时间：2023-03-08 15:39:43
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1引言
空调耗能是建筑物耗能中的大户，随着能源供应的日趋紧张及人们对室内热环境、空气品质的要求愈来愈高，迫切要求在保持空调区域一定舒适度的前提下最大限度地降低空调能耗。空调自控系统可以使建筑内环境更舒适、设备运行更可靠、能源利用更充分，是现代楼宇空调系统重要的组成部分。但是由于资金缺口和工程进度等等问题，许多已建成的商用建筑和办公大楼的空调系统往往都没有设计或安装自动控制系统，随着建筑物的投入使用，会发现空调区域的温、湿度波动很大，往往会超过允许的变化范围，这时业主会提出空调系统自动控制改造的要求。
这种旧有空调系统进行自动控制改造与新空调系统的自控设计相比有许多不同之处，比如旧有的空调系统在运行中往往遭到一些人为因素的影响，致使风系统平衡遭到破坏，加装自控系统前必须先对旧有空调系统的风道系统重新进行平衡调整，不然自控系统可能达不到预期限效果；另外加装自动控制系统后对原空调系统的制冷、供热和水循环系统都交有一定的影响；同时在改造进程中也会遇到一些特殊的问题，有些问题在旧有空调系统的自控改造中是要特殊考虑的。
笔者于2001年参加了某广播电视大楼的空调系统自动控制改造的工作，该大楼的空调系统当初由于种种原因没有安装自控系统。随着室外气象条件的变化和室内负荷的变化，空调区域的温、湿度发生了很大的波动，常常会超过允许的变化范围。几年运行下来，每年都发生有的房间过热有的房间过冷的问题。室内工作人员为了防止过热或过冷大多将本室的部分送风口用胶纸等物遮挡，结果导致了风系统阻力的不平衡，破坏了其他房间的温、湿度状况，造成整个系统的失调。很多工作室出现了冬热夏冷的情况，这大大影响了工作人员的工作效率，而且对工作人员身体健康有着很大的损伤，且给室内高级机器设备的正常工作造成了一定的隐患（情况严重时会影响对温、湿度比较敏感的设备的正常工作）。由于系统失调，冷站和锅炉房提供的能量没能合理使用，造成极大的浪费，运行费用大大提高。在这种情况下，业主提出了给空调系统增加自动控制的要求。下面我们对此空调系统自控改造进行中遇到的问题和相应采取的解决方法作一个介绍，希望能给空调、自控设计和运行管理人员一些启迪。
2空调控制系统方案的确定
室温控制是空调自动系统中重要的环节，它是用温度敏感元件来控制相应的调节机构，使得送风温度随扰量的变化而变化。改变送风温度的方法有：调节加热器的加热量或冷却器的冷却量，调节新、回风混合比或一、二次回风比等。此广播电视大楼的空调系统是由11个空气处理机组组成的全空气系统，每个机组都是一次回风式系统，本着经济、简便的方针，此次空调系统的改造我们采用了常用的调节加热器的加热量和冷却器的冷却量的方法以改变送风湿度。室内相对湿度的控制可以采用两种方法：间接控制法（变露点）、直接控制法（变露点），此广播电视大楼很多工作室因一些仪器设备的缘故对室内相对湿度的要求较为严格，为此我们选用了直接控制法去控制室内空气的相对湿度，即用相对湿度敏感元件，控制相应的调节机构，直接根据相对湿度偏差进行调节，以补偿室内热湿负荷的变化。另外我们还加了一些辅助控制设备以更好的完成空调系统的自动控制。在此次改造进程中自控系统的所有电动调节阀和执行器我们全部采用了美国Hownywell公司的产品。
空调机组控制系统流程图及文字说明如下：
图1空气处理机组自动控制系统流程图
如图所示我们在回风机进程处设置了温、湿度传感器（AI），以测定总回风的温、湿度，为控制器的调节提供依据。在冷却器的供水管路上增加了水量调节阀（AO），夏季根据室内温度（接近回风温度）和设定湿度之间的差值，自支控制阀门的开启度，使室温控制在要求的范围内。另外在加热器的供水管上相应的增加了热水流量调节阀（AO），用于冬季的室温控制。我们在加湿器的供汽管道上加装了电动调节阀（AO）以根据室内相对湿度与设定湿度之间的差值，自动地调节蒸汽的加湿量，以确保室内相对温度维持在要求的范围内。同时我们在过滤器的两端设置了压差传感器（DI），用以测定过滤器的积尘情况，在过滤器的积尘达到一定程度后，发出报警信号，用以提醒检修人员及时更换或清洗过滤器。
广播电视台在录制节目进对噪声的要求很高，但由于此广播电视大楼空调系统在噪声处理上有些欠缺，录音室在录制节目时往往很难满足要求，为此工作人员要求在录制节目过程中关闭相应的空调机组以完成高质量的节目录制。为了自动检测、控制空调机组的启停，我们在送、回风机的进出口设置了压差传感器，用于检测风机的工作状态；在送、回风机的启动电路上安装了自控触点（DO）用以自动控制风机的启停。
控制系统我们选用了集散式控制系统DSC（DistributingControlSystems），它是70年代中期推出的一种计算机控制系统，集计算机、通信、控制、屏幕显示等技术为一体，实现了危险分散，控制分散，控制管理集中等功能，是一种面向工程师的计算机控制系统。笔者参与的改造工程应用的是我们自己开发的一套空调集散式控制系统，运行效果良好。
整个系统采用总线式网络结构，现场控制器以MCS-51系列单片机为核心开发，主监控机与现场控制器之间通过RS-485总线通信。每个空调机组配装一台现场控制器（DDC），自成体系，独立工作，其结构见图2所示。它的主要功能有如下几项：①定期采集各相应空调机组回风的温、湿度和送风机、过滤器的压差并存储，定期上传存储的现场采样数据；②接受主监控机下达的指令，接受监控机下传的修改后的控制规则；③根据主监控机发出的指令和现场采样数据控制相应调节阀的开度及电磁阀的开关，完成控制任务；④具有显示，设定，控制和通讯功能，可以全年不间断地对本组空调系统进行自动控制。
图2现场控制器原理图
主监控机通过网络控制器把整个系统连接起来，通过此通讯网络采集11台下位机传送来的各空调机组的运行数据。其采用windows操作平台，以图形方式及时地显示11套空调机组的运行状态，同时可以对各套空调机组的运行数据进行分析，指定出切合实际的运行方案。体制改革有控制软件采用我们自行研制的产品，可以保证系统安全可靠的工作。
3一个空调机组负责的两个工作室冷热不均匀的问题及解决方法
在冬季运行工况下，有一空调机组负责的两个相邻工作室，一个较热，另一则较冷。由于两个工作室由同一空调机组负责送回风，所以控制起来十分麻烦。究其原因是在最初的空调设计时考虑不周，或者是电视台在使用中更改了房间的使用功能所致。
一个工作室（设为A）其外维护结构很少且室内有很多机器及工作人员，散热量很大，在冬季几乎不用供热风就可满足要求甚至室内还会过热，这时应该考虑的是增大新风比降温；而另一个工作室（设为B）其外维护结构面积很大且机器不多（比如办公室等），冬季工况下需要持续的送热风才能满足室内热舒适性要求。虽然机组运转起来后可以在一定程度上混合冷、热丙部分室内回风，缓和两个工作室的冷热不均问题。但是在保证B工作室室内温度时，A工作室有时室温过高，严重影响了室内的工作人员的工作效率及机器的正常运转。本来可以用调节新、回风比的方法解决问题，可是这套系统不同于其他10套系统，它没有回风阀，只有新风阀。我们当时尝试遮住室内部分回风口的方法弥补没有回风阀的缺陷，结果其工作人员反映效果很好，不但温度舒适，感觉空气也比以前清闲。这种方法相当于增加了新风比例，从一定程度上缓解了问题，但这只是临时解决的问题的方法。
4PID控制与模糊控制相结合控制算法的应用
模糊控制的控制速度快、响应时间短、鲁棒性好，但是控制精度偏低，而传统PID控制其控制精度好，但是相应的时间偏长，两者的优点互补，把两者结合在一起就可以弥补对方的弱点，发挥其相互的优点。用模糊控制进行粗调，把被控制对象（室内温度）控制在小于阈值（模糊控制与PID控制的转换临界点），然后由传统的PID控制来精调，这样一来，控制的效果会大大的改善。因此在控制算法上我们采用了PID控制与模糊控制相结合的算法。
5加装自动控制系统后对冷水系统、供热系统影响的分析
在旧有空调系统进行自控改造的过程中，机房工作人员提出疑问，即我们的履行是否会对该空调系统的制冷、供热和水循环系统造成不良影响，比如调节阀关小是否会对制冷机的工作造成不好的影响、循环水泵是否能正常工作等等。为此我们对原冷水、供热循环系统因自控改造的影响程度进行了评估，具体如下：
5．1加装自动控制系统后对原冷水循环系统影响的分析
因为原冷水循环系统的供回水主干管之间未接旁通控制装置，当末端装置采用变流量调节阀以后，末端装置水流量的减少将使水系统的阻力增大，主干管之间的压差增大，冷冻水泵的工作点偏移，在这种情况下冷冻水泵是否可以正常工作？同时，调节阀关小是否会对制冷机的工作造成不好的影响？分析如下：
5．1．1对制冷机的影响
经甲方提供的数据计算得出待改造的11台空调机组所在的工作区所需的总制冷量约为2306500kcal/h，此工作区还包括很多风机盘管系统，但我们可以计算出11套系统总需冷量为714000kcal/h，占全部需冷量的百分比为：
如调节的最大限按50%考虑，则调节量占需冷量的百分比：
5．1．2对水泵的影响
原冷水循环系统采用3台IS200-150-400A单吸清水泵，两用一备，每台的设计流量为224～373m3/h，扬程为47.7～43m，两台合用时的流量为448～746m3/h，取中间值为597m3/h，扬程为45.6m。
被改造的11套系统的总水量：
占总水量的百分比；
如调节阀关闭一半，则系统的总水量变为：
如调节阀完全关闭，则系统的总水量变为：
从以上计算可以看出：（a）被改造的11套系统的需冷量占全部低区需冷量的30.9%，考虑极端情况，各阀门均调节到输出能量的50%，则系统的冷量从原来的100%变为100-（30.96÷2）=84.52%。制冷机组用的是约克离心式机组，从约克离心式机组的说明书中我们知道，机组可以在总负荷的20%～100%之间可靠的工作，故调节阀调节作用对冷水机组工作的可靠性是没有影响的；（b）被改造的11套系统的总水量占整个低区总冷冻水循环量的23.9%，如调节阀关闭一半，即11套系统的总水量从143m3/h减少为71.5m3/h。此时的系统总循环水量从原来的597m3/h减少为597-71.5=525m3/h。从IS200-150-400A水泵的样本中我们知道，此时水泵的工作点扬程大约为46.6m，不但水泵可以可靠的工作，而且不容还仍处于高效区（高效区的水量下限为448m3/h），因此不会对系统的冷冻水泵的工作造成不良影响。
5．2加装自动控制系统后对原供热系统影响的分析
加装自动控制系统后是否会对供热系统的板式换热器、热水循环泵等造成影响，我们也进行了分析：
5．2．1目前的供热系统是由锅炉提供3kg/cm2的蒸汽，经过两台Alfallaval板式换热器换成90℃的热水，再经过两台ISR125-100-200循环水泵供给A区低层，B区和C区的大约36台新风机组一组合式空调机组热水盘管，向相关区域提供热量后变70℃的回水，再经过板式换热器加热后供出。整个系统的最高处大约32m，膨胀水箱装在8.5层的设备层内，水箱内水面距锅炉房热水循环泵入口处的高度为33.5m，系统设有一补水泵，补消耗在热水循环泵入口处，水泵扬程为82.6m。
主要设备的规格：
①热水循环泵：ISR125-100-200三台扬程：50m，流量200m3/h
②板式换热器：M15-MFCL两台热负荷：6400kW
设计压力：16.0barg实验压力：20.8barg设计温度：150℃
③补水泵：40DL×7扬程：82.6m
5．2．2影响分析
可以看出，热水循环水泵入口的静压为33.5m，经过循环泵加压后的压力为33.5m+50m=83.5m，这一点是系统的最高压力，系统中其他点的压力都不会超过这一点的压力。当用户的热负荷减少，经查看ISR125-100-200水泵曲线，当该水泵的流量从200m3/h减少为100m3/h时，该泵扬程从50m上升为65m，在这种极端情况下，系统最大压力点的压力为33.5m+65m=98.5m。当补水泵向管网补水时，膨胀水箱的水位将会上升，当水面上升至上限时，电接点信号将会自动切断补水泵的补水，从而使补水点的压力恒定，维持在33.5m。
从以上分析可知，热水管网中任何一点的压力在任何情况下，都不会超过98.5m，而板式换热器的设计压力为16barg（大约160m水柱），从而可以知道，自动控制的加入不会给热水循环系统的管网和板式换热器造成不利的影响。
6结论
6．1加装自动控制系统是解决旧有空调系统温度超限、分布不均、局部过热/过冷和能量浪费的有效方法，对改善空调区域的环境质量，减少能量损失，降低运行成本有着显著的作用。
6．2对由多台空气处理器组成的较大规模空调系统进行自控改造时，集散热量式控制系统是应该首选的一种控制方式，它具有结构简单，功能强大、传输方便、数据安全可靠的特点。
6．3自控系统的调试就在对旧有空调系统的风道系统重新进行平衡调整后进行，不然自控系统可能达不到预期的效果。
6．4暖通空调工程中的控制对象多为温度、流量等这些具有非线性、滞后特征的参数，单一的控制算法很难获得较好的控制效果，PID控制与模糊控制的结合是个很好的算法选择。
参考文献
1张兆亮，集散控制系统，内蒙古：内蒙古人民出版社，1993
1自动化控制玻璃温室大棚系统设计
1.1玻璃温室大棚自动化控制系统设计系统材料和结构
玻璃温室是以透明玻璃为覆盖材料的温室，透光率一般为60%一70%。温室的骨架为镀锌钢管，门窗框架、屋脊为铝合金轻型钢材，肩高约8ma大棚管理系统采用JPK-013型自动化控制系统。开启电脑，输入用户名及密码，在桌面点击海峡农业示范园控制系统图标，点击特殊菜单，点击登录“开”，弹出对话框，再次输人另外一个用户名及密码，就可进行参数操作设计。设计结束后，下拉特殊菜单，点击退出“关”。把目标温度设计为300C，降温需求百分比为10%。
1.2系统功能及操作设计方案
1.2.1夏、秋季的操作设计方案根据南方夏、秋季需要降温的要求设计操作方案。
1.2.2冬、春季的操作设计方案根据南方冬、春季的气候特点设计保温操作方案。
2玻璃温室大棚自动化控制系统设计管理要点
2.1水肥机一体化系统管理
水肥机由以色列Galcon公司提供。操作步骤:电脑开机一桌面一点击Client系统一点击Mixero
2.2分区设计管理
2.2.1水肥机一体化分区管理将整个温室分成6个水肥灌溉区域，即与电脑连接的6个水阀所控制的灌溉区域为一个独立的单元。区域布置见图to水肥机装肥料母液的肥料桶共7个桶，A,B液各3个桶，另外1个酸液桶，分为3个组别，酸液桶共用。针对不同作物，每组的肥料母液可以有所区别。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都设为5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量设为3.5I}/m3。1区、2区种植瑞丰番茄，2014年5月31日移植;3区种植金玉满堂番茄，4区种植串串红铃番茄，3区、4区均为5月22日移植。从移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00开始滴灌，时间为10mino7月2日开始增加为4次，每次3min。因为3区、4区结果多，植株细弱，7月6日再增加1次，即3区、4区结果期每天灌溉5次，每次3mino5区、6区分别种植金石王1号和金玉满堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3区、4区，因结果盛期需肥水较多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各区域的项目编号绑定及灌溉时间表(Irri-gationProgramNo.)设计各区域的电脑识别代码及灌溉时间表设计见表30
2.3灌溉时间等数据的设计及修改
在Mixer的图案里，点击IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里输入所要修改或设定的项目编号(ProgramNo.)，回车，再在左上角白色框格的左边，点击锁匙(解锁)，选择要修改的数据，输人要修改的数据，全部修改完毕，再次点击解锁，点击确定(sure)完成修改。其他项目的修改过程同样。
2.4所需EC,pH值的修改及其感应器校准
点击FertilizationPrograms，在肥料项目号7,8,9栏目内修改各种植区所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年种植番茄，1,2,3,4区的EC值设置为1.5ms/cm,爪6区盛果期设置为2.0ms/cm;pH值都设置为5.7。当发现水肥机上的EC,pH值有偏差时，要用标准液来进行校准。
2.5洗盐
点击右上角IrrigationPrograms进人操作界面，点击ProgramSettings进入灌水数据界面。程序号(Prog.No)要选择灌溉肥料没用过的空白号。优先权(PrioritySetup)选择low。灌溉间隔天数(Irri.Cycledays)选择1d，时间单位(Irri.Unit)为min;灌水量(Quantity)为持续灌水60min，肥料(Fert.Prog)填写0。开始(StartTime)写0:O1，结束写23;59;各区的间隔灌溉时间(Duratior)写250min(洗盐1轮60x4为240min，其间休息10min。这就是洗盐1d的循环模式。
2.6过滤器清洗
每个肥料母液桶下面都有1个过滤器，选择在没有灌溉的时间段里，关闭水肥母液桶的开关，把过滤器小心拧开，用清水冲洗过滤片，干净为止。然后在灌溉之前装回，打开水肥开关。水肥机后面也有1个过滤器。
2.7混合桶溢水问题的解决
灌溉是边混合水肥边进行灌溉，如果遇到突然停电，等来电时，电脑不知道混合桶的水肥该往哪个区走。因此，当看到混合桶溢水时，应立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
2污水处理的管理措施
2．1建立有效的资金保障机制对于污水处理有着很大的公益性，这样的情况下就需要一定的资金投入。根据研究数据表明，就现在的污水处理相关资金有着一定的承受能力，但是确都不愿意承担，多数地区内污水处理费用有一定的不明之路。各个地区内政府可以结合地区的建设，可以使用国家扶持以及地方补助、或者居民支持以及企业参与等相关方式，将资金很好地筹集起来，这样就能形成多元化的投入。相关的地区也可以参考西方先进的运营模式，对于污水处理建设以及运行资金提供保障，推行污水治理的优惠政策，例如增加优惠政策、税收优惠等等，对于社会各种力量以及资金投入农村污水治理要积极的鼓励以及指导，这样污水处理才能顺利的实施以及运行。
2．2建立完善的水务基础设施管理机制由地方联合当地的水务行政部门以及乡镇机关部门进行一定的指导以及监督下，成立一定的水务基础设施管理部门，对于污水处理的基础建设积极的配合。水务处理部门可以根据地区的实际情况制定适合地区的水务基础设施方式，明确居民的权利以及义务，同时可以建立专门的账号，对于日常污水排放的日常维护费用以及相关管理费用等资金进行统一的管理。
2．3员工意识转变在污水自动化处理系统设计过程中，工程技术人员也要积极参与进来。在项目开发、安装、调试过程中，对于系统所具备的自动化性能要完全掌握，这样在系统后期运行过程中对于设备维护才能做到得心应手。需要定期对员工进行培训，员工的计算机、网络技术等方面都需要不断的提升。员工参与到系统设计过程中能够及时发现所存在的问题，对于系统进行完善。员工对于自动化控制的观念也要有所转变，工作不能全部依赖系统控制，在保证系统安全运行情况下，就地控制柜作用以及继电信号回路问题才能降低，保证随时随地的掌握污水处理厂运行状况。
通过对双离合器自动变速器控制系统发生的故障分析，其中的执行机构和传感器发生的故障率相对较高，因此，设计工作人员在对双离合器自动变速器控制系统进行故障容错控制和故障检测诊断时，要重点对执行机构和传感器进行诊断，以及与其有着密切关系的被控对象和控制器等相应的同步器、离合器以及控制器驱动电路等模块。
2双离合器自动变速器控制系统故障检测诊断策略
在对车辆进行诊断时，方法有很多种，其中极值法是最为简单的诊断方法。极值法主要选择要诊断的信号，然后针对此信号设定一个在正常范围内的信号值，在进行诊断时，如果发现选择的信号值超出设定的范围并且达到一定的时间，根据这类情况就可以看出车辆是否发生故障。在故障检测诊断的方法中，利用冗余技术的诊断方法是现今最常用的诊断技术，而冗余技术也分为软件冗余和硬件冗余等两种方法。软件冗余的方法主要是根据车辆内的传感器之间和传感器信号与车辆输出的信号之间产生的冗余关系，并从中分析出车辆出现的故障，软件冗余在诊断的过程中无需添加硬件，但是，这个诊断技术存在着处理器的开销;硬件冗余，相对于软件冗余技术来说诊断准确率高，原理简单等，但是，此技术需要增加冗余传感器设施，提升了整个系统的复杂度，而且诊断成本更高。除此之外，还有转动传感器诊断技术、杆位诊断技术、离合器诊断技术、电磁阀及其驱动电路诊断技术等。
2．1同步器及其位置传感器的故障检测诊断双离合器自动变速器控制系统的整个系统有四个同步器，需要分别检测这四个位置的传感器。当同步器在中间位置时传感器输出电压为0V，在两边挡位时输出电压分别为+2.5V(L)和+5V(H)。在车辆行驶的过程中，如果是按照各固定挡驾驶时，那么，同步器相应位置的传感器所产的值是保持不变的。如果在车辆行驶过程中，档位转换时，会出现预啮合的阶段，在这个过程中档位的电磁阀或发生动作，在发生动作后同步器实现挂档状态，在这个过程中，同步器相应位置的传感器所产生的值会发生变化。如果在后续情况下，同步器相应的感应器所产生的值未发生变化，则是发生故障的状态。可以通过对同步器的换档拔叉进行检测，计算输出轴与下一档的输入轴的转速相比，进而分析挂档操作是否实现，如果这个环境可以实现挂档成功的话，那么就是同步器及其位置传感器发生错误。
2．2离合器故障检测诊断技术离合器故障检测诊断主要使用极值法进行诊断。在车辆行驶的过程中，需要对离合器的结合或分离进行判断是否执行正确。在车辆行驶中，换档或固定档行驶时，离合器相应的也会执行不同的工作，判断离合器的运行状态，要对离合器的分离和结合的预定时间对比，当然，在这个过程中可能要多花费一些时间，如果在诊断过程中发现离合器运行的分离和结合的时间超出了预定值，那么，可以根据这个依据推断出离合器没有在正常工作状态下运行，离合器存有故障。
2．3双离合器自动变速器控制系统综合故障的诊断技术策略为了能及时发现车辆离合器汽车自动变速器的故障，需要把离合器汽车自动变速器的故障检测诊断程序设计改为对车辆行驶的整个过程进行监视的状态。要对离合器汽车自动变速器的综合故障检测功能进行设计，使其部分诊断程序能够有效地协调运行状态。在汽车钥匙到ACC的位置后，TCU系统启动，对PRND杆位进行故障检测诊断，在对档位进行诊断时需要注意以下几点:仔细检查杆位与TCU中的储存杆是否正常;仔细排查车辆电磁阀的工作是否正常;检查车辆的离合器的工作状态是否正常;检查车辆同步器以及相应的传感器的工作状态是否正常;检查车辆发动机的工作状态是否正常;检查车辆转速传感器的工作状态是否正常等。
3双离合器自动变速器控制系统故障容错控制
根据故障对车辆行驶的影响程度大致可以分为严重故障、中等故障以及轻微故障等。严重故障主要就是指由于发生的故障而导致车辆不能正常使用运行的故障;中等故障指因故障导致车辆的动力传感受到极大的影响，致使车辆不能使用全部的档位，只能在部分的档位可以使用的故障;轻微故障相对来说要比之前的两种故障形式发生率要高，轻微故障不影响车辆的正常运行，车辆动力传感以及换档等都能保持完整性，但是，车辆在运行的过程中的控制精度相对降低了。双离合器自动变速器控制系统故障容错控制主要就是当双离合器自动变速器控制系统的某个部分发生故障的时候，故障检测诊断系统会自动把检测出来的数据通过容错处理程序显示出相应的错误信息。
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。
0 引言
电气自动化控制技术是建立在电子信息和自动化技术之上的，以电气控制系统为核心，以电动机为主要传输动力，具有自动检测、信息控制等多项功能，利用自动化技术可使各项电气设备自主控制完成电力生产任务。将其应用于电力系统中，可有效解决其复杂结构带来的一系列问题，降低工作难度，减少人工劳动量，进而维护系统稳定运行，提高生产效率。然而在实际应用时，还有一些不足之处应引起重视，促进该技术在未来有更好的发展。
1 电气自动化技术的功能及其在电力系统中的应用
1.1 功能
首先是自动控制功能，即对电力设备的自动控制，是自动化技术的一个重要体现。多采用分散式控制方式，实现对整个操作系统的控制，运行中若有设备出现异常，自动控制系统会及时发现， 并将故障电路切除，以免有电流经过，使得故障进一步扩大。而电力系统结构庞大，线路复杂，要想准确切断电路，还需依靠分散控制来完成，所以说自动控制功能是维护系统整体稳定的一个重要保障。
其次是保护功能，受内部运行或外部环境影响，电力设备难免会出现各种故障，进而影响到系统安全。而电气自动化控制技术则能够保护设备运行安全，如输入电压不稳定时，自动控制系统会控制设备自动将高电压转换为低电压，保护设备内部的元件和导线不被损坏，将可能会出现的风险降至最低，尽可能地保护设备安全。电力设备运行时的承受能力有限，一旦电流过大，必将受损，所以说自动化控制技术的应用，可提高设备的使用寿命。
此外是监督功能，主要是监督不稳定电流，因为电流不稳定时，对设备危害较大，自动化控制系统则能对其加以监督。此时显示器上的指针会有所偏移，且信号灯闪烁，提示工作人员对线路进行检查。进而控制不稳定电流，避免故障发生。
1.2 应用
首先是电气产品的设计，为生产出高质量的产品，设计者必须具备极强的专业知识，并了解当前需要解决的关键问题，以及产品的用途和工作环境。以往多以经验为主，缺少科学性，而且工作量较大，精确度低。而现代化产品则要利用高科技和现代化工具，如计算机等。另外，控制理论也越来越成熟，尤其是专家系统、遗传算法等的应用，为产品提供了质量保障。
其次是设备故障的诊断，现代化电气设备功能增多，智能化程度越来越高，故障也变得更加复杂，具有非线性的特点，检测处理难度加大。传统的方法显然已不适用，而当前则逐渐形成了一套设计理论，以此对故障进行检测。这是一大创新，在智能化产品故障检测中较为适用，效率很高。当然还可以结合模糊逻辑系统等使用，进一步提升检测效率。
2 新型电气自动化控制技术的应用分析
2.1 案例
某电力企业为提高生产效率，降低故障发生频率，于2003年引进了DCS系统。随着用电需求的增长，电力系统变得更加复杂多变，DCS系统的应用可控制输入输出设备，从而采集系统的有关信息，并进行分析处理，然后对功率计电压等加以适当调整。该系统以控制系统为基础，具有分散控制、分级管理、集中操作等功能，在电力生产中一度发挥着重要作用。但随着电网事业的改革，这种系统的弊端日益显现，信息处理量有限，抗干扰能力较差，接线复杂，成本昂贵，且反应太慢，往往不能很好地处理瞬态电信号。为此，企业于2007年开始引进并应用电气监控管理系统（Electric Control System），简称ESC系统，这是对计算机、信号处理、现场总线等技术的综合应用，可对电力系统的自动化装置进行有效的测量控制，并保护其安全。
2.2 ESC系统
该系统包括以下3层：（1）间隔层：由多个智能元件构成，如直流接地选线装置、常用电压保护装置、自动准同期控制装置等，可完成系统的专业化功能。多是通过嵌入式软硬件技术开发的，由CPU、现场总线等设备；（2）通信管理层：主要由通信网络和相应的管理装置组成，利用以太网和现场总线将DSC系统、各项智能设备及其他子系统相连，实现其网络通信工作；（3）站控层：包括各种专业软件、通讯接口、服务器和监控设备，且软件都具有数据采集、故障诊断的功能。
2.3 特点和功能
ECS 系统采用通信管理层和站控层组态一体化的设计， 可保证组态调试的一次性完成， 进行调试时可以更加方便， 并且符合人的操作习惯。 并且从整体出发综合考虑系统的通信功能，保证站控层、通信层、间隔层的通信速度，并开设与 DCS、 MIS、 SIS 的通讯接口。并且 ECS 与 DCS 互相通信是不受限制， 还可以节省大量的通信缆线和变送器。 ECS 采用先进可靠地自动化电气装置， 完全可以不受通讯功能限制并可以独立运行， 保证了系统的安全性和可靠程度。
ECS 系统的间隔层采用保护测控装置， 抗干扰能力强，适用于复杂环境。且系统还采用了冗余容错技术， 包括双现场总线网络、 站控层设备冗余等多种措施，保证了系统稳定。系统保护测控装置局采用高性能的 DSP 并 IJ 微处理器，硬件系统采用多 CPU 智能化结构，大大提高了数据的处理速度。
3 结束语
电气自动化控制技术在电力系统中起着重要作用，可保护系统安全稳定，提高工作效率。在今后，将进一步朝着智能化方向发展，有很多事项需注意，对于其中存在的问题，应及时解决。
参考文献：
[1]蒋志荣.电气自动化控制技术的研究[J].黑龙江科技信息，2014（01）：109-110.
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0042-02
控制理论是自动化及其相关专业的一门重要核心专业基础课程，在武汉理工大学华夏学院（以下简称“我院”）自动化专业，控制理论所授主要内容为以经典控制论为核心的“自动控制原理”和以卡尔曼的状态空间分析法为核心的“现代控制理论”。
其中，“自动控制原理”是研究控制系统的一般规律，并为系统的分析和综合提供基本理论和方法的专业基础核心课程。该课程又是“现代控制理论”“过程控制系统”“运动控制系统”“计算机控制技术”“智能控制”等许多后续课程的基础。而作为其后续课程的“现代控制理论”仍作为硕士研究生“线性系统理论”与“最优控制”等学位课程的基础。这两门课程理论性强，概念多且杂，对学生的数学基础要求较高。而我院作为一个三本院校，自动化专业的学生相比较一本和二本的学生而言，数学基础较为薄弱，故学好这两门课对学生来说至关重要且具有一定的难度。
而教好上述两门课程也是教师必须思考和解决的重要问题。笔者经过几年的教学实践，摸索出一套比较适合三本院校学生的系统化教学方法，致力于培养学生的系统观，进行了一些尝试，且取得了一定的效果。
一、工程背景系统性
任何一种理论的产生都有其历史背景，都是在实践中产生的。自动控制技术萌芽在18世纪，在第一次世界工业革命期间，自动控制技术逐渐应用到现代工业中。其中最卓越的代表是瓦特（J.Watt）发明的蒸汽机离心调速器，一种凭借直觉的实证性发明。飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度振荡，其他自动控制系统也有类似现象。
由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出：不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控制的不稳定。麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开端，接着就进入了经典控制理论发展的孕育期。1875年，英国劳斯提出代数稳定判据。1895年，德国赫尔维兹提出代数稳定判据。1892年，俄国李雅普诺夫提出稳定性定义和两个稳定判据。1932年，美国奈奎斯特提出奈氏稳定判据。战中自动火炮、雷达、飞机以及通讯系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。1948年，维纳出版《控制论》，形成完整的经典控制理论，标志控制学科的诞生。维纳成为控制论的创始人。
经典控制理论的主要内容包括：系统数学模型的建立、时域分析法、频率特性法、根轨迹法、系统综合与校正、非线性系统和采样控制系统分析法等。
从四十年代到五十年代末，经典控制理论的发展与应用使整个世界的科学水平出现了巨大的飞跃，几乎在工业、农业、交通运输及国防建设的各个领域都广泛采用了自动化控制技术（可以说工业革命和战争促使了经典控制理论的发展）。科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件――现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。[1]
在二十世纪五十年代末，计算机技术的飞速发展推动了核能技术、空间技术的发展，并且为多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析和设计提供了新的手段。
五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法，在1957年提出了动态规划。1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念。
由上面的历史背景介绍可以看出，现代控制理论是在自动控制理论的基础上发展得到的，尽管两种理论在方法和思路上有显著的不同，但是在教授的时候不能将两者视为单独的个体。笔者每次在绪论部分都会系统化地讲解理论的产生，以让学生对两门课程形成一个初步的比较清晰的认识。
二、理论教学的系统性
在这两门课程的理论教学过程中，虽然涉及到的知识点有差异，但是经笔者研究，在具体教学中，两门课程的教学有些许共性，比如说两门课程的教学流程就基本一致。如图1所示：相对于现代控制原理而言，自动控制原理理论推导较少，同时其工科背景较强，实例较多。在学习之初，可先帮助学生搭建起分析问题和解决问题的基本框架，形成一个较为初步的系统观。
自动控制原理分析问题的核心是数学建模，稳定性判断和性能指标的计算，[2]主要分析方法是时域分析法、频域分析法和根轨迹分析法。时域分析法直观易懂，频域分析法是自动控制原理的核心，根轨迹分析法在目前的工程实践中已用的很少，在学时有限的情况下可略讲。在实际讲解的过程中，要合理安排学时，适当加快时域分析法的讲授，略讲根轨迹分析法，重点讲解频域分析法及系统校正。
现代控制理论包含了大量的理论概念机数学公式，在实际讲授中，应弱化理论推导，在教学过程中可结合倒立摆工程实例，从建模、稳定性分析、能控能观性分析、极点配置到状态反馈，形成一个较为完整的分析过程。[3]
总而言之，在讲解的过程中，注重引言，初步建立系统观，结合实例，比较异同，突出重难点，最后再通过总结强化各知识点之间的联系。[4]
三、实践教学的系统性
1.重视实验，理论教学和实验教学的系统化[5]
以往，控制理论的实验课和理论课教学是独立的，理论课教师和实验课教师各行其道，相互交流匮乏。目前，学院已明确提出，理论课教学和实验课教学的一致性，理论课教师必须参与进实验教学，教学手段要丰富、系统。
2.实验箱教学和仿真教学的系统化
首先在实验箱上搭建模拟电路，利用信号发生器、示波器等测量波形和数据。同时引入MATLAB仿真，先引出数学模型，利用MATLAB强大的系统工具箱分析并绘制各种相应曲线，利用Simulink工具箱进行校正和状态反馈设计。[6]最后，对比电路测试波形和仿真结果，可让学生深入了解理论和实际参数之间的差异，进而寻找原因，加深理解。
四、今后教学方向
在今后的教学过程中，可进一步加强比较，加强学生的系统观，并且尝试迁移到其他相关学科，加强学生对整个学科的理解。
参考文献：
[1]万雄波，杨方.基于“自动控制原理”与“现代控制理论”课程异同点分析的教学探索[J].科教文汇，2013，（7）：56-57.
[2]孙韵钰.“相似论”在“自动控制理论”课程教学中的运用[J].消费电子，2013，（7）.
[3]王斌，李斌.“现代控制理论”教学改革与实践[J].中国电力教育，2013，（10）：61-62.
“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
中图分类号：TM92文献标识码A文章编号1006-0278（2013）06-183-01
一、概述
一个理想的控制系统，在其控制过程中应始终使被控量等于给定值。但是，由于系统中储能元件的存在以及能源功率的限制，使得运动部件的加速度受到限制，其速度和位置难以瞬时变化。所以，当给定值变化时，被控量不可能立即等于给定值，而需要经过一个过渡过程，即瞬态过程。所谓瞬态过程就是指系统受到外加信号作用后，被控量随时间变化的全过程。瞬态过程可以反映系统内在性能的好坏，而常见的评价系统优劣的性能指标也是从瞬态过程定义出来的。对系统性能的基本要求有三个方面：稳定性、快速性、准确性。
自动控制理论研究的是如何接受控制对象和环境特征，通过能动地采集和运用信息，施加控制作用，使系统在变化或不确定的条件下正常运行并具有预定功能。它是研究自动控制共同规律的技术科学，其主要内容涉及受控对象、环境特征、控制目标和控制手段以及它们之间的相互作用。具有“自动”功能的装置自古有之，瓦特发明的蒸汽机上离心调速器是比较自觉地运用反馈原理进行设计并取得成功的首例。麦克斯韦对它的稳定性进行分析，于1868年发表的论文当属最早的理论工作。从20世纪20年代到40年代形成了以时域法、频率法和根轨迹法为主要内容的“经典”控制理论。60年代以来，随着计算机技术的发展和航天等高科技的推动，又产生了基于状态空间模型的“现代”控制理论。随着自动化技术的发展，人们力求使设计的控制系统达到最优的性能指标，为了使系统在一定的约束条件喜下，其某项性能指标达到最优而实行的控制称为最优控制。当对象或环境特性变化时，为了使系统能自行调节，以跟踪这种变化并保持良好的品质，又出现了自适应控制。
二、自动控制系统的基本构成及控制方式
（一）开环控制
控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。开环控制的特点是系统结构和控制过程很简单，但抗扰能力差、控制精度不高，故一般只能用于对控制性能要求较低的场合。
（二）闭环控制
控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。闭环控制系统又被称为反馈控制或按偏差控制。闭环控制系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的，故这种控制常称为按偏差控制，或称反馈控制。此类系统包括了两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为前向通道；由被控量至系统输入端的通道称为反馈通道。闭环系统能减小或消除作用，但若设计调试不当，易产生震荡设置不能正常工作。自动控制原理中所讨论的系统主要是闭环控制系统。
（三）复合控制
反馈控制是在外部的作用下，系统的被控量发生变化后才做出相应调节和控制的，在受控对象具有较大时滞的情况下，其控制作用难以及时影响被控量，进而形成快速有效的反馈控制。前馈补偿控制，则在测量出外部作用的基础上，形成与外部作用相反的控制量，该控制量与相应的外部作用共同作用的结果，使被控量基本不受影响，即在偏差产生之前就进行了防止偏差产生的控制。在这种控制方式中，由于被控量对控制过程不产生影响，故它也属于开环控制。前馈补偿控制与反馈控制相结合，就构成了复合控制。复合控制有两种基本形式：按输入前馈补偿的复合控制和按扰动前馈补偿控制的复合控制。
三、自动控制系统的分类
中图分类号：TL372 文献标识码： A
引言
自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。它的发展很迅速，特别是计算机的快速发展，更加快了它的发展，尤其是工业自动化技术近年来的发展。自动化学科研究的范围也是很广泛的，对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极作用。
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
自动控制是相对人工控制概念而言的。指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。 自动控制是工程科学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 基础的结论是由诺伯特・维纳，鲁道夫・卡尔曼提出的.
自动控制技术是能够在没有人直接参与的情况下，利用附加装置使生产过程或生产机械（被控对象）自动地按照某种规律（控制目标）运行，使被控对象的一个或几个物理量（如温度、压力、流量、位移和转速等）或加工工艺按照预定要求变化的技术。它包含了自动控制系统中所有元器件的构造原理和性能，以及控制对象或被控过程的特性等方面的知识；自动控制系统的分析与综合；控制用计算机（能作数字运算和逻辑运算的控制机）的构造原理和实现方法。自动控制技术是当展迅速，应用广泛，最引人瞩目的高技术之一；是推动新的技术革命和新的产业革命的核心技术；是自动化领域的重要组成部分。
自动控制技术有很强的应用背景，无论是在炼钢、轧钢、化工、石油、电力等工业上，或是造纸、纺织、皮革和食品等工业上；无论是在航空、航海、汽车和铁路运输工业和国防工业上，或是图书资料的管理、实验室技术设备上都得到广泛应用。自动控制技术对导弹和人造地球卫星是非常重要的，对于研究原子能的应用，研究飞机和导弹的空气动力和结构强度也是有用的。没有应用背景的“控制理论”就缺乏生命力。如何巧妙地运用控制的基础理论来解决实际问题是和研究控制理论本身不同的另一种创造性工作。
一、自动化控制原理
自动化控制有半自动与全自动化
例如：机器、设备可以按照生产的要求和目的，进行自动化生产；全自动人只需要作为操作员，确定控制的要求和程序，不用直接参与生产过程的控制技术；半自动化控制要人通过设施、设备、机械、仪器或手工等劳动力的参与。
自动化控制技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化控制不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。因此，自动化控制是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。
自动化控制理论是自动化专业的重要学习课程。
二、自动化控制的应用
2.1过程自动化
石油炼制和化工等工业中流体或粉体的化学处理的自动化控制。一般采用由检测仪表、调节器和计算机等组成的过程控制系统，对加热炉、精馏塔等设备或整个工厂进行最优控制。采用的主要控制方式有反馈控制、前馈控制和最优控制等。
2.2机械制造自动化
这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化控制系统。
2.3管理自动化
工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理的自动化控制，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。
三、自动化控制系统
自动化控制系统是指能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象所组成。
自动化控制系统的概念
自动化控制是一种现代工业、农业、制造业等生产领域中机械电气一体自动化集成控制技术和理论。
自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
四、自动控制系统特点
自动控制能自动调节、检测、加工的机器设备、仪表，按规定的程序或指令自动进行作业的技术措施。其目的在于增加产量、提高质量、降低成本和劳动强度、保障生产安全等。
自动控制系统理论
自动控制是相对人工控制概念而言的，指的是在没人参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
自动控制是工程科学的一个分支，它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
结束语：
随着科技的发展，自动化控制已经广泛应用到各行各业。直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业都有应用。相信不久的将来会带给人们更多的便利。
《自动控制原理》是一门理论性很强的课程，教师在教学过程中就要满足本科教育的需要，让学生通过学习这门课程，既能学会分析系统性能指标的基本方法，又能应用自动控制理论对实际控制系统进行分析和改善。因此多媒体课件作为教学辅助的手段，在开发前，必须进行必要的需求分析。
一、建立课件系统的整体框架
多媒体课件开发平台由多媒体软件工具来完成，按其功能可分为多媒体加工软件如Word、Photoshop、Free-hand、Corel Draw、Animator Pro、Flash、Cool Edit、Cakewalk等；多媒体编著软件如Authorware、Powerpoint、Dreamweaver、Visual Basic等；VCD光盘刻录软件如Video Pack4.0、Easy CD Creator、Winon
-CD3.X等。由于每个多媒体软件工具的特点以及功能各不相同，所以目前课件的制作都是根据课件开发的具体情况，如课程特点和课件规模，教学课件使用对象来选择合适的软件工具。但事实往往是单一的制作工具很难满足课件开发的全部需要，而自行开发专用的平台又费时费力，成本过高，并且在多媒体课件开发过程中，常由于对教学规律了解不够，对教学大纲把握不准，对学生接受知识的规律掌握不够全面，且又不做认真的需求分析，缺乏完备的文档资料和审查，因而开发的课件常难以满足实际教学需要，又难以维护。因此，本课题根据《自动控制原理》课程的特点，以三本院校学生为对象采取一种折中而有效的方法：采用多种平台相结合，即选取一种通用的制作工具作为多媒体课件制作的主要平台或主环境，再根据需要选另一、两种工具作为辅助平台，二者在功能上形成互补。以软件工程作为课件开发的一种工程思想，从而有效的合理组织整个课件开发过程，以提高和保证课件的质量，较好满足实际教学需要。还可大大提高开发的成功率和可靠性、可维护性，共同满足开发的要求。
二、课件局部及细节的技术实现
《自动控制原理》需要描绘大量曲线，比如伯德图，奈氏曲线，根轨迹等。所以我们开发的多媒体课件将采用Flash等工具，将曲线绘制过程制作成动画形式。绘图的每一步骤可制作一个动画，通过动画的连续播放使学生掌握绘图的动态过程。同时将会使教学过程变得轻松活泼，学生学习起来也更加容易。例如绪论我们就可以采用多媒体教学，用它来展示自动控制理论和系统的发展，自动控制技术的应用。通过演示水位自动控制系统和炉温自动控制系统的工作过程，用图像、动画、声音，使学生置于生动、形象的立体化教学环境中，从而引出自动控制原理、自动控制系统的概念，可以激发学生的学习兴趣，使他们进入学习本课程的最佳状态。
三、测试使用效果，课件系统的维护
在整个开发过程中，会对课件的各个部分进行多次调试，以确保效果，尽管如此，在整个课件合成后仍有很多问题，所以有必要进行反复调试，从而发现并修改各种不稳定因素和难以发现的错误，特别是基于多种平台制作的多媒体课件系统，通过多次调试可以避免多种平台在匹配的过程中产生的问题。测试方法可以从几个方面进行：错误测试、功能测试及效果测试。经过调试没有错误的多媒体教学系统就可以投入运行使用。在运行使用中，要定期对课件使用效果进行评价，课件评价是课件设计不可缺少的一部分，它既是课件设计的结束，也是软件设计的开始。对课件的评价主要检查它是否达到预期的教育、教学要求和技术要求。所以必须根据软件使用人员（主要是学生和教师）的意见，对软件进行升级维护，不断提高软件的质量。
四、总结
本课件开发以Authorware为主要开发平台，文本、图形、图像、动画、视频等媒体的综合使用使教学内容表现得丰富多彩、形象生动。仿真平台的创建使学习过程简单化，并且能够充分调动学生学习的积极性和创造性，从而有效地提高课程的教学质量。另外，该课件系统界面设计友好，导航措施完善，能够清晰简洁地呈现课件内容，方便地实现各知识点间的选择与跳转，既有助于教师教学，也能提供给学生一个轻松自学的平台。论文中的制作课件的方法，可使教师在教学过程中针对高职学生层次的高低，调整课件中实例的难易程度，使学生能“听得懂，会分析”，对后续课件的使用与发展有着积极的作用。
