过程控制系统论文篇1

中图分类号：TB114.3 文献标识码：A

控制理论虽然起源于英国18世纪的技术革命时期，但是却在二十一世纪被广泛应用。随着社会经济的不断发展，控制理论和控制工程被广泛的应用于相关工程企业当中。在本篇文章里，笔者不仅分析了控制理论和控制工程的发展，还探索了控制理论和控制工程的应用前景。

1控制理论和控制工程的发展

社会经济的不断进步，带动着科学技术的发展。要想让科学技术得到完善和发展，就必须得到控制工程与控制理论的支持。如今，在计算机技术的发展前景下，控制理论和控制工程的发展可分为三个历史发展时期，分别是第一历史发展时期、第二历史发展时期、第三历史发展时期，在下文里，笔者针对控制工程和控制理论这三个历史发展时期进行分析探究。

1.1控制理论和控制工程的第一历史发展时期

控制理论和控制工程的第一历史发展时期在20世纪40年代到20世纪60年代期间，在这第一历史发展时期中，掀起了一阵古典控制理论的热潮，该古典控制理论不仅解决了单输出问题，还解决了单输入问题。该古典控制理论是以传递函数特性分析法和频率特性分析法作为参考依据，对系统层面进行相关研究，控制理论主要研究的系统是线性系统。通过分析非线性系统不难发现，该系统所使用的分析法为相平面法，使用的个数一般不会超过两个，将该控制理论应用于系统的生产当中，可以有效地解决单输出和单输入等问题。

1.2控制工程与控制理论的第二历史发展时期

控制工程与控制理论的第二历史发展时期在20世纪60年代到70年代期间，第二历史发展时期为空间技术的应用发展时期，在这一时期中，计算机技术和控制工程之间相互融合，并且控制工程的性能得到了优化。从而有限地实现了分析设计，除此之外，还促进了多输入、多输出和非线性等系统的完善，使控制模式得到更好的优化，是现代化控制工程与控制理论变得更加完善，更加科学。

1.3控制工程与控制理论的第三历史发展时期

控制理论和控制工程的第三历史发展时期在20世纪70年代到当前，控制工程与控制理论得到了很好的完善，从而逐渐趋向成熟。不管是系统的整体设计，还是系统的结构方案，都显得非常的成熟，并且还能够完成协调处理和分解方法的相关理论性基础研究。智能控制相关理论是基于控制理论的基础上，进行进一步的开拓，让其完成了信息的传递以及控制，使得人们的活动更加便捷。目前，控制理论与及控制工程不仅具备有一个很好的发展前景，还具有一个非常好的应用前景。

2控制工程与控制理论的应用

控制工程与控制理论的应用核心为：以控制最优为前提，充分满足控制理论和控制工程的相应约束条件，并且提出最优的控制方案，在性能指标极值范围内，使控制系统的系统性能做优化。在应用控制工程与控制理论的过程当中，经常会涉及到两大类研究策略，一种是PDI控制器，另外一种是Kalman滤波器；控制理论和控制工程在许多系统的实际应用中，通常都会使用这两种策略。为了能够让控制理论和控制工程在系统中的应用性更为稳定，可以运用线性模型来对其进行分析和证实，上述两种策略还可应用于非线性系统中。据相关研究表明，通过利用控制理论和控制工程，进一步对控制系统进行定量研究，最终实现对控制系统的全面解析。控制工程与控制理论不仅被运用于水槽内部水位控制系统，还被运用在电热器控制系统和温度器控制系统当中，使其实现自动化控制目标，使仪器能够充分发挥自身的作用。根据相关学者的研究表明，控制理论和控制工程的应用，不仅需要对其进行性质层面分析和结构层面分析，还需要对该控制系统的运行状态进行调控。在应用控制理论和控制工程的过程中，还需要重视应用反馈概念，利用反馈概念，最大程度智能化控制系统，使控制系统的系统性能得到提高。充分将控制工程与控制理论和系统融合，这样才能够提高系统运行的安全性和可靠性，才能让系统生产企业的经济效益得到保障。

3结语

在本篇文章中，笔者简单地分析了控制理论和控制工程的各个发展阶段，并且对控制理论和控制工程的应用进行探究。目前，控制理论和控制工程日趋成熟，基于通信技术与计算机技术的基础上，被运用在各种控制系统当中，令控制系统的运行变得更加安全以及可靠。笔者相信，随着控制理论和控制工程相关研究的不断深入，控制理论和控制工程会在相辅相成的基础上获得共同发展，最终起到推动社会经济稳定发展的作用。

参考文献

过程控制系统论文篇2

Computer Control System” Excellent Course Construction And It’s Promoting Effect to Teaching Work

Zhang Tao

（North China Institute of Science & Technology， Sanhe， Hebei， 065201）

Abstract： The “computer control system” course has become the university excellent course by construction for several years. The paper summarizes and elaborates the construction content， construction process and construction experience of "computer control system" excellent course. The paper summed up the teaching efforts of the “computer control system” course in automation major. Especially the paper analysis the influence and promotion to the automation major in the course of teaching the “computer control system”. The construction of the “computer control system” excellent course has a certain reference significance and inspiration effect for the construction of similar course.

Key words： Automation Major； Computer Control System； Excellent Course.

0 引言

计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。

近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。

利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。

《计算机控制系统》课程是自动化专业学生掌握计算机控制技术的重要专业课程。

华北科技学院自动化（专科）专业成立于1999年，2003年升格为自动化（本科）专业，面向全国招生。经过几年的发展，自动化专业的综合实力逐渐增强，教学质量和办学水平逐年提高。2007年，自动化专业被华北科技学院批准成为首批校级重点与特色专业建设点。2009年，自动化专业被教育部批准成为部级特色专业建设点（编号：TS1Z214）。

本文阐述了《计算机控制系统》精品课程的建设内容和建设过程，说明了《计算机控制系统》精品课程在自动化专业教学中的应用情况，分析了《计算机控制系统》精品课程对自动化专业教学的影响与促进作用。

1 《计算机控制系统》课程的教学内容

1.1 “计算机控制系统”的概念

计算机控制系统（Computer Control System，简称CCS）是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常是指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。

典型计算机控制系统的组成如图1所示。

1.2 《计算机控制系统》课程内容

《计算机控制系统》课程主要介绍计算机控制系统的发展历程、结构组成、工作原理、设计方法、应用实例等内容。《计算机控制系统》课程主要教学内容包括：

1、计算机控制系统的类型（DCS、FCS、SCC）；

2、数据处理系统（模拟量输入/输出系统、开关量输入/输出系统）；

3、执行机构系统（直流电动机、步进电动机、交流电动机）；

4、数据处理方法（滤波、插值、量程调整、标度变换）；

5、计算机控制算法（PID算法、模糊控制算法、直接数字控制算法）；

6、计算机控制系统设计方法与设计实例等。

1.3 《计算机控制系统》课程性质

《计算机控制系统》课程是自动化专业学生掌握计算机控制技术的重要专业课程，是自动化专业的必修课程和主干课程。《计算机控制系统》精品课程建设也是教育部特色专业――自动化专业建设的重要内容之一。

通过对《计算机控制系统》课程的理论学习和实验验证，使学生建立起计算机控制系统的“系统”概念，从“系统”的全局观点出发，综合运用各种理论知识和技术，构建出硬件精巧、软件完善、技术实用、性价比高、抗干扰强的计算机控制系统，为今后的工作和学习奠定良好的理论基础和技术准备。

2 《计算机控制系统》课程的建设内容

2.1 教学文件建设

教学文件是开展教学工作的指导性文件，教学文件的具体内容包括：

一是制定教学计划。教学计划是明确人才培养规格及教学目标的重要文件，是进行专业建设、组织教学过程、安排教学任务的基本依据。

二是根据教学计划，制定教学大纲。教学大纲是以纲要形式规定一门课程教学内容的文件。包括这门课程的教学目的、任务、教学内容的范围、深度和结构、教学进度以及教学法上的基本要求等。

三是根据教学大纲的要求，编制教学日历。教学日历是教师组织课程教学的具体实施计划表，应明确规定教学进程、授课内容、课外作业、授课方式等内容。图2为《计算机控制系统》课程的教学日历。

2.2 教学内容建设

教学内容是教师生对课程内容、教材内容与教学实际的综合加工，教学内容是教与学相互作用过程中有意传递的主要信息。教学内容建设的主要内容包括：

一是撰写电子教案。电子教案就是授课教师在上课之前，在电脑上撰写的以课时为单位设计的具体教学方案。电子教案有两种类型：WORD教案和PPT教案。WORD教案主要供授课教师使用；PPT教案侧重于课堂教学使用。

二是制作学习辅导材料。为使学生更好地学习理解课程内容，制作了《计算机控制系统》课程的学习辅导材料，包括学习指导、习题解答、复习提要等材料。

2.3 教学录像录制

为更好地呈现课程教学内容，方便学生进行网络学习，录制了《计算机控制系统》课程的教学录像。教学录像的录制工作包括录像教师的组织、录像场地与录像时间的安排、教学内容与教学学时的安排等。

《计算机控制系统》课程的教学录像由7名授课教师完成录制工作，合计32学时，较为全面地反映了《计算机控制系统》课程的教学内容。

2.4 教学网站建设

网络教学是利用计算机和互联网等软硬件环境，依托专业的网络现场教学平台，实现远程互动教学和学习的新的教学模式，是教育信息化和网络化的总体趋势和目标。为此，制作了《计算机控制系统》课程的教学网站，包括精品课程网站和网络课程网站两个部分。

《计算机控制系统》网络课程网站的网址为：http：//。图3为《计算机控制系统》网络课程网站截图。

3 《计算机控制系统》课程的建设成果

3.1 优化教学队伍

通过《计算机控制系统》课程的建设工作，进一步了优化了教学队伍的学历、职称，提高了教师的授课质量和教学水平。目前，《计算机控制系统》课程的教学队伍共有14人组成，其中教授3人，副教授4人，讲师7人；其士（后）3人，硕士8人，学士3人。

3.2 出版配套教材

《计算机控制系统》课程使用的教材为《微型计算机控制技术（第2版）》（潘新民主编，电子工业出版社出版），该教材为普通高等教育“十一五”部级规划教材。

同时，为改善教学内容质量、提高课程建设水平，本课程任课教师特别编写出版了配套教材《自动控制系统实验实践教程》（张涛主编，煤炭工业出版社，2010年8月，ISBN：978-7-5020-3690-4）。

3.3 提高教研水平

在开展《计算机控制系统》课程的建设工作的同时，任课教师积极研究教育教学方法，发表多篇研究论文。如关于如何建立良好和谐的师生关系，请参考作者的相关论文《大学和谐师生关系的构建策略研究》（华中师范大学学报（人文社会科学版），2007年专辑）。再如如何看待多媒体教学的作用，请参考作者的相关论文《大学中采用多媒体技术对教学的影响》（华北科技学院学报，Vol.4，2007年）。

3.4 建成精品课程

经过多位任课教师的共同努力，《计算机控制系统》课程的教学质量得到明显提高，提高了学生的积极性，受到学生的热情欢迎。同时，《计算机控制系统》课程得到了安徽工业大学、华北科技学院、防灾科技学院等高校专家的一致肯定。

2011年9月，《计算机控制系统》课程被批准成为华北科技学院精品课程。图4为精品课程建设完成者证书。

4 《计算机控制系统》课程的应用效果

4.1 深化理论教学

《计算机控制系统》课程中的部分理论内容较为复杂，可以借助多种教学手段深化学生对复杂理论的理解。如模糊控制理论较为抽象，利用Matlab仿真软件对模糊控制器进行仿真设计、仿真应用，使学生直观地观察到抽象复杂理论的工作原理、工作过程和应用方法，进一步深化了理论知识的教学程度。

4.2 强化实验教学

实验教学环节是检验学生对理论教学知识能否理解和运用的重要标志之一，强化实验教学效果，才能使学生高质量地完成实验学习任务。如图5为直流电机调速系统实验，就是教师在上课前利用直流电机实验装置和KeilC、Proteus等软件预做实验，并制作成实验视频在实验课堂中播放，使学生快速地掌握了实验要领，提高了学生的实验学习效果。

4.3 提高学生实践能力

在自动化专业的《人才培养计划》中规定：在实践教学环节（如设计，实习）要涉及计算机控制系统的内容。因而，在学生学习《计算机控制系统》课程之后，先后进行了“控制系统课设计”、“PLC控制系统实训项目”、“单片机控制系统实训项目”等实践教学环节。

通过这些实践教学环节，不但加强了学生对计算机控制系统相关内容的理解，而且也培养了学生运用计算机控制系统相关知识解决实际问题的能力。

4.4 促进学生科技创新

通过学习《计算机控制系统》课程，自动化专业学生的实践动手能力得到改善，科技创新的积极性不断提高，科技创新的能力不断加强。

经过自动化专业相关部门和教师的共同努力，自动化专业学生的培养情况良好，积极进行科技创新活动，取得多项科技创新成果。仅在2011年，获得全国大学生电子设计大赛全国二等奖2项；飞思卡尔杯智能车竞赛全国一等奖1项，全国二等奖2项；全国挑战杯大赛河北省二等奖1项。图6为学生在学习《计算机控制系统》课程之后制作的科技创新作品（智能寻迹小车）。

5 总结与建议

2011年9月，《计算机控制系统》课程被批准成为华北科技学院校级精品课程。

经过授课教师的努力建设，《计算机控制系统》课程的教学质量稳步提高，教学效果成绩明显。《计算机控制系统》课程建设工作具有以下特点：

（1）在完成人才培养方案所规定教学目标的前提下，进行教学内容改革、教学方法改革和教学手段改革，不断提高和强化教学效果。

（2）课程建设内容更加丰富饱满，特别是建设和完善《计算机控制系统》课程的教学网站，充分利用网络平台开展教学工作，取得良好的教学效果。

（3）通过精品课程建设工作，编写出版了相关配套教材，撰写发表了教学改革论文，更新优化了教师教学理念，改善提高了教师队伍结构。

（4）在完善理论教学与实验教学的基础上，重视《计算机控制系统》课程内容的实践应用。一是通过开展课程设计、实习训练等实践环节，强化实践基础能力培养、提高学生的实践动手能力；二是通过开展科技创新活动，激发学生的科技创新潜力、提高科技创新能力、取得科技创新成果。

《计算机控制系统》课程已经建设成为校级精品课程，取得了一系列的良好教学效果。但与省级、部级精品课程的要求相比，仍有一定的差距和不足，还需要进一步改革、充实、提高、完善，需要不断提高课程建设水平，以不断满足人才培养的需求。

参考文献

1 张涛，潘玉民.自动控制系统实验实践教程[M].北京：煤炭工业出版社，2010

2 薛鹏骞，潘玉民，张涛，等.煤矿安全检测技术与监控系统[M].北京：煤炭工业出版社，2010.

3 贡福海，王莉. 试论高校精品课程建设[J]. 黑龙江高教研究. 2004（1）.

4 范爱平，姚福安. 精品课程与教学网站建设[J]. 电气电子教学学报. 2006（6）.

5 袁德宁. 精品课程建设及课程支撑理念的变化[J]. 中国大学教学. 2004（5）.

6 张涛，孟凡甡，张昔平，朱雄. 大学和谐师生关系的构建策略研究[J]. 华中师范大学学报（人文社会科学版）. 2007年专辑.

7 张涛，孟凡甡，薛鹏骞. 大学中采用多媒体技术对教学的影响[J]. 华北科技学院学报. 2007（3）. （华北科技学院“深化教学改革，提高教学质量”研讨会优秀论文二等奖）

8 张涛，孟凡甡. 我校自动化专业实践教学体系的内容及其特色[J]. 华中师范大学学报（人文社会科学版）. 2008年专辑.

9 张涛，靳文涛，薛鹏骞. 丰富和完善自动化专业实践教学体系的研究[J]. 华北科技学院学报. 2009（3）.（华北科技学院教育思想观念大讨论活动优秀论文二等奖）

10 苗志全. 以转变教育观念为先导，建设大学生创新实验中心实践探索[J]. 教育科学博览. 2012（4）.

过程控制系统论文篇3

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）25-0040-02

在控制理论与控制工程学科中，计算机控制系统课程属于重要的专业基础课程，同时在培养硕士研究生的工作中起到重要的作用。从1998年开始，我校开设了计算机控制系统课程，经过十五六年的课程建设，各方面都获得了显著的成效，主要体现在课程内容、知识体系、教学方法、教学改革等。

一、丰富教学内容，满足社会发展需求

计算机控制系统课程就知识结构主要分为三类：计算机控制系统的硬件系统分析与设计、计算机控制软件设计、离散系统理论与系统分析。该课程主要内容包括：计算机控制理论基础、计算机控制系统分析与设计、线性离散系统状态空间分析、计算机控制系统离散化设计、复杂规律计算机控制系统的设计、集散控制系统、计算机控制系统的设计与实现等。该课程从理论到实践，深入阐述了计算机控制系统的设计方法、设计理念、设计实践，叙述了不同类型计算机控制系统的设计原理及特点。关于计算机复杂控制系统的分析设计方法，通过学习计算机控制系统课程，学生就能够掌握并且为将来的研究生课程中的理论和技术支持做铺垫。

计算机控制技术不断发展，但是计算机控制系统课程的教材多年来从理论和设计内容上都非常相似，往往是内容陈旧、枯燥并且理论和实际脱节，学生学习起来不容易理解。基于上述问题，我们在课程讲授中，将收集到的计算机控制理论相关的论文和最新成果资料作为讲授及课堂讨论内容；将计算机控制、楼宇自动控制方面的课题研究成果引入教学；通过现场教学、专家教学等方式，理论联系实际，收到良好效果。

定期召开专业研讨会和学科前沿知识研讨会。注意学科发展动态，并结合学科专业特点，出版了计算机控制系统教材及辅助教材，对于扩大学生的知识视野以及使计算机控制系统课程的教学内容更加充实起到很大作用。

二、探索研究生教学规律 提高授课质量

1.开展研究型教学，提高学生创新能力。积极探索研究生教学规律，将培养研究生创新能力作为课程建设的重点。在计算机控制系统课程建设中，积极探索学生创新能力的培养途径，开展研究性教学、前沿研究、理论知识，进行艰难的专题研究。这样的教学课程和课外活动的结合，将能力培养和素质教育相结合，通过研究型教学尝试，收到了显著效果。学生自主学习能力大大增强，同时拓展了知识面，提高了学生分析问题、解决问题的能力，提高了创新能力。

2.重视产学研相结合，强化研究生实践能力培养。建立校外实习基地，与东北建筑设计院、辽宁省建筑设计院、中科院自动化研究所、沈阳电梯厂等单位建立长期稳定的合作关系，并签订协议联合培养本科生和研究生。同时与这些单位的专家联合指导研究生，聘请专家讲座，结合实际工程，深入浅出，讲述计算机在实际工程中的应用。通过实际工程案例分析，使学生理论联系实际，通过实习环节让学生亲自参与实践工程设计，在学期间得到实际工程技术知识的训练，收到良好效果。

三、多种教学方法的融合 提高教学效果

（一）建立以学生为主体的教学模式，激发创造性思维

改变单一的教学知识，建立一种合理的教学模式。以学生为中心，教师起到主导作用。在课堂教学中，将启发式的教学方式持续用下去，利用学习国内外一些典型的计算机控制项目，教师引导学生的方式变得更加多角度和全方位，让学生主动发现问题，将学生的积极性充分调动起来，使学生更多的潜能被激发。在实际的课堂教学过程中，增加教师和学生的交流，鼓励学生提出问题，使他们逐渐形成独立思考的习惯，有助于创造性思维的开发。

（二）模块化 案例教学收到良好效果

实际课程教学中，进行模块化分类，三大模块分别是基本理论、设计方法和实例分析。采用模块化教学分析方法，深入浅出地从理论知识学习到实践工程应用，学生掌握起来更加得心应手。结合计算机控制系统案例，实现学生对学习兴趣增加的方法是利用多媒体这样的现代化教学方式。

（三）采用多样多样化教学方式，提高了学生的学习兴趣

1.深入实际，现场教学。到一些相关单位采取现场教学，效果更佳。在进行现场教学之前预先安排一些问题，让学生带着问题去学习，能更好的把课堂上的理论知识和实践知识有机地结合起来。请专家解释在机器人控制理论，计算机应用技术的智能建筑，并基于演示和实际操作，从理论到实践，通过实际的对象，说明计算机控制理论的应用更加真实、直观，使学生真正理解计算机控制理论的重要性，提高学生的学习兴趣。提供大量的实际工程材料课程进行教学指导，让学生在学习理论知识的实际工程问题的过程中做到理论与工程实践紧密结合。这样既能把学生对学习的主动性和积极性充分调动起来，又能对学生自身解决实际问题能力的培养起到很大作用，达到学以致用，是提高教学效果的有效手段。

2.创新教学方法，提高授课质量。通过计算机控制系统课程多年不断总结和探索，形成了具有特点的教学风格，并通过多年的教学实践，验证了教学方法的有效性。①采用模块分析方法，深入浅出。按课程的知识体系，将课程内容进行模块划分，明确课程的知识体系结构，并总结各知识模块的相互关系，使学生对课程的知识结构有一个总体的把握，便于学生形成完整的知识体系结构。②将抽象的理论描述转化为形象化的描述。利用图形、图像信息资源使学生能够尽可能的接近实际系统理论部分，紧密结合系统工程实例进行讲述，理论联系实际，提高了学生认知度和学习兴趣。③流程图分析法。在分析复杂系统时，采用流程图方法，直观明了易于理解。系统环节多而复杂，采用流程图方法分析易于掌握。④知识融合分析法。通过系统的实例将系统定性分析、定量分析、校正设计融合一体，使学生明确系统分析设计总体思路，更好地把理论与实践结合，培养学生分析问题和解决问题的能力，以及综合分析设计能力。⑤案例分析法。在课程讲授过程中引用了大量工程案例，通过案例分析，产生计算机控制理论及设计方法，充分发挥了它的启发性、实践性，开发了学生思维能力，提高了学生的实践能力、分析问题和解决问题的能力。

四、结论

在计算机控制系统的课程建设中，完善课程体系，强调了理论与系统的结合。理论联系实际，实现教学、科研、实践相结合的教学理念。采用了模块化、开放型、互动式教学模式，强调创造力与综合解决问题能力相结合、设计实践与综合设计能力相结合。将科研成果引入课堂，理论联系实际，收到良好效果。将智能建筑特色融入计算机控制理论教学中去。实现根据“产、学、研一体化”教学模式，取得了显著效果。

参考文献：

过程控制系统论文篇4

一、控制工程的定义及目标

控制工程是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。包括对自动控制系统提出要求、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。控制工程普遍使用频域法和状态空间法。其理论和处理方法涉及许多方面，从线性控制到非线性控制，从单变量控制到多变量控制，从连续控制到采样控制，控制工程从定常控制到随机控制，从一般的反馈控制到自适应控制等。通常，电子计算机是实现大型控制工程的核心。控制工程的应用范围早期主要是工业生产过程和武器系统，后来扩展到企业管理、城市规划、交通管制、生物控制、社会经济的计划和控制等领域。

培养从事设备制造及生产，工程施工，经济社会系统运行中的控制系统设备、控制装置的设计、研发、管理的高级工程技术人才。控制工程领域工程硕士要求掌握现代控制领域的基础理论、方法和技术。具有从事实际控制系统、设备或装置的开发设计能力、工艺设计和实施能力及使用维护等能力。更重要的应具有一定实际工作经验，能解决工程实际中出现实际问题，掌握一门外语，能够顺利阅读本工程领域的科技资料及文献。

二、控制理论与控制工程的产生及发展

控制理论作为对社会发展具有重要影响意义的学科，其产生起源可上溯至十八世纪发生在英国的技术革命中，瓦特在蒸汽机的发明之后，将离心式非锤调速器的相关控制原理应用于蒸汽机转速的控制中，开创出以蒸汽作为原动力的机械化格局，而之后的工程界逐渐的将控制理论应用于调速系统稳定性的研究中，通信技术和信息处理技术的高速发展，使得电气工程师们不断的研究出更为科学全面的控制系统分析方法，实现了控制系统的条件稳定性及开环不稳定性的分析研究，而控制理论的创始人于1948年所发表的控制理论的相关著作，就控制理论的相关方法所进行得阐述，推动反馈概念的应用并为控制理论的形成奠定下坚实的基础。

在科技的不断生产发展中，基于控制理论与控制工程的控制技术也在不断的完善，尤其是在计算机技术的不断推动之下，控制理论与控制工程拥有着更深入的发展。就控制理论与控制工程的整体发展历程而言，可大体上划分为三个主要的阶段，其中第一阶段为20世纪的40至60年代，是古典控制理论的形成及发展时期，主要进行单输入及单输出问题的解决，多采用以频率特性、传递函数及根轨迹等作为基础的频域分析法进行系统的研究，而主要进行研究的系统是线性的定长系统，进行非线性系统分析的过程中所选用的相平面法要求变量不能超出两个，该控制理论可实现生产过程中的多种单输入单输出类问题的有效解决。第二个阶段为20世纪60年代到70年代的现代控制理论的形成与发展阶段，该阶段已经步入空间技术时期，控制工程也向性能更高的方向上发展，数字计算机的配合应用，实现了分析设计及实施控制，但时变、多输出多输入及非线性等较为复杂的系统控制内容使古典控制理论呈现出局限性，而最优控制方法在该阶段中提出，使现代控制理论更为完善。第三个阶段是20世纪70年代到目前为止的大系统控制理论及智能控制理论时期，其中大系统控制理论是控制理论就广度上的扩展，利用控制及信息的相关观点进行大系统其结构方案及总体设计，进行的是分解方法及协调处理的相关基础性技术理论的研究；智能控制理论是控制理论就深度上的扩展，进行人类智能化活动、控制信息传递的规律等的研究，并就仿智能化的工程控制系统及信息处理系统等进行研制。

三、控制工程及工程应用

在进入21世纪以来，以计算机技术、通信技术及控制技术为典型代表的IT产业的发展及普及中，核心是计算机技术，关键是通信技术，而基础是控制技术，使得控制学科逐渐的发展成为基础性的科学，控制系统与控制工程中的系统结构、系统稳定、反馈调节及智能系统的相关思想及理论，在自然学科下的多种科学领域获取广泛应用的同时，在人文等学科中也有着广泛的应用体现，基于该现象，某些专家甚至指出控制理论与控制工程已不再是单纯的学科，已逐渐的发展成为较为全面和系统的世界观、方法论。控制理论与控制工程所具有的显著特点是，某些基本的概念同时具有普适性及独特性。在控制理论与控制工程的应用中，两个概念是应用的关键及核心，首先是系统概念的应用，在当前社会的发展中系统问题已变得非常重要和突出，尤其是全社会范围内所进行的复杂性系统及复杂性科学课题的研究及应用，这是控制理论在现代科学中应用的必然发展，应用控制理论不仅要进行结构及性质的分析，还要进行系统运行状态的调控；其次是反馈概念的应用，这是控制理论区别于其他的学科及控制理论的应用区别于其他的理论应用的关键，反馈使得控制系统在较大的程度上具备人类智能的诸多特点，可以实现控制系统在实际的应用过程中结构、参数及扰动等因素的不确定性给控制系统造成的影响，例如远距离通讯设备、进行隧道扫描的显微镜等具体的工程设备。

在控制理论与控制公工程的应用中，最优控制是现代化的控制理论非常核心的内容，利用最优控制所进行的研究是在满足相应的约束条件时，就最优控制策略进行寻求，进而取得性能指标的极大值或者是极小值，最终使控制系统在性能指标上可取得最优化效果所必须采用的基本条件及综合方法，即就受控的运动过程或动力学系统，从多个可选择的控制方案中寻求最佳的方案，从而使系统在运动状态由初始状态变为指定的目标状态时可以取得性能指标的最优化。

过程控制系统论文篇5

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0154-03

一、引言

自动控制理论是研究自动控制一般规律的技术科学，是自动控制技术的理论基础。由于自动控制理论内容涉及面广，包括电路、大学物理、高等数学、积分变换、线性代数、机械、计算机辅助设计等交叉学科的很多知识，理论性和抽象性强，具有内容丰富、信息量大和发展更新速度快等特点[1，2]，因此难教难学，在学生中流传着自动化专业的“天书”这一雅号。所以，为了使学生更好地学习这门课程，为后续课程的学习打下良好基础，本文将从教学内容、教学方法和教学手段等方面进行改革探索。

二、自动控制理论的课程设置

1.课程地位与目的。随着现代化技术的不断发展，自动化越发深入各行各业以及人们的生活，自动化知识也越来越成为人们需要了解的必不可少的内容。因此自动控制理论成为工科院校自动化、电力、电自、机械、热能、核电、风电、建环等诸多本科专业的专业基础课程，同时也是自动化类专业的硕士研究生入学考试的必考课程[2]。通过本课程的学习，使每个学生能多角度、分层次地充分了解和认识自动控制理论以及相关课程发展的状况及专业知识特点，并把握局部或整体的理论，使学生所学知识同实际工业过程的应用相联系，为学生实践打下扎实的基础，也为学生进一步学习“过程控制”、“运动控制”、“计算机控制系统”等后续专业课程打下良好的基础。

2.课程教学的原则。在教学过程中，以学生为本是教学的基本原则，要时刻围绕以学生为中心展开教学[3]。对于教师来说，教师是知识的传播者，教师在传授知识的过程中，必须对所传授的知识掌握透彻，理清课程脉络，使所讲内容前后连贯，构成一个统一的整体。对于学生来说，学生是知识的接受者，学生的知识水平和理解能力有限，准确地把握好学生的学习难点、理解误区，相应的调整授课内容，讲解时做到深入浅出，才能更好地引导学生掌握学习内容。其教与学的关系可用图1来表示[2]，形成复合控制，以求得更好的教学效果。

三、自动控制理论的课程体系

自动控制理论的课程体系包括结构体系和内容体系两方面，结构体系强调学习的主线，是该门课程的整体脉络，使学生在学习过程中能够纵观全局；内容体系强调不同专业对该课程应掌握的内容以及学习要求，使学生学习时能够突出重点[4]。

1.结构体系。结构体系的把握要从“三纵三横”出发[5]。“三纵”是指系统在三域（时域、频域、复域）中的数学模型；“三横”指系统特性（稳定性、静态特性和动态特性）的分析。如图2所示。（1）“三纵”理清三域中的数学模型之间的关系，如图3所示。对于一个实际系统来说，可以根据对象的特点建立时域模型、复域模型和频域模型，模型的建立是等效的，三种模型之间可以按照图3所示相互转换。学会建立系统的数学模型是分析问题和解决问题的前提，因此学生能够理清三者之间的关系对于后续的学习至关重要。把握好这条主线，使学生能够纵观全局，树立一个“纵向”思路。（2）三横。结合系统的数学模型，熟练掌握系统分析的三要素：稳定性、静态特性和动态特性。系统性能指标是衡量系统好坏的重要依据。只有能够准确分析系统的性能，才能知道如何更好的改进系统，这样才能使学生形成良好的“横向”思维。

2.内容体系。自动控制理论包括经典控制理论和现代控制理论两部分。（1）经典控制理论：主要内容有自动控制系统的基本组成和结构，自动控制系统的性能指标，自动控制系统的模型建立，线性系统的时域分析、根轨迹分析和频率特性分析，离散系统的模型建立及性能分析，非线性系统的性能分析以及自动控制系统的设计方法，等等[6]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指标、最后校正的步骤逐步进行。（2）现代控制理论：主要内容有系统的数学模型即状态空间表达式的建立，控制系统的运动分析、能控性与能观性分析、系统稳定性的分析以及系统的反馈校正、极点配置、状态观测器的建立等[7]。按照先概念、再模型、然后分析方法和指标、最后校正的步骤进行。

四、自动控制理论课程教学现状

1.从教师来说，教师之间“各自为政”，不利于提高教师的教学水平和工作效率。其一，在课堂教学上每位不同的授课教师都是按照自己的理解设计了不同的课件，因教学经验不同，即使选用相同的教材，每个人根据所教专业不同灵活选用例子的水平以及利用多媒体和板书的结合程度都是不同的，互相交流、集体备课讨论环节较少，导致不同教师即使讲授同一门课程教学效果也可能相差很大。其二，目前自动控制理论课程因涉及的专业面广而课目众多，教师任务繁重，并且每个教师按自己的教学任务设答疑时间、地点，因此导致教师之间的教学交流较少。

2.从学生来说，不能给学生创造更好的自动控制理论的课外学习环境。由于学生功课学习任务重，不可能有大量的时间搜索整理大量的自动控制理论的课外拓展学习资料，也不可能实现不受时间地点限制的与同学、教师交流和讨论，因此减少了学生的学习途径，限制了学生对本门课学习的兴趣度和学习热情。其次，学生学习的态度也有很大变化，当前学生学习更加注重以后是否能应用到工作实际当中，如果与以后工作无关，学生对该门课程就会变得消极懈怠[1]，而且学生不重视理论的学习，觉得枯燥乏味，降低了学习兴趣，因此提高学生学习兴趣是自动控制理论课程的重要环节[8]。

五、自动控制原理课程的改革与实践

针对上述教学过程中存在的问题，我们从以下方面进行改革与实践。

1.更新教学内容，激发学生对自动控制理论学习的好奇心和自主学习动力。（1）重视理论教学同时注重理论联系实际，在课堂讲授内容中注意基本概念与基本方法的介绍，同时积极引入案例式教学方法，通过列举日常生产中的通俗易懂的实例，如马桶水箱水位控制系统、冰箱、空调温度控制系统等，激发学生的学习兴趣。（2）通过理论联系电力大学专业背景、电力专业特色，例如自动化、热能等专业可以列举如汽包水位控制系统、主蒸汽温度控制系统、炉膛负压控制系统等例子，对于机械专业可以选取阻尼器、弹簧等构成的机械系统，于电气专业可以选取电动机转速控制系统、RLC电网络系统等，通过大量控制系统的实例进行分析，提高学生分析问题的能力，同时提高学生对后续专业知识学习的好奇心和学习兴趣，做好后续课程学习的铺垫和引导。（3）理论指导科研，科研促进教学的发展。建设网络平台，可以促进教师进行教学交流，及时更新目前的教学内容；在网络平台及自动控制理论课内拓展上，教师可以结合自己的前沿科学研究及自动控制理论的前沿发展、应用进行拓展和引导，比如通过自动控制实现神十飞天、“玉兔号”月球车成功登陆等都离不开自动控制技术，激发学生对本课程的学习热情。

2.改进课堂教学方法。变“灌输式”课堂教学模式为“引导式”、“互动式”模式。在课堂教学中，运用讲授法、多媒体演示法、提问互动法、讨论探讨法等多种教学方法；注意采用启发式教学方法，寻找学生学习的兴奋点，引导学生积极思考，鼓励学生积极质疑，由被动受教转为积极参与，形成较为独特的教学风格。

3.丰富课堂教学手段，提高教学效果。对于目前设计研制的多媒体教学课件和电子教案进行不断的充实和完善，各位教师互相交流，达成共识，形成统一研制的对应不同学时、不同专业的多个多媒体课件。课件要能够充分利用现代化教学设备和教学手段，采用板书和多媒体相结合，使课堂教学图文并茂、生动活泼，增加课堂讲授的信息量，提高课堂教学效率，更加有效地激发学生的学习兴趣，加强学生创新意识和能力的培养。利用MATLAB软件辅助课堂教学，帮助学生理解抽象的控制理论，利用典型事例和启发式的课堂教学，结合科研实践和专业发展讲授课本内容，培养学生的学习兴趣。课外有效利用基于网络平台的教学，将所有资源放置在网络平台上，真正实现交互式双向教学。

4.改革考核方法。在考核方式上，采用平时考核和期末考试考核相结合的方式。平时成绩包括到课、作业占总成绩的30%，期末考试成绩占70%，注重了过程考核和考试结果考核相结合，但效果仍不够理想。有的学生存在“上课为点卯，作业通过抄，考试靠突击，考后全忘光”的学习方式，不符合知识的学习过程，更谈不上日后知识的灵活运用与创新了。通过改革考核方式，增加多次阶段性单元测验、抽查作业、课堂提问、网络答疑、期中考试等多种过程学习考核渠道，考试命题由以前的一种题型变为采用多种题型，增加覆盖面，以客观衡量教学效果。试卷评阅后，科学地对考卷情况进行分析研究，分析学生对课程内容的理解和掌握程度，为调整下一学年度的课堂教学内容和进度提供必要的参考信息。在不断的改革探索中旨在建立科学、多样的评价标准，深化考试内容和形式改革，注重学习过程考查，将过程性评价与结果性评价相结合，强化学生综合素质和能力的评价。

5.改革实践教学和课程设计内容。建立了自动控制原理实验室、控制系统综合设计两个实践性教学基地和大学生创新实践基地等，通过实践培养学生理论与实际相结合的能力以及创新能力，鼓励学生参加数学建模、设计大赛等锻炼自己理论联系实际的能力。由于教学改革和创新任务繁重，需要在所有自动控制理论教师积极参与协作下完成。

6.利用网络平台的优势进行自动控制理论网络教学平台的建设，以辅助课堂教学，更好地完成自动控制理论的教学工作的改革，提高教学效果。

六、结语

经实践表明，教师的授课效果明显改善，学评成绩大幅度提升，学生的自动控制理论学习成绩大幅度提升，学生自动控制理论课的考研成绩有明显的提升。总之，自动控制理论是一门理论性和实践性都较强的学科，教师只有在教学过程中不断的反思并探索新的教学方法，并在实践中加以应用，才能切实提高教学质量，培养出高素质人才。

参考文献：

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过程控制系统论文篇6

控制论一词Cybernetics，来自希腊语，原意为掌舵术，包含了调节、操纵、管理、指挥、监督等多方面的涵义。因此”控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然与外在的渴望，控制理论与技术也自然而然地在人们认识自然与改造自然的历史中发展起来。

根据控制理论的理论基础及所能解决的问题的难易程度，我们把控制理论大体的分为了三个不同的阶段。这种阶段性的发展过程是由简单到复杂、由量变到质变的辩证发展过程。

1.经典控制论阶段（20世纪50年代末期以前）

经典控制理论，是以传递函数为基础，在频率域对单输入―单输入控制系统进行分析与设计的理论

1.1控制系统的特点

单输入―单输出系统的，线性定常或非线性系统中的相平面法也只含两个变量的系统。

1.2控制思路

基于频率域内传递函数的“反馈”和“前馈”控制思想，运用频率特性分析法、根轨迹分析法、描述函数法、相平面法、波波夫法，解决稳定性问题。

1.3发展事件回顾

（1）我国古人发明的指南车就应用了反馈的原理。

（2）1788年J.Watt在发明蒸汽机的同时应用了反馈思想设计了离心式飞摆控速器，这是第一个反馈系统的方案。

（3）1868年J.C.Maxwell为解决离心式飞摆控速器控制精度和稳定性之间的矛盾，发表《论调速器》，提出了用基本系统的微分方正模型分析反馈系统的数学方法。

（4）1868年，韦士乃格瑞斯克阐述了调节器的数学理论。

（5）1875年E.J.Routh和A.Hurwitz提出了根据代数方程的系数判断线性系统稳定性方法。

（6）1876年俄国学者N.A.维什涅格拉诺基发表著作《论调速器的一般理论》，对调速器系统进行了全面的理论阐述。

（7）1895年劳斯与古尔维茨分别提出了基于特征特征根和行列式的稳定性代数判别方法。

（8）1927年H.S.Black发现了采用负反馈线路的放大器，引入负反馈后，放大器系统对扰动和放大器增益变化的敏感性大为降低。

（9）1932年H.Nyquest采用频率特性表示系统，提出了频域稳定性判据，很好地解决了Black放大器的稳定性问题，而且可以分析系统的稳定裕度，奠定了频域法分析与综合的基础。

（10）1934年，H.L.Hazen发表《关于伺服机构理论》。

（11）1938年，A.B.维哈伊洛夫发表《频域法》，这标志着经典控制理论的诞生。

1.4主要成果

PID控制规律的产生，PID控制原理简单易于实现，具有一定的自适应性与鲁棒性，对于无时间延迟的单回路控制系统很有效，在工业过程控制中任然被广泛应用。

2.现代控制论阶段（50年代末期至70年代初期）

现代控制理论，基于时域内的状态空间分析法，着重时间系统最优化控制的研究。

2.1控制系统的特点

为多输入―多输出系统，系统可以是线性或非线性，定常或时变的，单变量与多变量，连续与离散系统。

2.2控制思路

基于时域内的状态方程与输出方程对系统内的状态变量进行实施控制，运用极点配置、状态反馈、输出反馈的方法，解决最优化控制、随机控制、自适应控制问题。

2.3发展事件回顾

（1）1959年，苏联学者庞德亚金（L.S.Pontryagin）等学者创立了极大值原理，并找出最优控制问题存在的必要条件，该理论解决控制量有约束情况下的最短时间控制问题，提供方法。

（2）1953-1957年间，美国学者贝尔曼（R.Bellman）创立了解决最优控制问题的动态规律，并依据最优性原理，发展了变分学中的Hamilton-Jaccobi理论。

（3）1959年，卡尔曼（R.E.Kalman）提出了滤波器理论，1960年卡尔曼对系统采用状态方程得描述方法，提出了系统的能控性、能观测性。证明了二次型性能指标下线性系统最有控制的充分条件，进而提出了对于估计与预测有效地卡尔曼滤波，证明了对偶性。

（4）罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、欧文斯（D.H.Owens）和麦克（G.J.MacFarlane）研究了使用于计算机辅助控制系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统，并探讨了传递矩阵与状态方程之间的等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础。

（5）20世纪70年代奥斯特隆姆（瑞典）和朗道（法国，L.D.Landau）在自适应控制理论和应用反面做出了贡献。

2.4主要成果

现代控制理论的提出，促进了非线性控制、预测控制、自适应控制、鲁棒性控制、智能控制等分支学科的发展。进而为解决因工业过程的复杂性而带来的困难。

3.大系统理论阶段与智能控制理论阶段（70年代初期至现在）

大系统理论，是指规模庞大、结构复杂、变量众多、关联严重、信息不完备的信息与控制系统智能控制系统是具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人。

3.1控制系统的特点

是指众多因素复杂的控制系统，如宏观经济系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等]

3.2控制思路

基于时域法为主，通过大系统的多级递阶控制、分解―协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论，解决大系统的最优化。

3.3发展事件回顾

（1）60年代初期，Smith提出采用性能模式识别器来学习最优控制法以解决复杂系统的控制问题。

（2）1965年Zadeh创立模糊集和论，未解决负载系统的控制问题提供了强有力的数学工具。

（3）1966年，Mendel提出了“人工智能控制”的概念。

（4）1967年，Leondes和Mendel正式使用“智能控制”，标志着智能控制思路已经形成。70年代初期，傅京孙、Gloriso和Saridis提出分级递阶智能控制。并成功应用于核反应、城市交通控制领域。

（5）70年代中期，Mamdani创立基于模糊语言描述控制规则的模糊控制器，并成功用于工业控制。

4.结语

“自动控制理论”就是一门研究自动控制系统稳定性的科学，是控制理论与控制工程学科的主要内容。控制理论与控制工程作为一门学科，研究并且提出有关自动控制系统设计和分析的理论与方法，用于指导工程实践。

【参考文献】

[1]维纳著， 郝季仁译.控制论，科学出版社，1961.

过程控制系统论文篇7

机电控制技术是机械、电子、计算机和自动控制等技术的有机结合,机械电子工程专业主要培养德、智、体全面发展,并能从事机电一体化产品和系统的设计、制造、运行的工程技术人才。学生通过学习可获得工程师的初论文联盟步训练,适合到企事业单位从事技术及管理工作。培养目标上主要包括以下几个方面:(1)、系统地掌握机械制图、力学、机械制造工艺等机械工程方面的基础理论、基本知识;(2)、掌握电子技术、微机应用技术、检测与控制技术的基本理论和基本知识;(3)、具有一定的机电一体化产品和系统的设计、制造、使用和维护的综合能力;(4)、具有一定的计算机应用能力。

matlab是矩阵实验室(matrix laboratory)的简称,是美国mathworks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括matlab和simulink两大部分。matlab作为现代数学计算和计算机模拟仿真的应用软件,将高性能的数值计算可视化,提供了大量的内置函数．从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域,已经成为工科学生一门必备的数学工具。本文将机械工程控制的数学建模问题通过matlab来实现,将传统的问题通过现代化的工具实现,以显示matlab在机械控制工程中处理问题的快捷性与优越性。

2 机电控制课程特点

机械控制工程基础是一门多学科交叉的基础课程,机电控制工程基础的基本问题是:建立系统的数学模型;系统分析计算;综合校正确定控制规律。本课程的基本任务,是使学生获得机电控制系统的基本理论,掌握系统的基本分析方法和计算方法。为设计机电控制系统及后继课程的学习和进一步研究学习控制理论打下一定的基础。本课程中应用的数学较多,在控制理论书籍中使用了大量的数学,使得大多数机械类学生学习控制工程感到抽象和困难,对学习这些理论的目的性缺乏认识,影响了学习兴趣,学习效果欠佳。为帮助学生更好地理解基本概念,掌握基本理论和基本方法,将matlab先进控制软件工具以及教改和教学研究成果及学科最新发展引入教学,使学生加深对经典控制理论的理解。仿真实验内容丰富灵活,弥补了传统实验的不足。学生可不受实验室的限制,只要有计算机,何时何地就能进行。从应用情况看,基于matlab的自动控制原理仿真起到了很好的辅助教学的作用,能把抽象的理论知识与可视的图形结合起来,深化理论知识。

3 运用matlab实现系统分析范例

matlab作为一种高性数值能计算软件,其系统控制工具箱主要处理以传递函数为主要特征的经典控制和以状态空间为主要特征的现代控制中的问题。该工具箱对控制系统的建模、分析和设计提供了一个完整的解决方案,是matlab最有力和最基本的工具箱之一。其功能包括系统建模、系统分析、系统设计。在工程控制中有很重要的影响。而早期的控制系统分析过程复杂而耗时,如想得到一个系统的冲激响应曲线,首先需要编写一个求解微分方程的子程序,然后将已经获得的系统模型输入计算机,通过计算机的运算获得冲激响应的响应数据,然后再编写一个绘图程序,将数据绘制成可供工程分析的响应曲线。所以matlab控制系统工具箱和simulink辅助环境的出

转贴于论文联盟

现,给控制系统分析带来了福音,只需要几个命令就可实现复杂的人工工作,如图1所示的伯德图与奈奎斯特图的绘制。 论文联盟

4 实践课程教学改革的实施

为了突出重点,突破难点,在课程教学中尽量运用matlab进行范例解析,形象地向学生展现机械控制工程中生硬晦涩的数学内容。为了让学生加强对教学重点的掌握和难点的理解,实现教学目标,由浅入深分阶段实施实践教学。

首先是范例分析阶段:由任课教师提供典型范例,进行深入细致的讲解,并针对不同知识点设计课程作业,深入浅出的帮助学生完成从理论到实践的过渡,使学生掌握最基本的专业技能和基本理论。

过程控制系统论文篇8

引言

随机因素在自然界中广泛存在。随机振子的响应问题是理论研究及工程应用中的热点问题[1～3]。瞬态响应是响应问题的一个重要方面，研究系统的瞬态响应可以从时域方面诠释随机振子的运动性态。FokkerPlanckKolmogorov （FPK） 方程方法是扩散过程理论的主要方法，通过求解FPK方程得到系统的转移概率密度可用以分析系统响应控制、信息熵等问题[4，5]。由于FPK方程的复杂性，只有少数特殊的系统具有理论精确解[6]。虽然相关领域的学者们在稳态FPK方程理论求解方面进行了大量的研究工作[7，8]，但瞬态FPK方程的解仍是极难解决的一个问题，目前只能借助理论分析与数值计算相结合的方式进行近似求解[9，10]。1968年，Bhandari和Sherrer首次应用Galerkin法求解FPK方程的平稳解[11]，而后Wen将其发展到求解FPK方程的瞬态解[12]。2007年，Spanos结合基于等价线性化的随机平均法和Galerkin法研究了白噪声激励的非线性系统的瞬态响应[13]。

时滞现象广泛存在于物理、生物和控制等自然科学与工程实践领域中。研究瞬态响应概率密度时考虑到时滞的作用具有重要的理论及实践意义。文献[14]中基于广义谐和函数随机平均法和Galerkin法研究了白噪声激励的时滞强非线性系统的瞬态响应。虽然白噪声模型在理论上便于处理，但研究表明实际噪声模型应为有色噪声。与有色噪声相关的研究工作已经渗入到随机动力学的各个分支：文献[15]中研究了色噪声激励下非对称双稳系统的平均首次穿越时间，文献[16]中研究了色噪声激励的双稳DuffingVan Der Pol振子的随机分岔，文献[17]中研究了色噪声激励的非线性系统的稳态响应，文献[18]中研究了非高斯色噪声作用下Van Der PolDuffing振子的稳定性。但是，色噪声激励的时滞非线性系统的瞬态响应相关研究却少见报道。当系统中含有时滞与非白噪声时，随机平均法是一种有力的理论分析工具。该方法不但可以避免非白噪声引起的FPK方程的扩维现象，而且可以降低FPK方程的维数，从而简化理论分析和数值计算。

考虑到工程安全，瞬态响应需要被控制在安全范围内，因此考虑瞬态响应的最优控制问题是非常有必要的。鉴于实际控制器发生装置只能产生有限的控制力，故而研究最优有界控制是符合工程实际的。很多学者已经关注到随机非线性振子的最优有界控制问题，例如文献[19]中利用最优有界控制率成功地降低了系统的稳态响应。然而基于瞬态求解FPK方程技术研究随机时滞拟线性系统的最优有界控制问题未见报道。

综上所述，本文提出了色噪声激励的时滞拟线性系统瞬态响应的最优有界控制问题。将时滞系统转化为等价的非时滞系统后应用标准随机平均法得到振幅过程的部分平均It随机微分方程。再由动态规划准则导出最优有界控制率进而得到完全平均的FPK方程。利用Galerkin方法近似求解此FPK方程即得到系统近似瞬态响应。最后将该方法应用到受最优有界控制率作用的色噪声激励的时滞DuffingVan Der Pol振子得到理论解，并利用MonteCarlo模拟方法证明理论解的有效性，利用该方法综合讨论了色噪声、时滞和控制力参数以及共振对瞬态响应的影响。

1模型提出和化简

5结论

本文系统地研究了最优有界控制力作用下色噪声激励的多时滞拟线性系统的瞬态响应概率密度。主要包括以下两个部分：（1）引入最优有界控制率来控制色噪声激励的多时滞拟线性系统的瞬态响应，并提出了求解其瞬态响应概率密度的近似方法。该方法包括如下四个方面：首先将时滞方程转化为等价的非时滞方程；其次利用标准随机平均法得到系统振幅过程的部分平均It随机微分方程；利用动态规划原理并结合控制力有界的条件导出了最优有界控制率，将其代入部分平均It随机微分方程并完成所有平均过程得到完全平均的FPK方程；利用FPK方程本征函数法得到一组正交基空间并在此基空间内进行Galerkin变分得到系统的近似瞬态响应。（2）以受最优有界控制率作用的色噪声激励的DuffingVan Der Pol振子为算例实现上述求解过程，利用数值计算综合讨论了控制力、时滞和色噪声参数以及共振条件下系统的瞬态响应概率密度并采用MCS证明了所有理论解的有效性。本文涉及的系统是拟线性系统，关于受控的强非线性系统的瞬态响应问题还有待于进一步研究。

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过程控制系统论文篇9

中图分类号：G642.0；TP273+.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）07-0131-03

一、引言

现代控制理论课程作为电气工程专业本科三年级学生的专业必修课程在我校已开展多年。这门课程是矩阵论和自动控制原理等课程的延续，因而内容丰富、理论性和工程性都很强；再者，由于控制学科的飞速发展，使得该课程具有信息量大，更新发展快等特点[1]。近年来，随着国家科学技术的飞速发展，中国大学生与世界其他高校学生的交流越来越频繁，为了适应国际大融合发展的需要，双语教学在高等学府中受到了高度重视。2001年教育部提出，在有条件的高校，应该为本科教育中的公共课和专业课开展双语教学，并不断开展教学改革和研究性教学实践，探索有效的教学方法和模式，以提高双语教学的质量[2]。近年来，双语教学尤其是对专业课开展双语教学已经成为了各大高校教学研究的热点[3]。多项教学改革的实践证明，在电气工程的专业课程中开展双语教学的探索，有利于课堂教学形式的国际化以及讲授内容的快速更新，显著地提高大学本科生的专业英语的执行能力，同时也会让学生感受到专业英语的重要性，将会提高我国高等院校尤其是扬州大学的电气相关专业课程教学的水平。因此，如何开展现代控制理论课程的双语教学，尤其是在双语教学要求下，提高学生的学习积极主动性和灵活应用教学成果的能力，就显得尤为重要。“扬州大学电气专业现代控制理论课程”教学团队，根据近年来在该课程的双语教学探索和实践中遇到的一些问题，探索新的教学方法，特别注重培养电气专业学生学习该课程的积极性，对该门课程双语教学的可行性、要求和课程特点等进行了详细的阐述，特别是根据电气工程专业本科生的基础知识结构和“现代控制理论”课程的理论性和工程性都很强等特点，在教学改革实践中探讨了一些行之有效的解决方法和措施。

二、课程特点及教学目标

现代控制技术是在经典控制理论中发展出来的一门学科。“现代控制理论”课程作为“自动控制原理”的后续课程，其作用是使学生在学习过自动控制原理和矩阵论等基础课程之后，了解当今控制理论和应用领域的一个新阶段，现代先进的控制方法原理及其应用。考虑到学科的特点和学时的限制，本课程在讲授过程中只涉及到线性控制理论中状态空间模型的建立和解的分析、能控性/能观性分析、系统稳定性分析、状态观测器和状态反馈的实现等内容。

课程的目的是使学生通过本课程了解时域形式状态空间模型的形式、状态变量、状态方程的求解以及解得特点，开展系统的定性分析――能控性/能观性和系统稳定性分析，尤其是掌握运用李雅普诺夫稳定性分析方法进行线性、非线性系统的稳定系判断。进而，能够对目标性能要求下，开展系统控制器和观测器的设计。

三、课程双语教学的具体内容

在电气工程专业本科生中开展“现代控制理论”课程双语教学面临诸多不利条件：（1）内容的多样性和课时的有限性；（2）在有限的课时数的条件下，如何让学生尽快地熟悉英文教材所阐述的内容；（3）如何让学生准确地掌握控制领域相关专业术语的英文表达；（4）如何提高词汇量和英语的表达能力，尤其是一些常用的专业词汇的灵活运用，以提高学生专业英语的听说读，尤其是写文献等的综合应用能力。

作者及其“扬州大学电气专业现代控制理论课程”教学团队围绕“现代控制理论”课程教学的实践情况，对该课程的双语教学的施教做了如下几方面的研究性教学探讨。

1.外文原版教材的合理选择。在采用双语教学之前，“现代控制理论”课程采用的一直都是中文教材。考虑到该课程双语教学的需要，高质量的英文原著教材是必需的。为了保证英文教材的内容与教学大纲保持一致，教学团队对国外的不同的现代控制理论教材进行了大量的对比和调整。要尽可能使用与电气专业相似用词习惯的原版教材，这样可以保证在有限的教学课时情况下，电气工程专业的学生可以很熟练地掌握专业词汇的用法。同时，这本教材需要在中国有一定的知名度，这样团队教师可以很快了解和熟悉英文教材的内容。最终作者团队选择了英文教材[4]为“现代控制理论”课程双语教学的教材。

2.讲授内容的合理调整。由于国外大学在专业设置、培养方案和模式、人才培养要求和教学方式放上，与我国大学存在较大差异，尽管作者团队已经较合理选择了教材，但是外文教材内容与我国电气工程专业教学内容上存在一定的差异，这就导致教材相关知识点也存在一些遗漏和重叠。比如，中文教材对现代控制理论的发展进行阐述时，多是从控制起源，结合一些历史人物和相关的事件，如北宋苏颂等利用反馈原理制作的水运仪象台，瓦特利用离心调速器发明的蒸汽机，劳斯-赫尔维茨提出的频域形式的稳定性判据，以及李雅普诺夫提出的李雅普诺夫稳定性理论等概述性的知识进行介绍的。这样可以让学生充分了解现代控制技术发展的历史脉络，同时，结合一些有趣的历史事件，对状态变量、状态空间和反馈等一些重要的概念有一个基本的认识。而该英文教材尽管也介绍了一些现代控制方法和控制系统的一些主要的定义或者定理，但是并不是按照这种历史脉络的角度，而是从数学的角度。作者团队认为，为了让电气专业的学生更好地掌握这些相对枯燥的概念，则有必要弱化它的数学的含义，而凸显它的控制部分。但是后续的关于系统能控性/能观性和李雅普诺夫稳定性分析的主要内容介绍等基本上与作者团队之前采用的教材一致。

另外，所选英文教材内容比较丰富，篇幅比较长，教材中有些内容需要应用的矩阵论知识比较多，难度比较高，如教材中介绍关于高阶微分方程转换成状态方程部分，针对输入部分有微分的情况，以及针对复杂非线性系统，如何通过李雅普诺夫稳定性原理判定系统的稳定性等问题，对于电气专业学生而言，一般不容易完全掌握。榇耍笔者教学团队，参照课时情况，对该英文教材内容进行了适当的简化，如简化了线性系统的结构分解和零极点相消等部分内容。凸显现代控制理论方法的核心思想――状态空间法，以满足课程大纲的要求。

3.n件制作和现代控制实验开发。由于该本英文教材没有相应的诸如PPT、程序和实验平台等教学用的辅助资源，作者的教学团队在消化吸收英文教材后，并基于前期的研究性教学的成果[5]，开发了双语教学多媒体课件。同时，在该双语教学的课件，作者团队还将团队早期收集的一些参考资料中的精髓内容也以最合适的方式得到了呈现。

作者团队在近五年的现代控制理论课程讲授过程中发现，非常有必要开发现代控制实验平台，尤其是基于双语教学要求下，这样有助于学生掌握现代控制理论课程的内容。但是，在此这前扬州大学水利与能源工程学院电气工程系，在该课程上，一直没有相应配套的仿真和实验验证平台。为此，作者团队教师设计提供了倒立摆实验平台，为双语教学的现代控制仿真提供了验证平台。学生在进行仿真和实验验证时，可以用上该课程多个核心内容和知识点：系统能控性/能观性、稳定性分析和系统状态反馈控制设计等。同时，倒立摆系统与杂技中的顶杆平衡等有异曲同工之处，极具趣味性，提高了学生学习的积极性。

同时，在撰写实验报告时，要求学生对照实验中的实验现象。采用多种途径，比如图书馆查找资料、网上搜集材料等，进行相应的理论分析，并鼓励学生将一些与教材的不同之处反映在报告中，以提高学生善于思考和勇于提出不同见解的能力。比如，在“李雅普诺夫稳定性分析实验”中要求学生采用第一法和第二法分别对倒立摆系统进行稳定性验证，尤其是稳定裕度的阐述，仔细对比两种方法验证的结果，总结二者之间的区别和联系。在“状态反馈控制器设计实验”中要求学生结合仿真结果分析零极点对系统性能的影响，同时要求学生结合“自动控制原理”课程所学的PID方法进行对比实验，总结现代控制理论方法的优势所在。通过自主开发的实验和仿真验证平台，不仅完成了双语教学的课程内容，同时让学生熟悉了如何利用计算机进行现代控制技术仿真实验验证和结果分析，熟悉了Matlab/Simulink这一科研工程中应用最广泛的计算软件，包括与现代控制课程密切相关的LMI，系统辨识等工具箱。

4.灵活多变的双语教学方式的应用。针对双语教学的特点，较之之前的“现代控制理论”课程，作者团队采用更为灵活的教学方式。选择一些经典的控制系统例子，课堂中采用边教学边实践的形式。另外，还采取课堂教学与讨论同时进行，尤其注重课外阅读和小组讨论相结合的方式，采用平时考核和集中考试同等重要等手段，逐步提高学生主动学习的积极性。例如，布置一项课外作业，也传统的课外作业不一样，采用开放的形式。翻译一段作者团队精心设计的内容，该部分内容涉及一个倒立摆系统如何保持平衡的问题，并模拟杂技表演的模式进行介绍，学生不仅完成了作业，了解倒立摆系统的稳定性问题，同时学生也增加了对现代控制理论的具体应用的兴趣。

四、结束语

在双语教学要求下，在学习中如何采用该理论的内容解决电气工程相关课程的实际问题，一直是作者团队在课程教学中讨论的问题。尽管团队至今已经为四届学生开展了现代控制理论课程讲授。结合电气专业的特点，对于现代控制理论的教学安排，学生和各级督导都普遍反映较好。尤其是经过双语教学的探索，学生逐渐达到了听说读写等几个方面的要求，比较好地掌握了现代控制理论中的线性系统理论的核心内容。大部分学生能够很好地完成英文教材和老师布置的任务，通过仿真实验以及撰写报告和大作业等各种考核形式，达到了该双语教学课程的教学目标。

本文提出的双语教学的一系列举措，通过选择合适的教材，对相关教材的内容进行合理的调整，并把原本抽象且枯燥的知识点和定理通过形象生动地实验讲授给学生，调动了学生的学习积极性。如何在教学中不断积累，逐步完善教学手段，更好地提升双语教学教学改革的效果，将是作者团队一个值得继续努力的工作。

参考文献：

[1]张嗣瀛，高立群.现代控制理论[M].北京：清华大学出版社，2006：1-22.

[2]刘艳君.“现代控制理论”双语教学的几点思考[J].教育教学论坛，2015，7（2）：195-196.

[3]李世华.“智能控制概论”课程双语教学改革探索[J].电气电子教学学报，2009，31（4）：8-9.

[4]Richard C. Dorf，Robert H. Bishop. Modern Control System[M].美国：Prentice Hall出版社，2012.

过程控制系统论文篇10

【分类号】：TP273

前言

近年来转子振动主动控制得到了广泛的研究，控制理论中的许多方法都应用到转子振动主动控制中，并取得了很多成果。实际转子系统的完整数学描述往往很复杂，阶次较高，作为被控对象的模型转子系统与实际转子系统总是存在着误差，同时转子系统的结构参数如质量、刚度等也存在着不确定性。由于误差的存在往往会降低控制系统的性能，有时还会破坏控制系统的稳定性。因此转子系统振动主动控制器应具有稳定鲁棒性及鲁棒性能[1]。

1.鲁棒控制的基本思想

鲁棒控制器设计问题，就是根据给定的标称模型∑0和不确定性集合∑的某一描述，基于鲁棒性分析得到的结果来设计一个控制器C，使得（∑0，∑）和C构成的系统都满足期望的要求。

2.H∞控制理论

所谓H∞控制，就是用H∞范数作为目标函数的最优或次优控制。通过对鲁棒控制理论的了解可知，许多鲁棒稳定或鲁棒性能准则均可以用适当的传递函数的H∞范数约束条件来描述。因此，对于线性系统来讲，许多鲁棒控制系统的设计问题，都可以转化为求使得闭环系统满足期望的H∞范数条件的控制器的问题[3]。

3.2转子系统鲁棒控制计算机仿真

利用本章所讲述的控制器设计方法，结合算例，分析控制方案，并利用MATLAB编程计算该单盘转子系统的状态方程和控制器状态方程。在左支承处增设可控锥形挤压油膜阻尼器，利用可控挤压油膜阻尼器轴承产生的非线性油膜力主动逼近线性转子系统的H∞控制力，从而实现用可控挤压油膜阻尼器轴承主动控制转子系统振动的目标。本文应用Simulink建立转子系统标准H∞控制仿真模型。

本文以H∞次优控制器的状态方程为依据建立的控制器仿真模型。对该系统结构参数存在扰动的情况下，引入内部反馈环的概念，进行扩阶后，形成新的结构参数不确定系统的状态方程。输入w 即为施加在m2上的不平衡力与传感器噪声之和。通过对质点m1振动幅度的期望值与输出的观测值y进行比较，重新进入反馈系统。以此使m1振动幅值最终达到期望值constant。

4结论

本文利用 控制理论对刚度参数扰动的转子支撑系统进行次优控制器设计。并结合MATLAB软件中的Simulink工具箱对本文设计的控制器进行仿真。并对本文所采用的单盘转子模型进行了鲁棒 控制仿真。模拟单盘转子在不平衡力的作用下，通过临界转速时的振动控制情况。在对受控前后的输出信号图像的比较后发现，受控后输出信号幅值比受控前的输出信号幅值小很多。

参考文献

[1]顾家柳. 转子系统振动主动控制的目的及对策.振动与冲击， 1993， 2： 1～ 7

[2]梅生伟，申铁龙，刘康志编著.现代鲁棒控制理论与应用.清华大学出版社.2003，9：61～64

过程控制系统论文篇11

长久以来，对电厂有关机组控制工作中，使用的主要控制方式就是PID，但是PID控制器在实际工作的过程中，各类参数整定途径不同，有些方式需要进行理论计算，有些方式则需要依靠经验来进行，加上很多常规PID控制难以收到到良好的控制效果，这就需要工作人员不断的分析控制技术。就现阶段来看，我国关于智能控制的研究还相对较少，这种智能控制方式也是业界的一个新型研究范畴，智能控制技术的发展可以为电厂热工自动化提供完善的理论指导，该种控制技术经过了神经网络专家、模糊专家的深刻，证实是一种理想的控制策略。

2、智能控制技术的主要方式

2.1 模糊控制方式

模糊控制方式源自于1965年Zadeh教授的模糊集理论，在1974年，英国教授Mamdani成功的将模糊集理论应用在蒸汽机以及锅炉的控制工作中，随后的多年来，该种控制方式呈现出一种良好的发展态势，也得到了十分广泛的应用。该种理论基于人的思维模式发展而来。有关的研究调查显示，模糊控制方式可以对数学模型对象进行精准的控制，模糊控制理论是以模糊语言、模糊数学知识来表示模糊规则的理论，并使用计算机技术控制闭环结构的控制系统。模糊控制方式具有几个特点，即其控制系统的设计需要操作数据与人员的控制经验，并不需要数学模型，因此，具有很好的鲁棒性，能够解决传统PID难以解决的时变性、非线性以及时滞性，整个推理过程使用不精确推理的形式，能够模仿人的思维，因此，可以处理十分复杂的系统。

2.2 专家控制方式

专家控制方式即将专家控制技术与理论的整合，在运行过程中，对专家的智能进行模仿，这样即可实现系统控制，其主体主要包括推理机构与知识库，通过对知识的组织与调动，按照既定的策略对规则进行推理的过程。专家控制方式具有灵活性高、空置率灵活的形式，能够适应各种环境的变化。根据控制系统的复杂程度，专家控制方式包括专家式控制器与专家控制系统两种方式，这两种方法均具有完善的结构系统、知识处理功能以及可靠功能，也得到了广泛的应用。

3、智能控制在电厂热工自动化的应用

电厂热工自动化是减轻劳动强度、改善劳动条件、保证设备安全的技术措施，智能控制在电厂热工自动化的应用已经成为研究的热点问题之一。

3.1 单元机组负荷控制

单元机组负荷控制系统是一种具备时变性、非线性以及不确定性的多变量系统，难以建立精确的数学模型，采取传统的控制系统很难收受到既定的效果。有关专家学者针对该种情况设置了以机跟炉与以炉跟机为基础的负荷控制系统，效果显示，这两种系统有着良好的控制品质以及自适应能力。

3.2 过热汽温控制

过热汽温是电厂锅炉在运行过程中的运行质量评价标准之一，就目前来看，一般使用改变减温水量的控制方式，这种控制方式在实际的应用过程中表现出较大的时滞性与惯性，在科技水平的发展下，人们也将智能控制系统引进汽温控制过程中，很好的改善了控制系统的品质与适应性。有关的文献显示，将神经网络模糊控制系统引入过热汽温控制过程中，即时在大范围变负荷运行的过程中，整个系统依然能够保持良好的运行态势与运行性能，也可以很好的解决电厂过热汽温控制对象的不稳定性与延迟性。

3.3 中储式制粉系统的控制

中储式制粉系统的控制难点包括磨负荷信号测量的复杂性、参数之间的耦合性、数学模型的复杂性等等，有关的专家针对这一特征，使用模糊语言规则，总结好运行经验，使用预测模糊控制与分级模糊控制相结合的方式，在电厂磨球机中进行了应用，运行效果显示，使用预测模糊控制与分级模糊控制相结合的方式，可以很好的提升磨机运行的安全性与稳定性，也很好的解决了磨机运行过程中的大时滞的耦合问题，提升了电厂的经济效益与社会效益。

3.4 给水加药的控制

电厂锅炉给水加药一般为加氨与联氨，加氨目的是为了提升给水PH值与凝结水PH值，并减少酸性物质对水系统产生的腐蚀。加联氨的目的是为了去除水中的氧与二氧化碳，防止锅炉中铁垢与铜垢的生成。影响给水加药的因素很多，水处理工况、锅炉蒸发量都会对其产生一定的影响，因此，传统的PID往往难以实现目标调节效果。使用变频模糊加药系统可以很好的克服人工加药系统中存在的不足，也可以很好的提升给水的质量，具有动态响应快、鲁棒性强的优点，取得了良好的经济效益。

4、结语

可以说，智能控制系统可以很好的解决传统系统不确定性、复杂性以及高度非线性的不足之处，智能控制系统在电厂热工自动化中的应用已经取得了良好的效益，在未来，也有着良好的应用前景，相信随着基础理论的发展与应用方法的成熟，智能控制系统将会得到更加完善的发展，电厂热工自动化水平也会得到不断的提升。

参考文献：

[1]孟丽荣.关于智能控制在电厂热工自动化中的应用[期刊论文].中国新技术新产，2012，12（25）.

[2]张拥军.优化火电厂自动控制系统的重要性及对策[期刊论文].中国集体经济. 2009（10）.

过程控制系统论文篇12

一、引言

系统控制的理论和实践被认为是20世纪对人类社会生活和生产活动产生重要影响的科学领域之一[1]。现代控制理论思想深刻、方法多样、内容丰富、充满美感，既提供了对线性系统进行建模、分析、综合的完整理论，也蕴涵着很多处理复杂问题的方法，如线性非奇异变换方法、分离原理、对偶原理、反馈方法、增广向量法等。这些方法可以简化系统的建模、分析、综合，为系统控制理论的其它分支乃至其它学科提供了可借鉴的思路。这些方法为解决复杂问题提供了一条有效途径。近十年来，为了适应素质教育发展的要求，不少从事现代控制理论课程教学工作的教师对该课程的教学提出了改革思路和措施[2-11]。

现代控制理论是计量学院数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学科选修课。该课程的主要任务是培养学生用系统的方法来分析、研究和解决问题。作为数学专业学生，通过该门课程的学习，除了培养学生从事控制系统分析和设计的基本能力之外，对于了解作为信息科学主要组成部分之一的自动控制科学，特别是现代控制理论的体系和结构，以及认知涉及的相关数学理论和应用均具有重要意义。该课程的主要特点是将实际系统抽象为数学模型，根据数学模型去研究系统的各个方面，理论性强、内容丰富、概念抽象、公式多、习题多、计算繁杂。对于数学专业的学生而言，虽然数学公式的推导相对较为容易，但对公式意义和内涵的正确理解并非容易。近几年来，为了适应当今社会对人才素质教育培养的要求，提高教学质量，培养学生创新意识、创新精神和创新能力，我们结合学生的专业特点和课程自身的特点，对教学改革进行积极探索和尝试。

二、教学内容改革

1、重视课程体系架构的教学

在绪论课上，我们向学生讲解两方面内容：一是以“自动控制技术与人类进步”为题介绍控制论的发展史、自动控制技术的发展对人类社会产生的影响、现代控制理论产生的数学基础、现代控制理论的主要内容等，向学生强调控制理论处在以自动化、计算机和机器人为代表的新技术革命的核心，控制理论的成果在美国Apollo登月计划实施中起过实质性的作用[12]。由此启发学生对该课程的兴趣，让学生了解到现代控制理论是应分析与设计高质量和大型复杂控制系统的需要而产生的，它以近代应用数学为理论工具。二是向学生说明控制技术与信息技术的关系。现在信息技术已渗透到生活中的方方面面，信息产业的发展也日新月异，数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学生就业主要在信息产业中，而控制技术是信息技术的四大基本技术之一[13]，现代控制理论的内容为从事信息技术方面工作提供重要的思想方法。

2、优化教学内容，突出本质性概念

在教学内容的选择上，必须抓住最基本、最本质的概念、原理和方法及其相互联系，在结构上使课程的体系清晰完整，防止定义和结论的堆砌，帮助学生构建出自己的系统的知识结构。针对教材[14]的特点，在保证严谨性和系统性的前提下，我们为学生补充拉普拉斯变换、能控子空间的概念及表示、能控性能观性的PBH判据、稳定性与特征值的关系等内容。在讲授定理、公式时，不刻意追求定理证明中数学上的严密性，重点强调其应用背景、应用条件的限制，要求学生从本质上进行理解，避免生搬硬套地运用理论。

3、介绍新知识，跟踪新技术

我们在教学中把当年中国控制会议、中国控制与决策学术年会、美国控制会议等国内外一流会议的征稿范围和部分大会报告介绍给学生，并介绍一些非线性控制、自适应控制、H∞控制和分布参数系统控制等的基本思想。这样可以拓展学生思路、开阔学生视野，使学生深入了解现代控制理论的思想体系和发展前沿，把握该学科的研究方向和发展趋势，为进一步学习、研究，以及将所学的基础理论应用于工程实际打下良好基础。

4、渗透数学文化思想

在讲授基本理论和方法的同时，可以向学生介绍一些大师们的研究成果和相关的数学史，引导学生提炼数学思想的方法，积累数学文化。控制论科学的创立者之一维纳[15]是一位数学天才，在布朗运动理论和位势理论研究方面做出了独创性的贡献，他也是信息论的创始人。工程控制论的创始人钱学森[16]是我国杰出的爱国工程师，人类航天科技的重要开创者和主要奠基人，是应用数学和应用力学领域的领袖人物，他也致力于当代大学生的教育问题。在教学中还要不断强化数学知识在控制论中的应用。数学作为系统控制科学的基本分析工具，内容涉及了数学的各个学科。如以W.M.旺纳姆代表的基于几何概念和方法的几何理论，以R.E.卡尔曼为代表的基于抽象代数方法的代数理论，以及以H.H.罗森布罗克基为代表的基于复变量方法的频域理论。在现代控制理论课程中，涉及了频域理论、状态空间理论及变分理论等。矩阵分析和微分方程理论是不可或缺的数学工具。在授课过程中，适时地介绍相应的数学基础，是学生学好现代控制理论课程的基础和关键。例如，高等代数中的Cayley-Hamilton定理、极小多项式、矩阵Jordan分解等在控制论中有着重要的应用，在判断系统的能控性、能观性，系统的能控标准型、能观标准型中都有体现。讲解数学文化不仅可以提高学生学习的兴趣，也是对学生思想文化进行熏陶，这对学生数学素养的形成和提高有着极其重要的作用。

三、教学方法改革

1、 注重仿真与实验

现代控制理论实践性强，为了使学生真正掌握控制系统分析和设计的方法，必须进行仿真和实验的教学。通过仿真和实验，学生可以加深对理论知识的理解，培养分析、解决问题的能力和创新思维的能力[4]。我们开设了8学时的上机实验（4个实验，每个实验2学时），内容包括：（1） 利用MATLAB进行系统模型的相互转换、对状态空间模型进行分析；（2） 系统能控性、能观性和稳定性的判定；（3） 基于极点配置的系统设计、基于状态观测器的系统设计；（4） 基于线性二次型最优控制的系统设计。这些实验不仅可以培养学生应用计算机对系统进行辅助分析的能力，也极大提高了学生的学习兴趣。

2、采用交互式教学

在讲授完基本概念和原理之后，学生对于本课程的方法和思路有了初步认识。对于某些不出现新概念和原理的章节，例如极点配置问题和状态观测器设计等，我们组织学生进行讲授。事先把学生分成几个小组，每组5-6人，每个小组分配一节内容，进行预习，一般留一周的预习时间。讲授时各小组派代表到讲台上讲授，逐句解释所讲内容，小组其他成员可以随时进行补充，其他学生和老师可以提问。如果讲授有误，老师马上打断，让学生重新思考，或者予以纠正。我们通常向学生提问讲授中涉及到的概念和结论，借以检查学生对所学知识的掌握情况，并在每一部分完成后进行总结。通过学生讲授，可以提高学生的自学能力、查资料的能力和协作能力。这一学习方式要求教师对讲授的内容了如指掌，能够应对学生讲授中发生的各种情况，以免纠缠细节，影响教学进度。在应用中还要注意精心选择让学生讲授的内容，不宜过多。

3、对学生进行科研训练

现代控制理论课程一般面向高年级学生开设，在教学中可以对学生进行科研训练，为学生未来进行科学研究打下基础。教师可以把自己的科研课题分成一系列小问题，让学生参与研究。学生通过查阅文献，分析论证，能够接触到学科发展的前沿，提高创新能力。教师也可以给学生提供开放式题目，让学生进行总结。题目可以是“控制理论在***领域中的应用”、“***的控制理论模型”或“***控制器设计”等。把学生分成若干个小组，每组3-5人，让学生查阅文献，撰写研究报告。在此过程中检查学生对知识的掌握情况，并引导学生提出创新想法。题目完成后学生把研究报告做成PPT，每个小组派代表为大家讲解，一起进行讨论。这样可以开阔学生的眼界和思路，增加知识的广度和深度。

四、考核方式改革

为了克服传统考核方式的不足，实现素质教育的目标，引导学生参与科研型学习，考核方式应该加大科研型学习的比重。我们采用的考核方式如下：（1）平时成绩30分，其中出勤情况10分、课堂表现10分、课后作业10分；（2）实验成绩20分；（3）科研型学习占50分，其中研究报告20分，讲解情况20分，创新性10分。

五、结论

本文针对现代控制理论课程内容多，课时少，理论性和应用性都很强的特点，从教学内容、教学方法、考核方式等方面对教学改革进行了探讨，以期达到提高学生学习兴趣，培养学生分析、解决问题的能力，增强学生创新意识的素质教育目标。这些改革在教学实践中受到学生的好评，学生的学习热情和学习效果有了很大提高，学生感觉收获很大。但是，现代控制理论的教学改革是一个不断探索实践的过程，仍需坚持不懈的努力。特别是针对数学专业的学生，由于学生主体专业的特点，如何更好地实现专业和课程教学目标，仍然有大量的问题需要在课程教学实施过程中继续尝试和探索。

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