的同時(shí)，控制理論的發(fā)展至今已有100多年的歷史。各個(gè)領(lǐng)域中的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)能力的要求越來(lái)越高，應(yīng)用范圍也更加廣泛。特別是自20世紀(jì)80年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，推動(dòng)了控制理論研究的深入發(fā)展。
3.各單元的自動(dòng)控制系統(tǒng)
3.1 格柵自動(dòng)控制系統(tǒng)
根據(jù)水位差測(cè)量?jī)x檢測(cè)的格柵前后水位差閾值自動(dòng)控制機(jī)械格柵的運(yùn)行。當(dāng)機(jī)械格柵停止運(yùn)行的時(shí)間超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)由時(shí)間控制，自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)械格柵。PLC系統(tǒng)還將按軟件程序自動(dòng)控制柵渣輸送機(jī)、機(jī)械格柵的順序啟動(dòng)、運(yùn)行、停車以及安全聯(lián)鎖保護(hù)。水位差設(shè)定值，格柵的運(yùn)行時(shí)間及格柵運(yùn)行周期可調(diào)。3.2 水泵自動(dòng)控制
在泵池設(shè)超聲波液位儀表，根據(jù)水位測(cè)量?jī)x測(cè)得的泵房水位值自動(dòng)控制多臺(tái)水泵的啟停運(yùn)行。當(dāng)泵房水位高至某一設(shè)定的水位值時(shí)，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動(dòng)增加水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；相反，當(dāng)泵房水位降至某一設(shè)定的水位值時(shí)，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動(dòng)減少水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)累積各個(gè)水泵的運(yùn)行時(shí)間，自動(dòng)輪換水泵，保證各水泵累積運(yùn)行時(shí)間基本相等，使其保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)水位降至干運(yùn)轉(zhuǎn)水位時(shí)，自動(dòng)控制全部水泵停止運(yùn)行。在監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板上可以設(shè)定水位值。
3.3 沉砂池自動(dòng)控制
沉砂池的設(shè)備自成系統(tǒng)，隨設(shè)備所帶的就地控制箱將帶有啟動(dòng)時(shí)序和停止時(shí)序，以及安全保護(hù)程序，自動(dòng)控制整套沉砂池設(shè)備的運(yùn)行。PLC系統(tǒng)將采集沉砂池全部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，上位監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)也可遠(yuǎn)控整套沉砂池設(shè)備的啟動(dòng)/停止。
3.4 分段進(jìn)水多級(jí)AO生物池控制
現(xiàn)有AO或AAO生物池改造采用分段進(jìn)水多級(jí)AO工藝。主要測(cè)控內(nèi)容有：
――各段進(jìn)水流量檢測(cè)、配水閥門(mén)/堰門(mén)監(jiān)控，自動(dòng)控制各段流量，保證多級(jí)AO工藝進(jìn)水流量分配比，實(shí)現(xiàn)合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源進(jìn)行反硝化, 達(dá)到有效降低出水TN, 并降低運(yùn)行費(fèi)用。
――厭氧池氧化還原電位監(jiān)測(cè)，各級(jí)缺氧池入口溶解氧監(jiān)測(cè)，各級(jí)缺氧池混合液濃度監(jiān)測(cè)，攪拌器運(yùn)行控制。
――各級(jí)好氧池溶解氧監(jiān)測(cè)、空氣流量檢測(cè)、曝氣量自動(dòng)控制。由于污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行中, 進(jìn)水負(fù)荷實(shí)時(shí)變化，DO串級(jí)控制策略可根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整DO的設(shè)定值, 有效地消除進(jìn)水?dāng)_動(dòng)。
――生物池出水硝氮在線檢測(cè)，作為甲醇投加的過(guò)程控制參數(shù)，及時(shí)調(diào)整外碳源的投加量，保證出水水質(zhì)并節(jié)省碳源。
――生物池出水氨氮在線檢測(cè)，根據(jù)出水氨氮值及時(shí)調(diào)整曝氣量滿足和保證出水水質(zhì)的要求。
――分段進(jìn)水多級(jí)AO工藝對(duì)C/N比的敏感性，具體水質(zhì)、水量的實(shí)時(shí)變化，使得分段進(jìn)水工藝的運(yùn)行和優(yōu)化有很大的空間。利用在線監(jiān)測(cè)及智能控制技術(shù)，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、水量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制, 提高污染物的去除效率, 降低運(yùn)行成本，并可提高分段進(jìn)水生物脫氮工藝的可操作性。
3.5 鼓風(fēng)機(jī)房出口壓力控制
通過(guò)壓力變送器檢測(cè)空氣總管的壓力，根據(jù)設(shè)定的壓力值控制鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)、調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉片角度，從而保證生物池對(duì)空氣的需求量。在保證空氣需求量的前提下，盡可能地節(jié)省能耗，壓力控制系統(tǒng)和曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，相互影響，最終使生物池的生物處理過(guò)程處在最佳狀態(tài)。通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定鼓風(fēng)機(jī)出口的壓力控制值。
3.6 污泥回流量自動(dòng)調(diào)節(jié)
回流污泥量的控制采用比例控制以保證污泥混合液濃度在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)生物池的進(jìn)水量、回流污泥濃度控制回流污泥泵（工頻泵）的運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)或變頻泵的轉(zhuǎn)速，保證生物池微生物的需要量。通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)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據(jù)裝在沉淀池內(nèi)的泥位計(jì)來(lái)控制刮泥車的運(yùn)行，指導(dǎo)排泥。排泥有二種控制方式：按泥位計(jì)設(shè)定值進(jìn)行自動(dòng)排泥，按定時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排泥。
3.8 污泥濃縮自動(dòng)控制
污泥濃縮機(jī)系統(tǒng)控制采用時(shí)間控制和手動(dòng)控制。該系統(tǒng)中設(shè)備的啟動(dòng)順序依次為輸送機(jī)、濃縮機(jī)、加藥泵、進(jìn)泥泵、污泥切割機(jī)，停止順序與之相反。當(dāng)藥液制備段的溶液罐的液位低，進(jìn)泥泵的進(jìn)泥流量低、系統(tǒng)中任何一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行。采用污泥流量比例投加絮凝劑，通過(guò)監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的操作屏，可以設(shè)定每天允許的運(yùn)行次數(shù)及每次運(yùn)行的時(shí)間。
3.9 污泥脫水自動(dòng)控制
污泥脫水過(guò)程按污泥脫水系統(tǒng)自身PLC預(yù)先編制的程序控制運(yùn)行。污泥脫水的程序控制采用時(shí)間控制和手動(dòng)控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶有啟動(dòng)時(shí)序和停止時(shí)序，以及安全保護(hù)程序。在藥液已制備完成的前提下，設(shè)備的啟動(dòng)次序依次為傾斜式輸送機(jī)、水平式輸送機(jī)、濃縮脫水一體機(jī)、加藥泵、進(jìn)泥泵，停止順序與之相反。上位監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)污泥脫水系統(tǒng)全部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警，但不可遠(yuǎn)程控制污泥脫水系統(tǒng)的開(kāi)停。
3.10 加氯的自動(dòng)控制
根據(jù)進(jìn)水流量和濁度控制加氯機(jī)按比例自動(dòng)加氯，并根據(jù)出水余氯值進(jìn)一步修正加氯量，使加氯量始終處于最佳值。
3.11 電動(dòng)閘門(mén)的控制
重要的電動(dòng)閘門(mén)，旁邊設(shè)置的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作箱面板上設(shè)手動(dòng)/遠(yuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。手動(dòng)狀態(tài)下，由操作箱面板上的按鈕控制閘門(mén)的開(kāi)閉；遠(yuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，由中控室遙控閘門(mén)的開(kāi)閉。閘門(mén)的狀態(tài)和工況在中控室的模擬屏上顯示。
4.結(jié)束語(yǔ)
污水處理運(yùn)行過(guò)程任務(wù)要求重，特性復(fù)雜，運(yùn)行管理難度大，目前水處理行業(yè)尚缺乏可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀器，用傳統(tǒng)的控制方式往往達(dá)不到精確的控制要求。先進(jìn)控制理論實(shí)現(xiàn)了過(guò)程工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以改變污水處理廠人工調(diào)節(jié)操作處理不及時(shí)、效率低的現(xiàn)狀。污水處理的社會(huì)意義巨大應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)污水處理工藝的半自動(dòng)全自動(dòng)控制提高污水處理的技術(shù)管理水平合理使用和配置處理設(shè)施設(shè)備具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。
參考文獻(xiàn)：
【1】汪吉鵬 工業(yè)控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向[期刊論文]-濰坊學(xué)院學(xué)報(bào) 2002(02)
關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；控制類課程；教學(xué)改革；教學(xué)質(zhì)量；
文章編號(hào)：1674-3520（2015）-04-00-01
對(duì)于電氣及自動(dòng)化信息類專業(yè)學(xué)生來(lái)講，控制類相關(guān)課程具有重要地位，主要包含“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”、“計(jì)算機(jī)控制”等相關(guān)課程?！白詣?dòng)控制理論”和“現(xiàn)代控制理論”課程是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論、基本方法的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課該課程，是一門(mén)重要的控制類專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性，對(duì)于工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)作用，因而受到人們的廣泛重視。如何講授“強(qiáng)理論性”課程，使學(xué)生真正認(rèn)識(shí)到學(xué)好理論可獲得對(duì)電氣信息類多門(mén)專業(yè)課的理論支撐，從而學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程是教學(xué)改革的主要目的。需結(jié)合“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、專業(yè)基礎(chǔ)理論課程與“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“儀表及過(guò)程控制”，“計(jì)算機(jī)控制”專業(yè)課程的問(wèn)題進(jìn)行深入的分析與研究，從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行全方位、多層次的改革探索和實(shí)踐，這將對(duì)教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)方面有明顯效果。
不斷更新觀念，壓縮精簡(jiǎn)陳舊過(guò)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)現(xiàn)論及現(xiàn)代方法的內(nèi)容，可以很好地解決先修課程和后續(xù)課程的銜接問(wèn)題，避免內(nèi)容的重復(fù)，進(jìn)一步優(yōu)化課程體系。要建立一套適應(yīng)性強(qiáng)的包括理論講授、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)和強(qiáng)化訓(xùn)練等方面在內(nèi)的全方位教學(xué)新體系，將課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程研討、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并充分利用多媒體教學(xué)手段提高教學(xué)效率、創(chuàng)造視覺(jué)的新感受、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。內(nèi)容取材時(shí)，不僅體現(xiàn)控制理論課程內(nèi)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，還體現(xiàn)課程群之間的相互關(guān)系。在教學(xué)組織過(guò)程中，積極采用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)手段，在多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)課程等方面努力探索。統(tǒng)一制作“自動(dòng)化概論”、“自動(dòng)控制理論”、“現(xiàn)代控制理論”、“運(yùn)動(dòng)控制理論”、“過(guò)程控制理論”、“計(jì)算機(jī)控制”電子教案和CAI課件，并將授課課件在課程網(wǎng)頁(yè)上，可供學(xué)生課余預(yù)習(xí)、瀏覽、復(fù)習(xí)等。另外，教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、學(xué)習(xí)指導(dǎo)以及教材和參考文獻(xiàn)均可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)方便查閱。在課程開(kāi)始即公布授課教師的信箱和電話號(hào)碼等聯(lián)系方式，密切授課教師與同學(xué)之間的聯(lián)系，使學(xué)生有問(wèn)題可及時(shí)獲得老師的輔導(dǎo)答疑，也可通過(guò)網(wǎng)上答疑相互交流，打破班級(jí)與時(shí)間的束縛，在平行班級(jí)中實(shí)行聽(tīng)課和答疑共享。
要進(jìn)行教學(xué)改革與教學(xué)研究，精簡(jiǎn)教材和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)組定期進(jìn)行集體備課，加大對(duì)該課程與前后各門(mén)課程之間的銜接研究，避免內(nèi)容上的重復(fù)，使其與其他相關(guān)課程融合為一個(gè)有機(jī)的整體。建設(shè)可用于大多數(shù)工科專業(yè)的“控制理論”平臺(tái)課程。不斷改進(jìn)和完善本課程的新體系結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)其基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、前沿性和系統(tǒng)性；配合新的教材和課程體系，研究并建立配套的新實(shí)驗(yàn)體系，強(qiáng)化自主性、設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性；以MATLAB軟件為基礎(chǔ)，構(gòu)造開(kāi)放式小車倒立擺綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將分析、設(shè)計(jì)、仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)融為一體；開(kāi)發(fā)先進(jìn)的多媒體課件，將MATLAB平臺(tái)和虛擬實(shí)驗(yàn)融入到教學(xué)過(guò)程中，使教學(xué)更為直觀生動(dòng)，更具趣味性和吸引力。
實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生能力培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)。工科學(xué)生除要掌握一定的工程技術(shù)知識(shí)外，還要有較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力。
1、改革實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，建立體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“控制理論”課程的重要組成部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，驗(yàn)證所學(xué)理論，而且對(duì)所學(xué)內(nèi)容能夠提出一些新的見(jiàn)解。為了適應(yīng)教學(xué)改革的需要，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的指導(dǎo)思想是：將傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)與MATLAB環(huán)境下的仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將基礎(chǔ)理論驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)與自主型、綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，將基本實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，建立一個(gè)立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，從而滿足不同階段實(shí)踐教學(xué)的需要，為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)提供硬件平臺(tái)。由于實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容和形式的多元化，大大激發(fā)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)新性，學(xué)生可以通過(guò)預(yù)約或上網(wǎng)自主地開(kāi)展多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行理論驗(yàn)證、性能分析和綜合設(shè)計(jì)，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐能力和本課程的學(xué)習(xí)都將起到良好的作用。
2、積極開(kāi)展大學(xué)生科研實(shí)訓(xùn)活動(dòng)、參與教師科研項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生積極參加大學(xué)生科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，吸引有興趣的學(xué)生參與教師的科研活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)業(yè)和團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生初步的科學(xué)研究能力以及工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)及撰寫(xiě)論文的能力。
3、開(kāi)發(fā)研制計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件。教學(xué)課件以教材為藍(lán)本，包含簡(jiǎn)明、清晰的授課講義、重點(diǎn)、難點(diǎn)、例題演示、控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真和控制系統(tǒng)分析計(jì)算等內(nèi)容，既有課本內(nèi)容的直接再現(xiàn)，又增加很多有助于講解理論和計(jì)算方法的表現(xiàn)手段。課件以計(jì)算機(jī)為載體，既可用于課堂教學(xué)，又可通過(guò)上網(wǎng)，供學(xué)生進(jìn)行自學(xué)和課后復(fù)習(xí)使用?？刂评碚摰姆治龇椒ㄓ泻芏鄨D解法，如頻域分析、根軌跡法、狀態(tài)空間法等。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力仿真能力和豐富的色彩，可輕而易舉地準(zhǔn)確繪制出清晰美觀的畫(huà)面。采用動(dòng)畫(huà)技術(shù)后，圖形的來(lái)龍去脈可用動(dòng)態(tài)演示。計(jì)算機(jī)的圖形演示與教師的講授相結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容形象化、具體化和生動(dòng)化，增進(jìn)學(xué)生的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)極大的方便。仿真實(shí)驗(yàn)具有建模方法簡(jiǎn)單、參數(shù)調(diào)整方便、結(jié)果可視性好等優(yōu)點(diǎn)，克服常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)、缺乏變化、元器件制約參數(shù)調(diào)整以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限等不足。在教學(xué)中適當(dāng)介紹并應(yīng)用MATLAB軟件，并設(shè)計(jì)出計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件包，提供一個(gè)方便易用的圖形用戶界面，將MATLAB控制工具箱的相關(guān)功能集成一體。
4、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開(kāi)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能真正體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。在網(wǎng)絡(luò)中，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)的交互性、檢索性等特點(diǎn)來(lái)選擇自己需要的內(nèi)容進(jìn)行獨(dú)立學(xué)習(xí)。學(xué)生可以在任何時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并且與教師在網(wǎng)上交流，探討問(wèn)題，在教學(xué)中發(fā)揮積極作用。
5、建立科學(xué)、有效的教學(xué)信息回饋，實(shí)施“‘控制理論’相關(guān)課程的學(xué)習(xí)調(diào)查”制度，不定期進(jìn)行相關(guān)問(wèn)卷，包含這門(mén)課程是否易學(xué)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)、學(xué)習(xí)方法、是否能學(xué)以致用等幾個(gè)方面的內(nèi)容，充分了解學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課的基本情況，為課程改革提供必要的依據(jù)，收到良好的效果。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：自動(dòng)化專業(yè) 實(shí)踐能力 創(chuàng)新精神 培養(yǎng)機(jī)制
THE CULTIVATION MECHANISM WITH PRACTICE ABILITY AND INNOVATION SPIRIT OF AUTOMATION MAJOR
Zhang Tao
（North China Institute of Science & Technology， Sanhe， Hebei， 065201）
Abstract： The application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university has been improved and matured by construction for several years. The paper summarizes and analyses the constructer， contents， styles and effects of application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university. The paper especially expounds the cultivation effects， organization relation and mechanism characteristic of the application type and innovation type cultivation mechanism of automation major in my university. The practice teaching system has useful significance for others.
Key words： Automation Major； Practice Ability； Innovation Spirit； Cultivation Mechanism.
0 引言
華北科技學(xué)院是國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局惟一直屬的普通高等學(xué)校，始建于1984年，其前身是北京煤炭管理干部學(xué)院分院，1993年經(jīng)原國(guó)家教委批準(zhǔn)改建為華北礦業(yè)高等?？茖W(xué)校，2002年初經(jīng)教育部批準(zhǔn)升格為本科院校。學(xué)院面向全國(guó)招收普通全日制本、?？茖W(xué)生。學(xué)校設(shè)置有37個(gè)本科專業(yè)，涉及工學(xué)、理學(xué)、文學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、教育學(xué)等七大門(mén)類學(xué)科，已經(jīng)形成以全日制本科教育為主，?？平逃⒊扇藢W(xué)歷教育、安全培訓(xùn)、函授教育并存的多學(xué)科、多層次、多形式的辦學(xué)體系。
我校的自動(dòng)化（?？疲I(yè)成立于1999年，2003年升格為自動(dòng)化（本科）專業(yè)，面向全國(guó)招生。目前，自動(dòng)化（本科）專業(yè)包括本科、專接本科、第二學(xué)位本科等多種本科辦學(xué)形式，共有4個(gè)年級(jí)、20個(gè)班級(jí)，645名學(xué)生。
經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，自動(dòng)化專業(yè)的綜合實(shí)力逐漸增強(qiáng)，教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)水平逐年提高。2007年，自動(dòng)化專業(yè)被華北科技學(xué)院批準(zhǔn)成為首批校級(jí)重點(diǎn)與特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。2009年，自動(dòng)化專業(yè)被教育部批準(zhǔn)成為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)（編號(hào)：TS1Z214）。
本文就自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)機(jī)制的建立、運(yùn)行、完善等方面進(jìn)行了闡述，并對(duì)具有我校特色的自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神培養(yǎng)機(jī)制的培養(yǎng)效果進(jìn)行了總結(jié)與分析。
1 自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃
1.1 自動(dòng)化專業(yè)簡(jiǎn)介
自動(dòng)化專業(yè)主要研究的是自動(dòng)控制的原理和方法，自動(dòng)化單元技術(shù)和集成技術(shù)及其在各類控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。它以自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)，以電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)為主要工具，面向工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制及各行業(yè)、各部門(mén)的自動(dòng)化。它具有“控（制）管（理）結(jié)合，強(qiáng)（電）弱（電）并重，軟（件）硬（件）兼施”鮮明的特點(diǎn)，是理、工、文、管多學(xué)科交叉的寬口徑工科專業(yè)。學(xué)生在畢業(yè)后能夠從事自動(dòng)控制、自動(dòng)化、信號(hào)與數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面的技術(shù)工作。
1.培養(yǎng)目標(biāo)
本專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生要具備電工技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論、自動(dòng)檢測(cè)與儀表、信息處理、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等較寬廣領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和一定的專業(yè)知識(shí)，能在運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)過(guò)程控制、電力電子技術(shù)、檢測(cè)與自動(dòng)化儀表、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、管理與決策等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行、科技開(kāi)發(fā)及研究等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。
2.培養(yǎng)要求
本專業(yè)學(xué)生主要學(xué)習(xí)電工技術(shù)、電子技術(shù)、控制理論、信息處理、系統(tǒng)工程、自動(dòng)檢測(cè)與儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的基本理論和基本知識(shí)，受到較好的工程實(shí)踐基本訓(xùn)練；具有系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與研究的基本能力。
1.2 自動(dòng)化專業(yè)的課程設(shè)置
自動(dòng)化專業(yè)的課程設(shè)置應(yīng)該能夠體現(xiàn)自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，使學(xué)生掌握本專業(yè)領(lǐng)域必需的、較寬的技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，并受到較好的工程實(shí)踐基本訓(xùn)練，在本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)具備一定的科學(xué)研究、科技開(kāi)發(fā)和組織管理能力，具有較強(qiáng)的工作適應(yīng)能力。
1.自動(dòng)化專業(yè)的主干課程
自動(dòng)化專業(yè)的主干課程包括電路、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電力電子、電機(jī)拖動(dòng)、直流控制系統(tǒng)、交流控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理、過(guò)程控制、微機(jī)原理、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等課程。自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生必須深入理解和掌握這些課程的理論及其實(shí)踐。
2.自動(dòng)化專業(yè)的課程設(shè)置
自動(dòng)化專業(yè)的課程設(shè)置包括通識(shí)基礎(chǔ)教育課程、專業(yè)基礎(chǔ)教育課程和專業(yè)方向教育課程三個(gè)方面的課程，每一方面的課程又包括理論教學(xué)課程和實(shí)踐教學(xué)課程兩大部分。自動(dòng)化專業(yè)課程體系的設(shè)置如圖1所示。
2 自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中的教學(xué)改革
2.1 教學(xué)內(nèi)容改革
為適應(yīng)21世紀(jì)對(duì)人才的基本要求，在認(rèn)真研究和借鑒以前運(yùn)行的人才培養(yǎng)計(jì)劃的經(jīng)驗(yàn)和做法，并結(jié)合我校的辦學(xué)定位和實(shí)際情況，我們對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了多次研討論證，主要包括教學(xué)課程設(shè)置的合理性、開(kāi)課時(shí)間、理論學(xué)時(shí)與實(shí)踐學(xué)時(shí)的分配、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、實(shí)踐項(xiàng)目等內(nèi)容。
教學(xué)內(nèi)容改革的具體做法是：
一是根據(jù)實(shí)際條件的變化，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)，適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容。例如《信號(hào)與系統(tǒng)分析》課程，因?qū)嶒?yàn)條件的改善，將原教學(xué)計(jì)劃理論教學(xué)32學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)0學(xué)時(shí)，調(diào)整為理論教學(xué)28學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)4學(xué)時(shí)。
二是根據(jù)專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，適當(dāng)增加專業(yè)選修課程的學(xué)時(shí)，適當(dāng)調(diào)整專業(yè)選修課程的內(nèi)容。例如《自動(dòng)化仿真技術(shù)》、《自動(dòng)化組態(tài)技術(shù)》兩門(mén)專業(yè)選修課程，就是考慮到自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，突出自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真和組態(tài)方面的教學(xué)而增設(shè)的。
2.2 教學(xué)方法改革
正確靈活的教學(xué)方法將有助于深化提高教學(xué)效果，起到事半功倍的作用。教學(xué)方法改革的主要內(nèi)容包括：
一是積極推進(jìn)課堂討論教學(xué)法，讓學(xué)生在課外網(wǎng)絡(luò)上查找資料，然后在課堂教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行研討、推理，適時(shí)讓學(xué)生在課堂上進(jìn)行發(fā)言討論，最后總結(jié)得到合理的結(jié)論和推理。通過(guò)討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教會(huì)學(xué)生怎樣掌握新知識(shí)、探索新知識(shí)、獲取新知識(shí)，并會(huì)運(yùn)用新知識(shí)解決新問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的探索精神和獨(dú)立的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，提高綜合素質(zhì)。
二是創(chuàng)造和諧的師生關(guān)系，為促進(jìn)提高教學(xué)效果奠定基礎(chǔ)。師生關(guān)系是對(duì)立統(tǒng)一的，教師處于矛盾的主要方面，在運(yùn)動(dòng)變化中起著主導(dǎo)作用。因此，構(gòu)建良好的師生關(guān)系關(guān)鍵在于教師，但同樣也離不開(kāi)學(xué)生的密切配合和積極響應(yīng)。關(guān)于如何建立良好和諧的師生關(guān)系，請(qǐng)參考作者的相關(guān)論文《大學(xué)和諧師生關(guān)系的構(gòu)建策略研究》（華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)（人文社會(huì)科學(xué)版），2007）。
2.3 教學(xué)手段改革
在課堂教學(xué)過(guò)程中，講授教學(xué)內(nèi)容時(shí)可以采用黑板板書(shū)與多媒體相結(jié)合的教學(xué)手段。應(yīng)該盡可能地利用多媒體教學(xué)這一現(xiàn)代化教學(xué)手段，因?yàn)槎嗝襟w教學(xué)可以對(duì)抽象的微觀結(jié)構(gòu)采用形象生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)，生動(dòng)地展示教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解抽象的概念，擴(kuò)大教學(xué)內(nèi)容的有效信息量，從而提高教學(xué)效果。
在大學(xué)教學(xué)過(guò)程中，采用多媒體教學(xué)也存在其有利的一面和不利的一面。對(duì)此，作者進(jìn)行了研究，請(qǐng)參考作者的相關(guān)論文《大學(xué)中采用多媒體技術(shù)對(duì)教學(xué)的影響》（華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，Vol.4，2007）。同時(shí)，該論文獲華北科技學(xué)院“深化教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量”研討會(huì)優(yōu)秀論文二等獎(jiǎng)，并在大會(huì)上進(jìn)行了宣讀交流，論文的獲獎(jiǎng)證書(shū)如圖2所示。
3 我校自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)機(jī)制
3.1 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的途徑--實(shí)踐教學(xué)體系
為提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力以不斷適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，我校自動(dòng)化專業(yè)特別重視實(shí)踐教學(xué)方面的投入和改革。目前，在我校自動(dòng)化專業(yè)已經(jīng)形成多層次開(kāi)展、多學(xué)科綜合、并具有安全特色的實(shí)踐教學(xué)體系。
我校自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系的內(nèi)容豐富、層次合理，主要包括：
（1）實(shí)驗(yàn)類：各類課程的附屬實(shí)驗(yàn)課程。
（2）設(shè)計(jì)類：各類課程的課程設(shè)計(jì)。
（3）訓(xùn)練類：各類技能訓(xùn)練。
（4）實(shí)習(xí)類：認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)。
（5）綜合類：畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)。
3.2 培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的途徑――工程訓(xùn)練平臺(tái)
為實(shí)現(xiàn)高等工程本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)，達(dá)到目標(biāo)所要求的學(xué)生應(yīng)具備的工程素質(zhì)，我們認(rèn)為，一是要求具備良好的師資隊(duì)伍，二是要對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程素質(zhì)訓(xùn)練。
師資隊(duì)伍建設(shè)應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行：進(jìn)一步提高師資隊(duì)伍成員的職稱和學(xué)歷，加強(qiáng)“雙師型”教師的培養(yǎng)；按照“學(xué)有所長(zhǎng)，利用所長(zhǎng)”的原則，使師資隊(duì)伍成員不斷進(jìn)行專業(yè)方向凝練；推出“自動(dòng)化專業(yè)學(xué)術(shù)論壇”，加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流合作，濃厚團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)研究氛圍。
對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程素質(zhì)訓(xùn)練應(yīng)采取循序漸進(jìn)的訓(xùn)練策略。首先，立足于河北省高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心-華北科技學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)中心的豐富實(shí)驗(yàn)資源，引導(dǎo)學(xué)生以嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、認(rèn)真仔細(xì)的態(tài)度對(duì)待每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中體驗(yàn)科學(xué)研究的全過(guò)程。其次，利用實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、科研、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、工程實(shí)訓(xùn)等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程素質(zhì)訓(xùn)練，不斷提高學(xué)生的工程素質(zhì)和能力。圖3為學(xué)生正在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)訓(xùn)練的過(guò)程照片。
3.3 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的途徑――科技創(chuàng)新機(jī)制
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神是一項(xiàng)長(zhǎng)期性、系統(tǒng)性的工程，我們認(rèn)為，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神一是要有相應(yīng)的機(jī)制保證，二是要有具體的實(shí)施措施，這兩方面缺一不可。
培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新的機(jī)制建設(shè)包括：分別成立學(xué)生科技創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)小組、學(xué)生科技創(chuàng)新指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)、學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)小組；學(xué)校提供科技創(chuàng)新所必需的活動(dòng)場(chǎng)地、設(shè)備器材、經(jīng)費(fèi)支持等。
培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新的具體措施包括：一是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，鼓勵(lì)學(xué)生到開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究實(shí)驗(yàn)；二是設(shè)立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展各種科技創(chuàng)新活動(dòng)，圖4為我校設(shè)置的學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐室。
3.4 自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神培養(yǎng)效果
經(jīng)過(guò)自動(dòng)化專業(yè)相關(guān)部門(mén)和教師的共同努力，自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)情況良好，在招生、就業(yè)、考研、科技創(chuàng)新活動(dòng)等各方面取得了一系列重要的成績(jī)。
自2003年開(kāi)始招收自動(dòng)化專業(yè)本科學(xué)生以來(lái)，自動(dòng)化專業(yè)的辦學(xué)規(guī)模在穩(wěn)步發(fā)展。近幾年，每年的自動(dòng)化專業(yè)招生計(jì)劃均為210人，入學(xué)報(bào)到在190人以上，編為6個(gè)班級(jí)。
自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的就業(yè)情況良好，一次就業(yè)率較高。特別地，自動(dòng)化專業(yè)作為華北科技學(xué)院煤炭主體專業(yè)，著力突出煤礦安全自動(dòng)化這一行業(yè)特色，自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生積極響應(yīng)號(hào)召，投身于煤炭相關(guān)企業(yè)、為突出我校的安全生產(chǎn)特色方面做出了重要貢獻(xiàn)。
自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生積極進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)，取得多項(xiàng)科技創(chuàng)新成果。僅在2011年，獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽全國(guó)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)；飛思卡爾杯智能車競(jìng)賽全國(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，全國(guó)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)；全國(guó)挑戰(zhàn)杯大賽河北省二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。圖5為學(xué)生制作的科技創(chuàng)新作品（激光識(shí)別智能車），該作品獲得2011年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽全國(guó)二等獎(jiǎng)。
自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的考研情況良好，考研錄取率一直位居前列，表1為近幾年自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生考取研究生情況匯總表。
4 總結(jié)與建議
作者認(rèn)為，只有堅(jiān)持循序漸進(jìn)的培養(yǎng)策略，才能保證學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的不斷提高。學(xué)生能力培養(yǎng)的層次關(guān)系應(yīng)為：實(shí)踐能力的基本標(biāo)準(zhǔn)，工程素質(zhì)是最低要求，創(chuàng)新精神是最高追求，三者的層次關(guān)系如圖6所示。
經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，我校自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)機(jī)制已經(jīng)逐步完善、成熟，其特點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：
（1）在完成教育部規(guī)定培養(yǎng)目標(biāo)的前提下，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革和教學(xué)手段改革，不斷提高和強(qiáng)化教學(xué)效果。
（2）構(gòu)建自動(dòng)化專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，合理布局實(shí)踐教學(xué)層次，加強(qiáng)實(shí)踐基礎(chǔ)能力培養(yǎng)。
（3）構(gòu)建自動(dòng)化專業(yè)的工程訓(xùn)練平臺(tái)，通過(guò)PLC工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和單片機(jī)工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目等途徑，使學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、制作、檢驗(yàn)等步驟的全部過(guò)程。
（4）構(gòu)建自動(dòng)化專業(yè)的科技創(chuàng)新機(jī)制，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展各種科技創(chuàng)新活動(dòng)，取得科技創(chuàng)新成果。
同時(shí)，我校自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)機(jī)制還應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行改革、充實(shí)、提高、完善，以不斷滿足人才培養(yǎng)的需求和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。
例如，訓(xùn)練類實(shí)踐教學(xué)課程是提高自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生動(dòng)手能力的重要手段和途徑，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)踐的能力和實(shí)際動(dòng)手能力有明顯的幫助作用。因此，訓(xùn)練類實(shí)踐教學(xué)課程的下一步改革思路是：教師提出更有難度的訓(xùn)練題目，學(xué)生可以采用多種方法實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練題目的目標(biāo)，進(jìn)一步提高學(xué)生利用自動(dòng)控制理論來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，最大程度地發(fā)揮訓(xùn)練類實(shí)踐教學(xué)課程促進(jìn)教學(xué)的良好作用。
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作者簡(jiǎn)介
論文摘要：網(wǎng)絡(luò)與控制的學(xué)科交叉研究與產(chǎn)品的研發(fā)是我們面臨的一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的控制中都有不少問(wèn)題可研討。
二十年前，面對(duì)計(jì)算機(jī)與控制交叉發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)工控機(jī)專委會(huì)(其前身:中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會(huì)工業(yè)計(jì)算機(jī)學(xué)組)誕生。二十年后的今天，我們又面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，其特征之一就是，信息科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展所引發(fā)的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與控制科學(xué)技術(shù)的交叉發(fā)展，本文簡(jiǎn)稱為“網(wǎng)絡(luò)控制”對(duì)此#已有不少論述。本文只是簡(jiǎn)要討論一些看法。
1網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)遇
近年來(lái)信息科學(xué)技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分迅猛，新思想、新技術(shù)相繼問(wèn)世，網(wǎng)絡(luò)方面的新技術(shù)和產(chǎn)品迅速進(jìn)入市場(chǎng)。而在經(jīng)歷一個(gè)大發(fā)展后，自動(dòng)化及控制理論在其發(fā)展中也出現(xiàn)一此“困惑”，各國(guó)均十分關(guān)注自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。1986年IEEE與美國(guó)國(guó)家基金委專家高峰會(huì)發(fā)表“對(duì)控制的挑戰(zhàn)”一文;1990-1993年IFAC組織了“控制在工業(yè)中的應(yīng)用而臨計(jì)算機(jī)的挑戰(zhàn)”調(diào)研……我國(guó)也十分重視這個(gè)問(wèn)題:1999年宋健在IFAC大會(huì)報(bào)告:21世紀(jì)的控制;2002年中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委召開(kāi)“中國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略高層學(xué)術(shù)討論會(huì)”在這此討論中，信息的控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)控制的沖擊等都是一個(gè)議題。維納《控制論》一書(shū)的副標(biāo)題是:“關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué)”;而在《控制論》第一版序言中他又指出“如果一門(mén)新的科學(xué)學(xué)科是真正有生命力的，它的引人興趣的中心就必須而且應(yīng)該隨著歲月而轉(zhuǎn)移……因此，控制論學(xué)家應(yīng)該繼續(xù)走向新的領(lǐng)域，應(yīng)該把大部分注意力轉(zhuǎn)移到近十年發(fā)展的新的思想上去……”。從歷史上看，控制與通信確實(shí)是相互依存交叉發(fā)展的，而當(dāng)今在“網(wǎng)絡(luò)的連通性無(wú)所不在”的形勢(shì)下，我們確有必要討論網(wǎng)絡(luò)對(duì)控制的挑戰(zhàn)是什么，信息的控制或網(wǎng)絡(luò)控制是否應(yīng)該列為一個(gè)“引人興趣的中心”。
“網(wǎng)絡(luò)控制”的提法早已有過(guò)，而對(duì)其內(nèi)涵與外延井不十分統(tǒng)一，我們覺(jué)得網(wǎng)絡(luò)控制泛指通信網(wǎng)絡(luò)與控制科學(xué)技術(shù)的交叉以及相應(yīng)的產(chǎn)品。主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的控制與管理，網(wǎng)絡(luò)主要是做為技術(shù)手段或環(huán)境#而控制對(duì)象是傳統(tǒng)的對(duì)象（如電機(jī)、化工過(guò)程、航天……）也包括交通服務(wù)等系統(tǒng)。本文簡(jiǎn)稱為”網(wǎng)絡(luò)化控制”"網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身的控制與管理。信息與網(wǎng)絡(luò)成為控制的對(duì)象，而采用控制的手段來(lái)滿足用戶的要求。本文簡(jiǎn)稱為“網(wǎng)絡(luò)的控制”。這也可以說(shuō)是從兩個(gè)視角來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)控制。我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)控制的這兩個(gè)視角上都面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)，前者延伸了諸如數(shù)字控制。計(jì)算機(jī)控制等的概念，而后者則延伸了電機(jī)控制，機(jī)床控制等的概念。
2網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)化控制
網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)化控制有多種提法，如Telematic Sys-terns，Networked Systems，Networked Control Systems(NCS)，Integra ted Communication and Control
Systems(ICCS通信與控制系統(tǒng))等，其內(nèi)涵各有所側(cè)重，但有共同點(diǎn):是依靠網(wǎng)絡(luò)(主要是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))組成的分布式系統(tǒng);具有資源共享、集成自動(dòng)化、協(xié)調(diào)下作等特點(diǎn)，從應(yīng)用角度可包括:網(wǎng)絡(luò)化控制、網(wǎng)絡(luò)化制造、電子政務(wù)、電子商務(wù)、數(shù)字家庭、大型電網(wǎng)、城市交通、軍事上的41SR指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)以及情報(bào)、監(jiān)視、偵察)等?？梢允窍聵I(yè)對(duì)象也可以是服務(wù)業(yè)或其他對(duì)象。
網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)一般是大范疇的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，從功能層次上可包括企業(yè)網(wǎng)的外聯(lián)網(wǎng)[xtranet，企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)Intranet ，控制網(wǎng)、傳感網(wǎng)等，從網(wǎng)絡(luò)類型上也可以說(shuō)包括因特網(wǎng)、無(wú)線移動(dòng)通信、以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的’泛且深入的應(yīng)用，必然引起網(wǎng)絡(luò)與控制交叉學(xué)科的發(fā)展，或者引起Thomas Kahn在“The Strutureof Scientific Revolutions”中指出的在控制領(lǐng)域的范例轉(zhuǎn)移(Paradigm Shift)或出現(xiàn)從連續(xù)時(shí)間控制理論到離散時(shí)間控制理論的發(fā)展。
網(wǎng)絡(luò)化控制與管理系統(tǒng)，可以不同程度地實(shí)現(xiàn)各層次自動(dòng)化系統(tǒng)的集成使企業(yè)在企業(yè)協(xié)作、資源共享、提高效率、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力等方面得到好處;同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的引入必然帶來(lái)信息傳輸時(shí)延，延時(shí)的抖動(dòng)信息(數(shù)抓包)去失等問(wèn)題，也必將引發(fā)一此研究課題，包括:網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下復(fù)雜系統(tǒng)的集成優(yōu)化控制;基于連續(xù)時(shí)間和基于事件控制理論(在網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的)的應(yīng)用與發(fā)展;各種網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用系統(tǒng)的建模與分析;基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的分布控制;網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的信息女全，現(xiàn)場(chǎng)總線，工業(yè)以太網(wǎng)，傳感器網(wǎng)絡(luò)等等，從某種意義說(shuō)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展必須定位于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，從網(wǎng)絡(luò)控制著手。
3網(wǎng)絡(luò)的控制與答理
網(wǎng)絡(luò)的控制，基于網(wǎng)絡(luò)的控制(Network一Based Control)或網(wǎng)絡(luò)空間中的控制問(wèn)題是自接涉及到網(wǎng)絡(luò)木身的控制問(wèn)題，這里控制的對(duì)象是信息、數(shù)抓、網(wǎng)絡(luò)……。在自動(dòng)化科學(xué)發(fā)展的歷史中，自動(dòng)控制的對(duì)象是不斷發(fā)展變化的，這種發(fā)展體現(xiàn)了自動(dòng)化科學(xué)理論與實(shí)際相結(jié)合，學(xué)科交叉和與時(shí)俱進(jìn)的特性，從某種意義上說(shuō)控制論的著眼點(diǎn)是信息與控制或信息的控制而網(wǎng)絡(luò)的控制是信息的控制中的重要內(nèi)容。
網(wǎng)絡(luò)的控制或基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)在資源共享提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)集成自動(dòng)化和整體優(yōu)化以及和諧人機(jī)協(xié)調(diào)等方而都有優(yōu)勢(shì)或潛力;由于網(wǎng)上的傳輸時(shí)延，數(shù)抓包去失，以及用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的不同需求等，引出了網(wǎng)絡(luò)的控制中一系列研究課題。涉及相關(guān)的協(xié)議，系統(tǒng)的控制策略，穩(wěn)定性、魯棒性、算法的收斂性以及控制系統(tǒng)產(chǎn)品化等問(wèn)題。
以復(fù)雜媒體網(wǎng)絡(luò)的控制為例，復(fù)雜媒體可視為一個(gè)廣義的系統(tǒng)，其所究?jī)?nèi)容包括信息結(jié)構(gòu)、復(fù)雜媒體的管理.、服務(wù)質(zhì)量(QOS)控制，流量控制等。例如，在流媒體系統(tǒng)中，可以利用自適應(yīng)等控制策略使用戶在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境卜享受到盡可能好的QoS保證。
1999年，木尼迪克特(Bendidt)提出了“網(wǎng)絡(luò)空間”（Cyberspace)的概念，稱這種“由計(jì)算機(jī)支持，由計(jì)算機(jī)進(jìn)入和由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全球網(wǎng)絡(luò)化，是多維度的，人造或‘慮擬’的真實(shí)。它是真實(shí)的，每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都是一個(gè)窗口;它是慮擬的，所看到的或所聽(tīng)到的既不是物質(zhì)也不是物質(zhì)的表現(xiàn)，相反它們都是純粹的數(shù)抓或信息組成的”?？梢哉f(shuō)，它是介于慮擬和現(xiàn)實(shí)之間的特殊空間，即“網(wǎng)絡(luò)空間”，由此而可能發(fā)展網(wǎng)絡(luò)科學(xué)。網(wǎng)絡(luò)空間有許多控制和答理問(wèn)題，有人稱之為“慮擬控制”或網(wǎng)絡(luò)的控制。近年來(lái)，關(guān)于下一代互聯(lián)網(wǎng)、智能網(wǎng)、網(wǎng)格等的討論也較多，網(wǎng)格（Grid)一般認(rèn)為是繼傳統(tǒng)因特網(wǎng)、Web之后的第三代因特網(wǎng)其主旨是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全而連通，在氣象、能源、教育以及企業(yè)信息化中都有廣’泛應(yīng)用。美國(guó)《福布斯特》雜志預(yù)期網(wǎng)格技術(shù)到2020年將產(chǎn)生年產(chǎn)伯20萬(wàn)億美元的大下業(yè)。在網(wǎng)格中分布資源管理與控制、資源共享、網(wǎng)格監(jiān)控以及系統(tǒng)女全等方而的研究都是受人關(guān)汁的四。有人建議，在網(wǎng)格的體系上要體現(xiàn)服務(wù)第一，協(xié)議第一的觀念。另外，在下一代網(wǎng)關(guān)中，可能會(huì)將大部分控制功能(呼叫控制、接入控制、資源控制、服務(wù)質(zhì)量控制等)統(tǒng)一交由一個(gè)控制層來(lái)完成?？梢?jiàn)，網(wǎng)絡(luò)的控制及管理.是日益受到重視，控制的一此基本概念，控制策略和控制理論不能簡(jiǎn)的一地搬用到網(wǎng)絡(luò)的控制中，但應(yīng)可以在網(wǎng)絡(luò)的控制中得到發(fā)展。
以網(wǎng)絡(luò)為控制對(duì)象的網(wǎng)絡(luò)控制所要解決的主要是用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)各種服務(wù)質(zhì)量:需求與網(wǎng)絡(luò)資源間的矛盾與協(xié)調(diào)。從信息傳送結(jié)構(gòu)上講，可以在核心網(wǎng)上增強(qiáng)控制功能;也可以在邊緣網(wǎng)上引入系統(tǒng)與控制的方法。在這此系統(tǒng)建模與分析中，多會(huì)遇到系統(tǒng)規(guī)模大、異構(gòu)件、時(shí)變性、人機(jī)協(xié)調(diào)、隨機(jī)性等問(wèn)題、在已見(jiàn)的一此研究成果中，排隊(duì)論、小波分析、自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混雜系統(tǒng)等理論與方法都有應(yīng)用。在因特網(wǎng)或非實(shí)時(shí)局域網(wǎng)的控制系統(tǒng)中，離散控制時(shí)間的確定性或定常性已不存在，要發(fā)展網(wǎng)絡(luò)控制理論或改造經(jīng)典的方法或按離散事件動(dòng)力學(xué)考慮新途徑，學(xué)科交叉研究勢(shì)在必行。
4對(duì)下控機(jī)系統(tǒng)及專委會(huì)工作的一此思考
二十年前，在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)技術(shù)成熱并大舉進(jìn)入市場(chǎng)之際，我們成立了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會(huì)，在學(xué)術(shù)交流、產(chǎn)品研發(fā)等方面做了許多工作，得到了廣泛的認(rèn)可。當(dāng)前，信息網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，而對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制等的機(jī)遇，工控機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)人員應(yīng)多交流討論。各種工控機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)，分布控制系統(tǒng)，傳感器仍是工業(yè)自動(dòng)化與下控機(jī)的主要課題，而網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)也是專委會(huì)需認(rèn)真思考的:
1)當(dāng)前，我國(guó)在網(wǎng)絡(luò)化控制(網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化制造……)方面的研究與產(chǎn)品研發(fā)已有一此成果，尚待深入與普及;而在網(wǎng)絡(luò)的控制方而的研究下作剛剛開(kāi)始。我們可能需要在理論探索、技術(shù)研究以及協(xié)議（標(biāo)準(zhǔn))制定、產(chǎn)品研發(fā)等層面上挑戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)遇。
2)需要面對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等學(xué)術(shù)交叉性的研討，可與兄弟專委會(huì)聯(lián)合組織。計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制等不同專業(yè)背景的人員在從事網(wǎng)絡(luò)控制這類學(xué)科交叉研究中，往往有不同的思路、視角、方法或切入點(diǎn)，其成果也各有特色。多交流互補(bǔ)是大有益處的。
【關(guān)鍵詞】模糊PID控制；MATLAB仿真
1.引言
在傳統(tǒng)的控制方法中，PID控制憑借其算法簡(jiǎn)單、精度高、可靠性強(qiáng)、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，占據(jù)了工業(yè)控制系統(tǒng)80%以上的份額；然而隨著現(xiàn)代控制系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，精度要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)、單一的控制策略已經(jīng)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)性能的要求，同時(shí)，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種新興的智能算法也不斷涌現(xiàn)，將傳統(tǒng)算法和智能算法相結(jié)合，成為現(xiàn)代控制系統(tǒng)策略選擇的趨勢(shì)。作為智能控制中最重要且最有效的手段之一的模糊控制，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的非線性和時(shí)變特征時(shí)有著較好的表現(xiàn)，因此越來(lái)越多的被應(yīng)用到工程實(shí)踐中，并已取得了不俗的成績(jī)。本文介紹的是基于傳統(tǒng)的PID控制和現(xiàn)代控制理論中的智能模糊控制相結(jié)合的一種控制方法，用MATLAB&Simulink軟件和模糊邏輯工具箱設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，并通過(guò)仿真結(jié)果證明該控制方法具有更優(yōu)的性能。
2.PID模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
3.利用MATLAB&Simulink軟件進(jìn)行控制仿真
基于現(xiàn)代控制理論的模糊控制，內(nèi)容比較抽象，理論性較強(qiáng)，比較枯燥。另外，模糊控制是模糊集合理論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)控制，它處理的問(wèn)題可能難以靠解析求解，需要采用復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算方法，采用軟件編程，不僅工作量大，而且過(guò)程繁雜，大大制約了控制方法的性能驗(yàn)證和工程實(shí)現(xiàn)。
MATLAB&simulink是MathWorks公司推出的當(dāng)今國(guó)際控制界最為流行的面向工程和科學(xué)計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，是公認(rèn)的最為靈活和有效的仿真軟件。而且隨著智能控制的迅速推廣應(yīng)用，MathWorks公司已經(jīng)添加了智能邏輯控制工具箱，其中包括模糊控制工具箱、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制箱等熱門(mén)工具。模糊邏輯工具箱提供了一套用于構(gòu)造模糊控制系統(tǒng)的圖形用戶界面，條理清晰，一目了然。在當(dāng)前絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有硬件設(shè)備和實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行模糊控制實(shí)驗(yàn)的情況下，選用MATLAB軟件進(jìn)行仿真是比較合理的選擇。
4.仿真過(guò)程解析
在用MATLAB軟件進(jìn)行仿真的過(guò)程中，以下方面需要考慮：
5.仿真結(jié)果
6.結(jié)束語(yǔ)
PID控制與智能控制相結(jié)合的控制方式在自動(dòng)控制領(lǐng)域正不斷的發(fā)展，本文引入MATLAB仿真來(lái)解決大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有硬件設(shè)備和實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行模糊PID控制實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，結(jié)果表明此方法能大大縮短編程和設(shè)計(jì)工作量，所設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)通用性強(qiáng)，能非常形象和直觀的看到輸入和輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，與常規(guī)PID控制對(duì)比，模糊PID控制顯示出了其優(yōu)越性，可以預(yù)計(jì)，MATLAB仿真在智能控制算法驗(yàn)證和復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上將會(huì)有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
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論文摘 要： 概括說(shuō)明機(jī)械電子控制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況，重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械電子控制產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域以及工業(yè)生產(chǎn)制造和人們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛應(yīng)用。
0 引言
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的變革，同時(shí)給相關(guān)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的影響，提高了生產(chǎn)水平和技術(shù)。隨著各種技術(shù)之間相融合的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)為核心的機(jī)電控制領(lǐng)域?qū)⒔o工業(yè)及科研等領(lǐng)域帶來(lái)更多的實(shí)際應(yīng)用。
1 計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)的發(fā)展概況
1.1 計(jì)算機(jī)控制理論的形成與技術(shù)的發(fā)展
忽略數(shù)字信號(hào)的量化效應(yīng)，可以將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)看成采樣控制系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，將其中連續(xù)的環(huán)節(jié)離散化，則整個(gè)系統(tǒng)又可看成由不同的離散系統(tǒng)構(gòu)成。計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展主要是將采樣理論、差分方程、變換理論、狀態(tài)空間理論和系統(tǒng)辨識(shí)自適應(yīng)控制等理論綜合應(yīng)用到控制技術(shù)中，使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有了初步發(fā)展。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、時(shí)變的非線性系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則融入了魯棒控制、模糊控制、預(yù)測(cè)控制等多種新型理論，逐步形成了工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的一個(gè)新方向。
自世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世后，計(jì)算機(jī)首先被用來(lái)自動(dòng)檢測(cè)化工生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程參量并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，同時(shí)也研究了計(jì)算機(jī)的開(kāi)環(huán)控制。到二十世紀(jì)六十年代，出現(xiàn)了用于過(guò)程控制的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了直接數(shù)字控制。后經(jīng)集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的以微處理器為核心的分層式控制系統(tǒng)控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理控制等。伴隨著計(jì)算機(jī)處理器等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)也隨之發(fā)生相應(yīng)的變革，最終應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中并對(duì)其產(chǎn)生巨大影響。
1.2 機(jī)械和電子控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀
在生產(chǎn)、科研等諸多領(lǐng)域里，有大量的物理量需要按某種變化規(guī)律進(jìn)行控制。在二十世紀(jì)三十年代之前，工業(yè)生產(chǎn)多處于手工操作的狀態(tài)。最初采用基地式儀表控制壓力溫度等在一恒定范圍內(nèi)，初步有了對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械控制實(shí)踐。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，直接實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)中各參量和過(guò)程的數(shù)字控制。計(jì)算機(jī)的微型化使控制技術(shù)更加智能化，同時(shí)將機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的機(jī)電一體化技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，且越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用到各生產(chǎn)領(lǐng)域。目前主要形成并應(yīng)用的機(jī)電控制技術(shù)主要有PID控制，PID是經(jīng)典控制理論的代表，它吸收了智能控制思想并利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，形成了自適應(yīng)PID和非線性PID等更利于控制的變種PID控制器。另外還有模糊控制（FLC）、變結(jié)構(gòu)控制等，均隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展在不斷地拓寬。
2 機(jī)電一體化的發(fā)展及在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用
2.1 機(jī)電一體化的簡(jiǎn)介和生產(chǎn)應(yīng)用
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)集合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等對(duì)各生產(chǎn)領(lǐng)域的控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督操作。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有數(shù)控機(jī)床，通過(guò)相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)，在工業(yè)操作上結(jié)構(gòu)、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結(jié)構(gòu)，豐富了數(shù)控功能，也提高了生產(chǎn)效率。
柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用是計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造系統(tǒng)在機(jī)電控制工業(yè)的應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)。它主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。在工業(yè)上，它可以隨機(jī)地、按量地按照裝配部門(mén)的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，更適用于多品種，小批量等的離散零件的批量生產(chǎn)。
交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展也是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)上有了重要的應(yīng)用，尤其是在鋼鐵工業(yè)中，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，無(wú)論是大容量電機(jī)還是小容量電機(jī)現(xiàn)均可使同步電機(jī)或者異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆滑調(diào)速。也使交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
可編程控制器（PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制化技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中大量開(kāi)關(guān)控制的問(wèn)題，逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統(tǒng)。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域更是不斷擴(kuò)大，可采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。這種過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。此外，隨著工廠網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC可實(shí)現(xiàn)通信及聯(lián)網(wǎng)功能，更有助于工業(yè)生產(chǎn)的控制過(guò)程的監(jiān)控。如今，PLC技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保以及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。
2.2 計(jì)算機(jī)在機(jī)械和電子控制產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用實(shí)例
計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械電子控制技術(shù)一體化的有機(jī)結(jié)合，不斷使相關(guān)的新技術(shù)應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中去，這些應(yīng)用到的領(lǐng)域已經(jīng)不再局限于工業(yè)的生產(chǎn)，更多技術(shù)是切身關(guān)系到我們?nèi)粘５墓ぷ骱蜕?。下面舉幾個(gè)具體實(shí)例來(lái)介紹計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)電控制相結(jié)合的實(shí)際應(yīng)用。
PLC實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手移動(dòng)工件的控制過(guò)程。隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人類活動(dòng)的范圍不斷擴(kuò)大，機(jī)器人的應(yīng)用正迅速向社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展，并從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。隨著機(jī)器人的生產(chǎn)和大量應(yīng)用，很多領(lǐng)域，許多單一、重復(fù)的機(jī)械工作由機(jī)器人（也稱機(jī)械手）來(lái)完成。工業(yè)機(jī)器人是一種能進(jìn)行自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī)，廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本有重要意義。與計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人的廣泛使用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。
農(nóng)業(yè)方面，機(jī)械作業(yè)過(guò)程中駕駛室內(nèi)的儀表盤(pán)正迅速由電子監(jiān)視儀表取代并逐步由單一參數(shù)顯示方式向智能化信息顯示終端過(guò)渡，以此來(lái)改善人機(jī)交互界面。這種智能化顯示終端又被稱為虛擬化儀器顯示終端（Virtual Display Terminal），它代表了當(dāng)代儀器與控制裝置發(fā)展的主流方向。它可通過(guò)屏幕任意選擇顯示機(jī)組中不同部分的終端信息，在屏幕上按操作者的需求，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)信息，顯示數(shù)據(jù)、圖形、語(yǔ)音等多媒體信息。另外，還可以將數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)存入類似信用卡尺寸大小的高密度智能化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡，將農(nóng)業(yè)作業(yè)過(guò)程的數(shù)據(jù)信息通過(guò)智能卡帶回辦公室，由計(jì)算機(jī)應(yīng)用高級(jí)軟件進(jìn)行處理。也可以將管理者的決策和操作指令通過(guò)智能卡傳送到拖拉機(jī)上的智能控制終端，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制農(nóng)機(jī)的操作。
PLC在自動(dòng)售貨機(jī)中的應(yīng)用。自動(dòng)售貨機(jī)通過(guò)顧客選擇商品開(kāi)關(guān)，投入的硬幣值由PLC驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，經(jīng)過(guò)光傳感器識(shí)別，通過(guò)判斷，進(jìn)行下一步操作，經(jīng)過(guò)PLC的系統(tǒng)控制和信號(hào)輸出完成售賣過(guò)程。計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)電自動(dòng)控制在自動(dòng)售貨機(jī)中的這項(xiàng)應(yīng)用極大方便了人們的生活，也使PLC的應(yīng)用更加廣泛。
交通信號(hào)燈系統(tǒng)也是微機(jī)軟件應(yīng)用到電子控制系統(tǒng)中的典型實(shí)例。通過(guò)主要應(yīng)用PLC技術(shù)控制十字路口的信號(hào)燈動(dòng)作。準(zhǔn)確無(wú)誤的完成信號(hào)燈的變燈動(dòng)作來(lái)控制時(shí)間，這項(xiàng)應(yīng)用更是極大方便了人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鞯某鲂小?/p>
電腦橫機(jī)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用給機(jī)械編織行業(yè)帶來(lái)了巨大的變革?，F(xiàn)在的電腦橫機(jī)是一種涉及到計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子、控制等諸多領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。電腦橫機(jī)的編織是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，最初的橫機(jī)是手動(dòng)橫機(jī)，只能勝任比較簡(jiǎn)單的編織過(guò)程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電腦橫機(jī)中，通過(guò)電腦的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)人員可對(duì)編織花型進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字直接控制機(jī)械的退圈、墊沙、脫圈、彎沙等相應(yīng)的機(jī)械編織動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)指令控制系統(tǒng)完成整個(gè)設(shè)計(jì)的編織，極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)效率。
與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，以機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合為主體的機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
3 總結(jié)
在機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的融入發(fā)展，機(jī)電一體化的形成是機(jī)械工業(yè)中的重要變革。通過(guò)不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，使機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)在諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
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