自动控制原理与系统

关键词： X射线 摄影

自动控制原理与系统（精选十篇）

自动控制原理与系统 篇1

1 工业控制系统概述

自动化(Automation)，是指机器、设备或者装置在没有人这个执行者干预的情况下能够完全按照规定的软件程序或者指令自动地进行操作或者运行。自动化装置可以理解为无需人的参与便可以自行的工作，能够完成某些特定任务的机器。工业自动化智能控制系统是运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对整个工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理以及决策，从而达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全为目标的集成智能化系统。自动化技术发展是伴随着人类各个领域的科技发展而发展起来的。人们在几千年的生产过程中，为了多快好省地生产出自己需要的东西，发明了很多能够替代人来工作的自动装置。

直到上世纪四十年代末，美国数学家维纳与墨西哥生物学家罗森布卢特合作，提出了自动化的理论基础著作———控制论。标志着自动化技术的正式诞生。自动化技术从诞生到现在，已取得了长足进步，逐步走向成熟。自动化技术为生产力的发展起着巨大的作用，实现了人们摆脱繁重劳动和驾驭复杂系统的愿望。同时，自动化技术也在应用中得到不断发展和完善。人们在自动化技术应用中发展了各种理论以及设计了各种设备和自动化装置，并在各个领域大显身手，如飞机导航、交通运输、导弹控制、智能楼宇、现代化工厂中到处都有自动化技术的应用。

随着微电子技术、计算机技术、光电技术、信息技术以及现代控制方法与理论的发展，今天的自动化技术正以崭新的面貌在各个领域中发挥着重要作用，以现代自动控制理论为基础的现代工业化系统展现出其无限美好的发展前景。

2 工业控制系统发展现状

计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制(DirectDigitalControl,DDC)。70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统(DistributedControlSystem,DCS)。

进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。

进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。从八十年代后期开始，由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，人们便开始寻求用一根通信电缆将具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接起来，在设备层传递的不再是I/O(4～20mA/24VDC)信号，而是数字信号，这就是现场总线。由于它解决了网络控制系统的自身可靠性和开放性问题，现场总线技术逐渐成为了计算机控制系统的发展趋势。从那时起，一些发达的工业国家和跨国工业公司都纷纷推出自己的现场总线标准和相关产品，形成了群雄逐鹿之势。

3 工业控制系统理论

一个简单的智能工业控制系统原理结构如图1所示。

自动控制是基于反馈的技术。反馈理论的要素包括3个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量与期望值相比较，用两者之间的偏差来纠正调节系统的响应。因此，自动化技术的核心思想是反馈，通过反馈建立起输入(原因)和输出(结果)之间的联系。使控制器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略，以便达到预定的系统功能。系统构成前向通道和反馈通道两个通道，前向通道是任务执行的功能主体。

控制器-系统的大脑：自动控制系统中控制器在整个系统中起着重要的作用，扮演着系统管理和组织核心的角色。系统性能的优劣很大程度上取决于控制器的好坏。执行器-系统的手脚：执行器在自动控制系统中的作用就是相当于人的四肢，它接受调节器的控制信号，改变操纵变量，使生产过程按预定要求正常运行。在生产现场，执行器直接控制工艺介质，若选型或使用不当，往往会给生产过程的自动控制带来困难。因此执行器的选择、使用和安装调试是个重要的环节。传感器-系统的耳目：传感器被用来测量各种物理量，种类有温度传感器、流量传感器、压力传感器等。传感器要满足可靠性的要求，从传感器的输出信号中得到被测量的原始信息，如果传感器不稳定，那么对同样的输入信号，其输出信号就不一样，则传感器会给出错误的输出信号，也就失去了传感器应有的作用。

4 智能工业控制系统结构

PID控制—比例、积分、微分，PID控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器，但是工业控制领域发展到现在，智能化工业控制系统的出现已经打破了传统的PID工业控制模式，智能化工业控制领域主要包括以下几个技术：最优控制技术、自适应控制技术、预测控制技术、自学习控制技术，模糊控制技术、专家系统技术、神经网络技术等。

现代智能化工业控制系统是在现代工业企业大型化、连续化、高速化、快节奏生产的必然产物。具体包括以下4层：基础自动化L1(控制层)：现场设备控制系统;过程自动化L2(运行层)：生产过程监控系统;工厂自动化L3(管理层)：MES制造执行系统;企业自动化L4(经营层)：ERP企业资源规划等。智能工业自动化最新技术：工业计算机网络控制系统现代的智能工业控制系统主要由以下几个部分组成。

常用器件：组成智能工业自动化控制系统的最基本的单元器件主要包括：各类电器：主令器、断路器、接触器、继电器、驱动器等;各类仪表：传感器、热工仪表、专用仪表等;各类计算机：可编程序控制器、工业计算机等。控制器则主要包括：通用控制器—可编程控制器PLC,PLC是将逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，以指令的形式存储于可编程的存储器中，并经过数字式或模拟式的输入输出部件，对生产设备和过程进行控制的数字运算操作电子装置，PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性;专用控制器—温度调节器、速度调节器等。执行器主要包括：电动调节装置、伺服阀、电磁阀，电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀不但能够应用在气动系统中，在油压的系统、水压的系统中也能够得到相同或者类似的应用、步进电机—作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中;检测仪表：检测仪器主要包括压力仪表、温度仪表、电压电流检测仪表、各类传感器、各种特殊仪表;网络设备：网络设备主要包括交换器、集线器HUB、工业以太网交换机。

5 结语

现代智能工业自动化系统技术的应用，创建了一流的现代化企业，并为生产一流的优质产品提供了有力的保证，是促进产品市场开拓、推动企业持续创新发展的有效途径。自动化控制技术方兴未艾，不少新的技术有待继续开拓应用。这里主要分析了智能控制系统的发展现状以及原理和系统组成结构，通过本课题的研究，希望能够给致力于工业控制领域研究的技术人员提供理论知识，同时为智能工业控制领域的发展提供有力的帮助。

摘要：随着计算机以及控制技术的发展,传统的工业控制技术已经逐渐地被智能控制技术所替代,智能化工业控制系统的发展为工业领域的发展提供了最强的技术保证,是推动企业持续创新发展的有效途径。详细介绍了工业控制系统的原理以及结构组成。

关键词：工业控制,PLC,控制器

参考文献

[1]虞坤源.PLC控制技术在横排头闸门控制中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报.2009(2):72-74.

[2]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京航空航天大学出版社,2003.

[3]高峰,王明哲.PLC控制系统的Petri网模型研究.工业仪表与自动化装置,2004(06).

[4]殷洪义.可编程控制器选择设计和维护[M].北京:机械工业出版社,2003.

自动控制原理与系统 篇2

自适应阻尼控制悬架系统结构与工作原理

自适应阻尼控制悬架系统(ADS,Aajuster Damping Control Suspension System)是一种新型电子控制悬架系统,奔驰轿车即装用了这种悬架控制系统.自适应阻尼控制悬架系统将加速传感器、转角传感器、车身加速度传感器等接收的.信号输入ADS电子控制装置(ADS ECU),并根据车辆的行驶状况自动调节减振器的阻尼力,以适应路面的变化,即使在汽车进行避障行驶时,也可以保持良好的乘坐舒适性.

作 者：杨月海 作者单位：刊 名：汽车维修英文刊名：AUTOMOBILE MAINTENANCE年，卷(期)：2010“”(1)分类号：U4关键词：

自动控制原理与系统 篇3

[关键词]闭环控制；课程质量；课程评价

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0105-03

一、引言

近20年，高等教育进入大众化阶段，专业培养目标、课程体系存在较大的雷同，教育领域面临着激烈的市场竞争。竞争的胜负最终取决于大学培养出来的人才的优劣，即人才的质量。在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中，明确提出我国高等教育发展的核心任务是提高质量。教育部关于“十二五”期间实施《高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》（教高[2011]6号）中提到，“要把教育资源配置、学校工作着力点集中到强化教学环节、提高教育质量上来”。教学质量保障是高等教育发展的主要方向之一，而课程是教学过程的核心，课程质量的保障是专业人才培养质量的奠基石，课程设置的合理性、管理的规范性、质量的可控性、课程相关者的发展性等成为课程质量保障中亟待解决的问题。

二、课程质量保障的国内外现状及问题分析

国外高等教育质量保障运动起始于20世纪80年代中期的西方工业化国家，经过长期的实践，各国高校形成了系统科学的课程质量保障措施，如美国的密歇根大学成立了教与学研究中心；明尼苏达大学引入了市场化管理模式来管理选课环节；美国的林肯内州大学推行不同层次，不同专业，不同课程类型的学评教问卷量表；英国高校引入校外评估制度如External Examiner的制度来评估教学质量。国内高校也陆续在推行课程质量保障举措，如电子科技大学提出建立多层课程组，推动学院教学活动中的教学管理；2015年清华大学成立了本科生课程咨询委员会；华南理工大学推出“兴华人才工程”等。我们可以从国内外高校中学习借鉴一些成功经验。

高校课程质量保障体系内涵丰富，是一个多方教学活动参与者构建的复杂组织管理系统。细究起来，目前国内高校中存在一些普遍性的问题，制约着课程质量的提高。

（一）质量保障视角急需转变

依据传统的质量评判标准，政府对高校的质量评估多侧重于资源投入、排名等方面，而高校仅为了回应政府问责而实施质量评估，此类评估多从“教学”的视角，而少从“课程”的视角考虑；多从外部评估，少量用于基于自我改进型的高校质量评估。应从过多关注教学活动，转移到更加关注课程质量，以全面的质量观建设高水平的课程体系，以丰富的人文关怀紧密课程要素间的联系。

（二）课程质量管理欠规范

课程质量利益相关者有施教者（老师），受教者（学生），学院教务处和督导组（监督者），众多要素如课程建设目标、学院投入支持力度、教师的课堂组织与管理、课程评价、学生资质与课程参与度等均影响着质量管理与保障。由于目前职称评审的政策导向，教师在课程改革上的精力投入不足；千篇一律的评价标准，对于不同类型、不同专业的课程并非适用，针对性不足；评教方式主要侧重于奖惩型，而非发展型，未能从发展的眼光来帮助教师成长。评价结果处理不当，反馈滞后等问题，促使我们应专注于探索有效的管理方法，将教学过程的组织、实施、监管、质量保障真正落到实处。

（三）课程设置理念亦需革新

较多高校追求大而全，专业培养中课程设置优势不明显，重理论，轻实践。教材较为陈旧老化，或未能根据学生实际情况，盲目追求全英文教学，导致学习效果不理想等。应依托高校所在地的优势学科，结合强势专业，优化课程结构设置，强化特色课程，因材施教，扩大实践课程的受益面。

三、应用“闭环控制”原理，构建课程质量保障系统

系统论、控制论和信息论被称为“三论”，是现代管理理论产生的方法论基础。一个完整的系统有序的运行，需要借助信息论的方法，采用控制论的手段来实现系统目标。无论是自动机器，还是生命、社会、经济系统，均可看做自动控制系统。

闭环控制系统主要由设定、控制、执行，检测等环节构成，通过有效的控制策略，针对设定与反馈环节的偏差调节控制。它将反馈值与希望值比较，根据误差调整控制作用。比如：调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望流量，水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较，并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制。

课程质量保障体系即将课程实施过程所有因素放在“过程”这条主线上进行动态控制与修正，使课程实施获得理性监管与科学修正，进而趋向完善的发展。应用“闭环控制”原理，由专业带头人和课程团队负责人，设定课程目标。学院教学处负责控制环节，执行环节是教学过程，被控对象是课程，被控量是课程质量，反馈环节是由学习状态评估、课程评价、形成性评价等环节构成，如图1所示。

（一）设定环节

设定课程教学质量目标。建立专业组、课程教学团队制度，将教学改革和高校管理的重心下移，根据专业培养方案和特色制定课程教学大纲和质量目标。

（二）控制环节

学院教务处、督导组、课程团队负责人参与控制环节的建设，提出保障课程质量的实施方案。坚持以教师为导向，优化重点配置资源，建立重点与一般课程团队，建立绩效考核机制，激发教师的教学投入，帮助教师发展。坚持以学生为中心，教务处做好监督工作，建立监督和激励机制，督促自觉遵守制度等。

（三）执行环节

从教学资源上，根据课程教学进程和课程目标，选取教材、参考书目、网站资源、题库等提供给学生。在学生层面，应关注学生心理内因，培养引导学习兴趣和课程认同感。坚持学生是课堂教学活动的参与者，也是课堂改革的推动者的观念，选拔学生信息员，建立课程跟踪本、课程问题反馈邮箱等，负责与老师多渠道地沟通。在教师层面，课程团队应以传帮带形式集体备课，组织教学观摩、相关专题讨论，帮助教师成长，定期开展教材评估，确保教材的质量与适应性。在管理层面，学院教学督导应了解课程实施中存在的问题，并进行监督和指导。

（四）反馈环节

重视反馈环节，多渠道获取更多的信息，衡量与设置目标之前的差距，并帮助控制环节灵活调整方案。在学期中，教务处组织学生进行状态评估，问卷调查，以学生自评，课程评价为主，统计结果反馈给课程组与专业组，结合期中座谈会，带着问题进行诊断式教学。教师应对学生进行形成性评价，以帮助学生自审学习效果。学期末期，教务处应根据课程的类型不同，联合课程组，以发展性的眼光来开展设计针对性强的课程问卷，问卷结果重点用于反馈和提高课程质量。评价时，要以人为本，关注教师和学生的人格尊严。

四、电路原理课程质量闭环系统的实践

电路原理属电类专业本科生的基础课，理论性强，对先修课程如高等数学有一定要求，是后续课程的重要基础。学院对该课程非常重视，成立了电路原理重点课程团队，设立课程质量管理中心，按照“闭环控制”思路，教务处联合督导组和课程组，负责质量保障系统的开展和实施。例如，学期中教务处联合课程组，针对2014级大一在学学生约360余人，设置了期中过程性评价问卷，问题重点关注学生的学习状态及课程情况，问卷分为几个部分：自我评价、课程评价及管理建议等。问卷设置上，考虑到电路原理是专业基础课程，更注重学生的学习思维习惯、基础知识点的关联性等。问卷回收率是100%，统计结果表明：在自我评价方面，89%的学生表示认同课程的重要性；60%的学生对课程很有兴趣。听课习惯上，48%的学生认真听课做笔记，44%的学生边玩手机边听课；完成作业习惯上，46%的学生认真查阅资料，26%的学生与同学讨论完成，26%的学生参考同学答案。这说明学生在课程认知上还不错，学习习惯上还需要加强。在课程评价方面，68%的学生认为课程进度不错；87%的学生认为课程资源丰富。掌握得不好的课程知识点上，33%的学生在储能元件；21%的学生在电阻电路的一般分析方法。掌握得很好的知识点上，26%的学生在电路模型与电路定律；24%的学生在电路的等效变换。课程改进建议上，46%学生希望加强专业知识的延展和应用案例；33%的学生希望获得专业方向发展的指导。这些数据反馈给课程组老师，以便于他们有针对性地调整教学内容和重点。

学院质量管理中心负责第三方组织和评价，期中问卷统计结果及时具体，它成为教师有针对性地修正后期教学过程的重要依据，该举措获得学生和老师的大力支持。学期末，问卷调查主要针对教材、课程评价、教师评价、管理建议等四方面展开，学院还结合课程邮箱反馈的相关问题，获取课程反馈的有效信息，优化以往课程管理控制策略，闭环保障课程质量。

五、小结

课程教学质量是保障高等教育质量，加强高校专业竞争力的基础。积极发动课程相关者广泛参与，摒弃整齐划一的评价标准，探索不同课程的评价体系，注重课程反馈信息的有效收集和处理，在内部建立起自我监控、自我发展、良性循环的课程质量保障体系才是从根本上解决教学质量问题的关键。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张昌凡.基于循环模式的教学质量监控系统之构建[J].国家教育行政学院学报，2009（5）.

[2] 李星.地方高校课程质量保障体系的构建[J].科技导刊，2014（24）.

[3] 程凤春.俞继凤.教学质量持续改进的三种模式[J].教师教育研究，2012（1）.

[4] 王世荣.马大庆，马海波.课程教学质量保障体系研究[J].实验室研究与探索，2011（10）.

[5] 王勇.高校内部教学质量监控与保障体系研究[J].学科教学研究，2013（3）.

自动控制原理与系统 篇4

由此可见,摄影自动曝光控制系统能够以较小的射线剂量得到较高的X线胶片质量,可较好地解决医生和患者的问题。

1 工作原理

摄影自动曝光控制系统基本工作原理框图如图2所示。电离室放于滤线栅后,图像接收器前。摄影时,利用电离室探测穿过肢体的射线剂量,并转化成电流信号;电流信号再经前置放大装置转变成电压信号送至AEC电路板;AEC电路板对电压信号做进一步处理。随着曝光时间的增加,积累电压值增加,达到某一设定值(相当于某一胶片的黑化度)时,AEC电路板往高压发生器发送停止曝光信号,X射线球管不再产生X射线,曝光停止。

由工作原理可知,电离室是整个自动曝光控制系统主要部件之一。它是一种进行X射线辐射测量的设备,电离室内部有感应X射线电离的传感器,感应X射线电离后产生电流,此电流与X射线的剂量成比例,因此可与胶片的黑化度成比例。

2 临床应用注意事项

X射线的量是由X线量(mA)和曝光时间(s)决定的,X射线的质是由电压(kV)决定的,kV越高,X射线的质越高,穿透力越好,也即对比度越好。因此,要想得到一张理想的胶片,既要兼顾X射线的量也要兼顾X射线的质[2]。

(1)曝光量是直接照射到胶片上的X射线剂量,准确的曝光量是得到密度适宜X线胶片的前提条件。从X射线球管发出的射线叫原发射线,不携带任何信息,原发射线穿过人体,经不同密度、厚度组织吸收后,剩下的射线叫剩余射线,携带有影像信息,直接照射到胶片上,剩余射线剂量代表曝光量。但是,如果球管电压不足,X射线就不能穿透肢体组织,也就无法使胶片感光,此时即便增加球管电流和曝光时间来补偿也是毫无意义的。因此,在使用摄影自动曝光控制系统时,不要一味“傻瓜”式地按下曝光键,还需要适当调节电压和X线量,保证X射线的穿透力和曝光量,这是医生在使用自动曝光控制系统时第一个需要注意的。

(2)其次,在自动曝光控制系统内部要通过程序预先设置一个最大的曝光时间。如果预置管电流的曝光时间小于实际曝光时间,那么设备就会按照预置管电流的曝光时间结束此次曝光,这样势必会导致胶片感光量不足。因此,在使用自动曝光控制系统时,需先检查预置管电流的曝光时间是否符合临床应用,也即是否大于实际曝光时间。

(3)电离室对软射线、散射线很敏感,尽管滤线栅可以过滤掉大部分软射线,但是,剩余的无用射线还是会对曝光产生一定的负面影响。将电离室放于滤线栅之后图像接收器之前,可以将滤线栅未过滤的无用X射线再次过滤,使得进入图像接收器的X射线绝大部分是带有图像信息的有用射线。若X射线需穿过患者的体厚增加(如腰椎侧位),就会造成散射线增多,电离室吸收的散射线也会增多,这样可能会影响曝光时间,使设备提前终止曝光,胶片感光量不足。所以,在自动曝光控制系统中设有密度补偿功能,一般设置8个挡位,其实质就是用来减少或者补偿曝光时间[3]。因此,医生在操作过程中,对不同患者需做不同的处理,这也是临床应用中需要注意的。

(4)第四,对于不同摄影体位要最优地选择电离室测试野。以三野电离室为例,其测试野有3个,呈“品”字形排列,测试野分别位于人体中间腰椎和两侧的腰肌部位。医生要根据病变部位最优选择电离室测试野,比如在腰椎摄影中,中间的腰椎部位感光量是整张胶片感光量的依据,所以最优选择应为电离室中间测试野,这样方能得到正确的曝光量。表1[4]为临床部分摄影部位与电离室测试野的选择。

3 结论

摄影自动曝光控制系统是医疗设备技术创新道路上主要突破点之一,它不仅进一步地提高了摄影图像的质量,为临床的操作与诊断带来方便,同时也减少了患者接受额外X射线的危险性。虽然摄影自动曝光控制系统具有以上的优势,但在临床应用中,不要一味的追求操作的方便性,而忽视了临床的价值性,只有正确合理地使用摄影自动曝光控制系统,才能发挥其真正的临床优势。

参考文献

[1]王鹏程,刘世民,曹允希,等.自动曝光控制电离室的研制及其特性研究[J].中国医疗器械杂志,1999,23(1):30-33.

[2]朱宗平,陈晓荣,张允长,等.自动曝光控制标准条件测试[J].中华放射学杂志,1993,27(7):485.

[3]田富强.电离室自动曝光密度补偿值的合理选择[J].中华放射学杂志,2000,34(1):25-28.

自动控制原理与系统 篇5

关键词AFC；频率控制

中图分类号TL5 文献标识码A 文章编号1673—9671—(2009)122—0055—01

加速器是我们设备的重要组成部分，以其结构紧凑，工作电压低等特点广泛应用于无损检测系统中，加速管又是加速器底核心部件，磁控管是加速管的微波功率源，设备工作环境温度总有变化，电网电压总有波动，环境温度变化会影响加速管的谐振频率。电网电压波动，会影响磁控管的谐振频率。如果没有自动频率控制，加速器很难维持正常工作。在设备工作中由于管体温度变化、频率牵引、部分元器件不稳定等因素引起了频率漂移，造成二者频率失偕使加速器出束剂量不稳定(甚至无剂量)，如图像和胶片质量模糊，不清楚等。这就要求我们对加速器的剂量稳定提出了很高的要求，自动频率控制AFC系统较好的解决了加速器出束剂量不稳定的问题，而其工作的稳定性、可靠性又直接影响着加速器出束剂量的稳定性。

其工作原理是：由取样波导输出的入射波信号，经过延迟线、15db可变衰减器和移相器后，送到电桥的端口1；由另一取样波导输出的反射波信号，经过15db可变衰减器后被送入电桥的端H3。两信号在桥内混合后从桥的另外两个端1212、4输出。输出信号经检波器后送，KAFC电路的第一级差动放大器的两个输入端。可变衰减器用来调节信号的幅值，延迟线和移相器用来调节入射波信号的相位。通过对它们的调节，可使电桥的两个输出信号在加速管谐振腔的谐振频率与磁控管的频率相等的时候，经检波器检波后所得脉冲的幅值相等，这时AFC前置放大前路的差动放大器输出的信号为零。当入射波的频率(即磁控管的频率)与加速管的谐振频率不相等时，则入射波和反射波的相位差发生变化，引起检波后所得的电压值发生变化，一个变大，另一个变小，于是差动放大器的输出不再为零，该输出信号经AFC伺服放大电路功率放大之后，驱动磁控管调谐机构的伺服马达运转，当磁控管的频率大于加速管的谐振频率时，调谐机构向使磁控管的工作频率变小的方向转动，反之向频率变大的方向转动，以维持两个频率始终趋向相等。 AFC系统设有自动调谐和手动调谐两种方式。正常时，“手动，自动(MFC／AFC)”置位开关置于“自动”，AFC系统处于自动伺服调节方-式，在矩形波导中的实际微波频率与预置微波频率(或前后端相位差)差异不大的情况下，可以调谐至相等。但是在两种频率错位差异过大而超出伺服系统的调节范围，自动调谐方式就不起作用，这就需要使置位开关置于“手动”，调谐电路处于手动调谐方式，由y-~j调节磁控管调谐电机将系统强行拉人伺服系统控制范围。 AFC系统常见故障现象及处理如下：

1输出jH量率达不到最大

将置位开关置于“手动”，通过手动调谐电路调整磁控管调谐电机，可以使剂量率达到最大，由此可以判断是自动调谐环路状态设置有误，即磁控管的频率与加速管谐振腔的谐振频率不一样，使波导管内实际微波频率ID与剂量率达到最大时波导管内微波频率f0′ 之间有差异。通过启动预置电路，调整调零电位器，使其谐振频率调整至f1′与f2′，从而改变△f1与△f2的值，使其不相等，通过调谐驱动电路来调整磁控管调谐电机，使矩形波导内的微波频率由f0调整至f0′，剂量率输出达到最大。

2输出剂量率为零

这是开机时，机器及加速管等组件由冷态变为热态，磁控管调谐电机受某些瞬时脉冲电压信号的干扰而造成误动作，使磁控管生产的微波频率与所需微波频率差异很大，超出了AFC系统自动调谐的控制范围，电子枪输出的电子束不能被有效地加速，输出剂量率为零。处理方法是将置位开关置于“手动”，调谐电路处于手动调谐方式，由手动调节磁控管调谐电机将该系统强行拉人伺服系统控制范围，再细微调整调零电位器、入射波衰减器、反射波衰减器、移相器，用示波器观察AFCl和AFC2的合成信号对x轴对称情况和单向单调性，然后将切换回自动位。通常应按要求将机器预热为10～20分钟。

3时而输出剂量。时而不输出剂量

这是由于AFC系统某通道的频率检测信号强度不够，使自动驱动电路不能输出足够的电压去驱动磁控管调谐电机，微波频率不能被自动伺服所造成。此时可以适当改变波导管中频率检测的检波晶体的幅度，增强高频率信号的输入强度。但是要注意使微波检波晶体(内装有检波二极管)输出的脉冲波形峰值电压在0.6V～0.8V之间，否则会烧坏微波检波晶体。同时还应调节放大电路的增益，使自动调谐驱动电路输出足够的电压来驱动磁控管调谐电机，达到自动调节磁控管输出频率的目的。

4输出剂量波动大

这是由于AFC同步采保信号不落在剂量率(频率)变化时AFC波形变化最明显且平整度较好的区域或AFC系统灵敏度不合适引起的。此时可以调整AFC系统的灵敏度。

处理方法：调节AFC前置放大电路板上的电位器RPI和RP5(以RP5为主)。先将AFC手动档(MFC)调偏，切换回自动档(AFC)，如果剂量上升到最大的时间过慢而不符合设计参数的要求，则增大灵敏度；如果剂量上升到最大之后误差(ERROR)指针出现晃动，则减小灵敏度。调节RPI和RP5直到—个合适的值。

AFC前置放大电路调整：对应电路板：置位开关处于：“MEC”，“误差”。

自动控制原理与系统 篇6

“自动控制原理与系统”是我校 (广州番禺职业技术学院) 电气工程自动化专业的重要专业基础课之一, 该课程分为上下两篇, 上篇是“自动控制原理”部分, 着重于理论的分析, 下篇为“自动控制系统”部分, 主要以自动控制的“原理”来分析自动控制的“系统”运行及改进等。随着电气自动化学科的快速发展, 特别是我校工科专业现正大力推进旨在实现“课堂教学”与“工厂实习”无缝连接的“工学结合”培养模式, 为了适应现代高职教育的发展, 笔者所在教研室在实践教学工作中不断探索, 不断总结改进, 结合我校的教学改革工作, 提出本课程改革的一些措施和方法, 从教学内容、教学方法等方面进行一些探索并运用于实际教学中, 取得比较好的教学效果。

二、教学内容的优化探索

课程的教学内容对于每本教材来说大同小异, 但对教师而言, 如何结合本专业实际情况优化教学内容却是一门大学问。而且, 建立结构优化的课程体系也是是培养高素质工程技术人才的重要基础。我校电气工程自动化专业开设有“自动控制原理与系统”、“电路基础”、“电机与控制”等几门专业基础课, 课程内容存在着一定的重复, 在有限学时内应合理安排相关课程内容, 避免重复, 各有侧重。

例如, 本课程下篇自动控制系统中介绍的直/交流调速系统, 在“电机与控制”中也有讲述, 但后者主要从电压等参数变化来阐述调速, 而前者着重于从系统整体性上讲述调速的方法。同时, 这部分内容跟后续的“变频器”课程的内容也有重复性, 那么在授课过程中, 可以将交流调速中涉及到变频器内容的部分挪到后续的课程再详细讲解。

又如, “二阶系统的时域分析”的教学内容, 之前的“电路基础”课程讲到二阶电路响应时, 侧重于讲二阶电路响应的求解方法及电气参数对响应的影响, 而在本课程中, 则主要从闭环极点对响应的影响及系统的动态性能指标上 (上升时间、峰值时间、超调量、调整时间) 进行分析。

由此可见, 根据课程的授课目的以及专业课程之间的衔接关系, 从不同侧重点、不同角度去设置教学内容, 对于不同课程间重叠内容的优化能够起到关键的作用。

三、教学方法的改革探索

本课程涉及到较多的高等数学、工程数学的基础知识, 同时教学内容也较多, 而高职学生本身这方面的基础知识不牢固, 加之须从高职教育本身的特点出发, 从学生实际出发, 如何不断去探索新的、行之有效的教学方法就显得尤为重要。

1. 化“高深艰涩”为“立体平面”

即将“数学性”的纯理论知识融合于本课程的工程实践。例如, 在讲授拉氏变换内容时, 拉氏变换的定义和概念涉及到无穷积分, 学生理解起来有困难, 那么, 实际教学中, 引导学生从“时域”和“频域”中去理解这一变换的意义, 并通过时间的直角坐标平面和S复平面两者之间对应转化关系的阐述, 学生不仅从对拉氏变换的“一头雾水”中走出来, 而且对“时域”和“频域”这两种分析方法也有了更深的体会。

又比如, 在讲授控制系统典型环节的内容时, 针对几种典型环节, 除了从数学模型、传递函数等方面讲述外, 更重要的是从日常生活中举例来说明, 通过对日常例子的讲解, 把典型环节的内在特点加以阐述, 用数学和物理语言将其提炼出来。通过这种方式, 学生不仅对典型环节的特性有了更好的理解, 而且对运用于工程学科这一简洁的“数学语言”有了更深的体会, 同时也培养了学生的工程质素。

2. 注重课程内在体系脉络的梳理

在上篇“自动控制原理”这部分教学内容中, 首先讲述自动控制的相关概念, 接着是数学模型的建立, 然后是自动控制系统两种典型的分析方法, 即时域法和频域法, 最后阐述系统的校正。在实际教学过程中, 发现学生对以上章节内容是孤立来学习的, 他们对课程没有一个整体脉络的认识, 只是一些点点的知识堆在那里。针对此种情况, 在实际教学中, 讲述当前内容时, 尽量把之前已讲述的有关内容或可以加以对比的内容导入进来加以讲述, 指出其中的内在逻辑联系, 不仅达到温故知新的教学效果, 重点是学生能把前后的知识点串起来形成一个体系的认知。而在下篇“自动控制系统”这部分教学内容中, 实质是把上篇的“原理”知识用到实际的“系统”分析中去, 针对具体的自动控制系统例子, 如何用时域或频域方法去分析其控制性能, 如何校正系统的某些性能。到课程最后完毕, 学生通过这前后内容一次次的梳理、比较, 对课程体系已有了初步的认识。最后, 教师再对整个课程作一个总结性阐述, 讲述各章节主要内容的同时, 重点指出其内在的逻辑体系, 以及相互间通过比较而得出的差导性和共同性等, 引导学生学习“从厚到薄”的一个过程, 学生不仅对本门课程的体系脉络有了深的认识, 在面对某一问题时, 学生也能够做到举一反三, 从而达到更好的教学效果。

3. 注重课程在专业中的地位作用

除了上述所讲要理顺本课程内在的体系脉络之外, 对于本课程在高职电气自动化专业中所处的地位与作用也须有全面的认识, 本课程是一门研究各类自动控制系统共性的技术基础学科, 具有科学方法论的说明特点, 同时在学习过程中又应用到电路基础、模拟电子技术、电机及电力电子技术等多门专业基础课知识, 可见本课程是高职电气自动化专业的重要专业基础课, 是将基础课程和专业课程连接起来的纽带, 在专业基础课与后续专业课之间起到一个承上启下的桥梁作用。而且, 本课程具有从数学、物理向工程实践过渡的特点, 在对基本概念、基本原理和基本分析方法的讲述中, 以电气自动化专业为工程背景, 以电力系统的实际问题为工程例子讲解, 降低对理论推导与计算方面的要求, 着重于对理论知识的物理描述, 着重于理论知识在工程实际中分析、解决问题的应用, 培养学生的工程技术能力。

4. 注重“启发式”教学, 同时运用多种现代教学手段

积极探索“启发式”教学方法, 即教师通过提出问题—解决问题的方式进行教学, 启发学生思考, 进而培养学生独立解决问题的能力。在教学过程中, 教师介绍完基本理论和方法之后, 留出部分时间和内容让学生自习, 分组让学生来讨论, 不仅活跃课堂气氛, 也提高了学生的学习兴趣, 锻炼学生归纳问题和表达问题的能力。此外, 课后布置一些练习思考题, 引导学生从日常生活中多观察, 提炼出一个个“自动控制系统”的例子, 并用所学的知识对其进行分析, 描述系统的组成、工作原理等, 从而将理论与实践结合起来。

同时, 综合运用多种现代教学手段, 除了传统的板书和课件PPT教学方法外, 重点是通过Matlab/Simulink仿真和动画演示的方式, 把基本理论与分析过程生动形象的展现出来, 强化了学生的直观理解, 从而达到更好的教学效果。

四、考核方式的改革探索

在以往的考核方式中, 期末总结性考核通常是以闭卷的方式进行的。为了更好的考核学生的学习效果, 同时通过考核促进学生的学习, 在期末总结性考核中, 笔者采用了书面闭卷的封闭性考试和上机操作的开放性考试两种方式结合一起的方法。其中, 书面闭卷与以往的考试相差不大, 主要考核学生对基本概念, 基本原理的理解和分析等, 而上机操作考试, 主要是考核学生在Matlab环境下, 对给出的控制系统如何进行分析, 设计, 这一方面也是我们要重点培养的能力之一。实践证明, 通过此种考试方式, 可以促进学生更灵活学习, 培养其分析问题和解决问题的工程技能。

五、结语

本文是在顺应我校教学改革的潮流背景下, 从学生的实际情况出发, 通过在长期的实际教学过程中不断总结与摸索, 对本课程在教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了一些改革与探索。实践证明, 通过这些教学方法和措施, 高职电气自动化专业的“自动控制原理与系统”课程教学取得了良好的教学效果。

参考文献

[1]徐颖秦, 潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J];电力系统及其自动化学报.2012年02期

[2]王立红.自动控制理论课程考试方法改革探索与实践.辽宁工业大学学报 (社会科学版) .2013年03期

自动控制原理与系统 篇7

一、系统作用与结构

本田轿车可变气门控制系统的作用是根据发动机转速和负荷的变化来控制气门机构的工作, 改变驱动同一气缸两进气门工作的凸轮, 以调整进气门的配气相位及升程, 实现单进气门工作和双进气门工作的切换, 从而改变气门升程和配气相位。

本田轿车可变气门控制系统的结构如图1所示。他主要由凸轮轴、进气摇臂总成和正时板等组成。其中进气摇臂总成由主摇臂、次摇臂、中间摇臂、同步活塞A和同步活塞B等组成。

进气摇臂总成:在三个摇臂靠近进气门的一端均设有油缸孔, 油缸中装有靠液压控制的正时活塞、同步活塞、阻挡活塞及弹簧。正时活塞一端的油缸孔与发动机的润滑油道连通, ECU通过电磁阀控制油道的通、断。

1-主凸轮2-次凸轮3-次摇臂4-阻挡活塞5-同步活塞A 6-正时活塞7-主摇臂8-同步活塞B

1-中间凸轮2-中间摇臂

气门升程关系为:中间摇臂>主摇臂>次摇臂。中间摇臂在发动机高速时驱动气门运动;主、次摇臂在发动机低速时驱动气门运动。

二、系统工作原理

本田轿车可变气门控制系统工作原理如图2所示。

当发动机低速运转时, 电磁阀不通电使油道关闭, 三个摇臂彼此分离, 主凸轮通过摇臂驱动主进气门, 中间凸轮驱动中间摇臂空摆;次凸轮的升程非常小, 通过次摇臂驱动次进气门微量关闭。配气机构处于单进气门、双排气门的工作状态, 单进气门由主凸轮轴驱动, 如图3所示。

当发动机高速运转时, ECU向系统电磁阀供电, 使电磁阀开启, 来自润滑油道的机油压力作用在正时活塞一侧, 此时两个活塞分别将主摇臂、次摇臂与中间摇臂接成一体, 成为一个组合摇臂。此时, 中间凸轮升程最大, 组合摇臂受中间凸轮驱动, 两个进气门同步工作, 如图4所示。

当发动机转速下降到设定值, ECU切断电磁阀电流, 正时活塞一侧油压下降, 各摇臂油缸孔内的活塞在回位弹簧作用下, 三个摇臂彼此分离而独立工作。

三、系统控制电路

发动机ECU根据发动机转速、负荷及冷却液温度和车速信号控制系统电磁阀。

电磁阀通电后, 通过压力开关给ECU提供一个反馈信号, 以便监控系统工作。系统控制电路如图5所示。

四、系统检修

1. 直观检查

发动机不工作时, 拆下气门室罩盖, 转动曲轴分别使各缸处于压缩上止点位置, 用手按压中间摇臂, 应能与主摇臂和次摇臂分离而单独运动。用专用堵塞堵住油道减压孔, 拆下油压检查孔处的密封螺栓, 通入压力为400kPa的压缩空气, 并用手推动正时板端部使其向上移动2～3mm。当转动曲轴使气缸内活塞处于压缩上止点位置, 三个摇臂并列平行时, 从三个摇臂的缝隙中观察同步活塞的接合情况, 同步活塞应将三个摇臂连接为一体, 用手按压中间摇臂应不能单独运动;当停止输入压缩空气时, 再推动正时板使其向上移动, 摇臂内的同步活塞应迅速回位。进气摇臂总成的工作情况若不符合上述要求, 应分解检查摇臂总成, 必要时成组更换进气摇臂。

2. 电磁阀检查

(1) 拆下电磁阀总成, 检查电磁阀滤网, 若滤网有堵塞现象, 应更换机油滤清器和发动机润滑油。

(2) 拆开电磁阀, 用手指检查阀的运动是否自如, 若有卡滞现象, 应更换电磁阀。

(3) 电磁阀密封垫一经拆下, 应予更换新件。

3. 故障码检查

在使用中, 若有故障码21出现, 说明系统电磁阀或其电路有故障, 应按下述方法进行检查。

(1) 清除故障码, 并重新起动发动机, 必要时进行路试, 再次调取故障码, 若不再有故障码21, 说明系统存在间歇性故障, 应检查系统电磁阀线路是否连接不良。

(2) 关闭点火开关, 拆开系统电磁阀线束连接器, 测量电磁阀线圈电阻 (1号端子与搭铁间) , 如图6所示。标准电阻应为14～30Ω, 否则, 应更换电磁阀。

(3) 若电磁阀电阻符合标准, 检查系统电磁阀与ECU之间的连接线路是否有短路或断路故障。

(4) 若上述检查均正常, 接好系统电磁阀线束连接器, 拆下电磁阀上的螺栓, 将专用接头和压力表连接到电磁阀上。然后起动发动机, 当达到正常工作温度后, 检查发动机转速分别为1000r/min、2000r/min和4000r/min时的机油压力, 若机油压力均高于49kPa, 说明电磁阀不能开启, 应更换电磁阀。

自动控制原理与系统 篇8

集群系统作为当前高性能并行计算机发展的主流,由一组完全独立的计算机结点,通过高性能网络连接而成,具有单一系统映像、高可用性、高性价比和高可扩展性的特点。

中心实验室的SGI高性能集群系统采用SMP:对称多处理并行计算机体系结构, 由拥有多个处理器的SMP节点和连接各节点间的快速网络构成多级体系结构,具有共享存储和分布存储两级存储结构。该系统采用混合并行模式,即节点内采用多线程化、节点间采用消息传递。每个结点配备主频为2.6GHz的64核CPU(AMD Opteron (TM) 6282),512 GB主存和2 x 2TBRAID1 + 8TB RAID0硬盘阵列。双精度浮点运算速度理论峰值 为每秒13312亿次。其 管理网络 采用千兆Ethernet以太网结构, 高速计算网络采用基于开放标准的Infiniband高速网络,具有高带宽、低延迟的特点,带宽最高达120Gbps,延迟低于100 ns,特别适合大规模并行计算。为满足岩土力学数值计算的要求,实验室还配备了多种有限元计算软件,如Comsol Multiphysics多物理场耦合分析有限元软件、ABAQUS工程模拟有限元软件和ANSYS有限元分析软件等。

众所周知, 大多数集群采用的是Linux操作系统,虽然这些系统也提供图形用户界面,但出于性能和用途(高性能计算 )等因素考虑 ,大部分情况下使用命令行方式操作更为方便和高效,而这对于习惯了图形操作界面的普通用户来说不是十分方便, 不但要熟悉各种Linux命令,而且还要弄清不同厂家不同版本Linux命令之间的细微差别。其实,对于只使用集群做大规模科学计算的用户来说,完全没有必要掌握这些命令。然而,问题还不止这些。由于集群在运算时会在每个结点上创建一个有限元分析软件的运行实例, 因此若全部采用图形界面,势必会浪费更多的计算资源,影响计算效率,甚至可能因自身占用资源过多而导致超负荷的情况。这一点我们深有体会, 当初在联想深腾1800集群上测试以图形方式使用COMSOL软件进行并行计算时就因遇到过这种情况而最终放弃这种计算模式。

另一方面,从集群设计的初衷来看,集群制造厂商不推荐、也不希望用户以图形用户界面方式使用集群。其实,这一点从集群结点通常只配备中低档图形显卡就可以看出来。当需要对计算结果进行分析时,一般都是下载到配备高档图形显卡的图形工作站进行后处理。

值得一提的是, 有些集群配备了基于Web的集群作业管理系统,只需根据不同的有限元并行软件制作好相应的脚本和执行命令即可。但由于运行不同的算例时,需要修改脚本或命令,因此使用起来仍然很不方便。换句话说,使用集群进行大规模计算最好使用命令行方式,而且为了方便普通用户使用,最好能提供像菜单一样的功能列表供用户选择,这样一来,用户就不必跟生硬的命令行打交道,还能取得事半功倍的效果。

有鉴于此,我们需要针对每一种有限元计算软件研制一套独立的接口程序, 姑且称之为与该软件配套的集群并行作业管理系统。不过,如果每个接口程序(即专门针对 该有限元 软件开发 的集群并 行作业管 理系统)的界面和用法都不统一的话,势必会增加熟悉时间和学习难度。为简化学习曲线,我们通过对不同有限元计算软件的参数进行抽象和封装, 为不同的有限元计算软件提供统一的界面和操作方式,以增强其通用性。但让用户编写接口程序有一定难度,为此,我们研制了基于文本界面(TUI)的集群并行作业管理系统自动生成器, 可根据用户实际集群环境自动生成常见大型有限元分析软件接口源程序, 经编译后可运行在大多数集群上。

2 实现原理及方法

集群并行作业管理系统自动生成器的实现机理。首先,针对每种有限元分析软件,分析与并行作业管理相关的命令,并将可变参数提取出来作为变量,由用户在交互阶段进行赋值;然后编写相应的并行作业管理系统代码生成程序, 即集群并行作业管理系统自动生成器,它可以根据用户输入的参数动态生成该有限元分析软件的并行作业管理接口程序(因其自成体系,故亦称并行作业管理系统),包括作业提交、作业取消和作业列表等基本功能;最后,将自动生成器生成的程序拷贝到相关用户(如Ansys_User1)的主目录下,并设置好自启动脚本,以便在该用户登录系统时自动执行该程序,即显示出相应的文本功能菜单供用户选择。由该并行作业管理系统自动生成器所生成的并行作业管理系统程序流程图如图1所示。由于该自动生成器生成的并行作业管理系统是基于文本方式,因此也称之为基于TUI界面的集群并行作业管理系统生成器。

集群并行作业管理系统生成器的用法十分简单。启动主程序后,根据需要点击相应的自动生成器按钮分别进入Ansys、Comsol、Abaqus和LSDyna作业管理系统自动生成界面。

以“基于TUI界面的Comsol作业管理系统自动生成器”为例,说明如何生成COMSOL并行作业管理系统源程序。首先在弹出的窗口中依次输入Comsol软件主程序名(若系统未设置相应的环境变量,则必须指定全程路径)和集群分配给Comsol软件使用的最大计算结点数,然后单击“生成源代码”按钮自动生成相应的作业管理系统源代码。将生成的源代码上传到集群上对应账户的主目录下, 并用相应的C编译器编译成可执行代码,再加入自启动脚本当中。用户下次使用SSHSecure Shell Client等客户端程序以该帐户登录到远程集群时,系统会自动显示功能菜单供用户选择,其中数字1-4分别对应提交作业、显示作业列表及当前状态、取消作业和退出系统四项基本功能(仍以Comsol软件为例)。

(1) 选择数字1,提交用户作业。切记在提交作业之前, 一定要使用SSH Secure File Transfer Client等FTP程序, 把需要进行计算的COMSOL算例, 即扩展名为mph的文件,上传到集群该用户主目录下。

按照屏幕提示,依次输入算例文件名(不要包含路径名)和计算所需的CPU核数(例如,若要用16个核进行运算,那么请输入16,但不能超过购买的许可数),最后按回车键提交作业。屏幕会显示出系统自动生成的作业号,如90.cae1.site。后续的显示作业状态以及取消作业都需要用到这个作业号。如果忘记了作业号,请使用“显示作业状态”菜单项查询作业号。用户提交作业后 ,可以随时退出客户端程序,而不会影响正在集群上进行运算的程序。

(2) 选择数字2,显示作业列表及每个作业的运行状态。如R表示运行状态等。如果状态一列显示为空,则表示作业已完成。

(3) 选择数字3,取消作业。可以取消或中断已提交的作业, 只需输入要取消的作业号即可, 如90或90.cae1。状态一列显示C,表示正在取消作业。取消作业可能需要一段时间,请耐心等候。若想查看作业状态,请选择“显示作业状态”菜单项。

(4) 选择数字4, 退出相应的并行作业管理系统 ,即退出客户端程序(如SSH),但不是退出计算,因此不会影响正在集群系统上运算的程序,而且以后可以随时登录到集群系统查询作业状态,计算结束后可将运算结果下载到本地电脑上做进一步分析处理。。

其他并行作业管理系统的操作方法与此类似,不再赘述。系统会自动根据不同的登录账号进入事先约定的并行软件用户接口程序,并显示对应的文本功能菜单供用户选择。

3 结束语

自动控制原理与系统 篇9

1 高速公路自动化收费系统的科学内涵

高速公路自动化收费系统即电子收费系统。是指在高速公路运行过程中,利用先进的信息技术,在没有工作人员介入的情况下进行的一种自动化的收费系统。高速公路自动化收费系统是利用计算机信息技术对卡进行收费和管理的过程。在高速公路自动化收费系统中,工作人员不参与高速费用的收取,只是对系统设备运行状况进行管理和处理一些突发事件。每辆车在进入高速公路之前需要在入口处领一张标示卡,这张卡上带有数据,计算机通过远程控制,对标示卡上的数据进行读取,准确地计算出车辆在高速公路上行驶的路程,等到出口处进行收费。

2 高速公路自动化收费系统的原理

2.1 高速公路自动化收费系统的原理

高速公路自动化收费系统是利用条码识别技术来完成车辆收费卡与收费站两者之间的信息交换。高速公路入口处的车道两侧或门架上通常都安装了控制系统和接受装置,通过这两个设备来识别车辆上的电子标签,进行相互之间的信息交流,利用计算机进行远程读取信息,从而准确计算出车辆在高速公路上的行驶路程,通过网络从账户中自动扣除费用。当车辆进入高速公路的入口车道时,系统会自动抓拍图片并识别车牌,然后进行信息储存,当车辆进入出口车道时,需要根据行驶路程进行缴费。当高速费用扣除后,栏杆自动升起放行车辆,如果车辆出现异常时,栏杆会主动进行拦截,由工作人员引导车辆进行人工处理。

2.2 高速公路自动化收费系统的构成

高速公路自动化收费系统是由前台和后台两部分构成的。前台主要是收费车道。后台是计算机处理系统,主要包括收费管理系统和银行系统,负责各种数据和图像的收集和处理,能够有效地管理和监督整个系统的运行状况。

3 高速公路自动化收费系统存在的问题

高速公路自动化收费系统是一种自动化系统,整个运行过程中不需要工作人员参与高速费用的收取,工作人员只进行网络设备的管理监督。因此,在高速公路收费管理中采用自动化收费系统,能够有效地降低管理成本,实现高速公路管理的科学化。但是,随着信息技术的不断发展,高速公路自动化收费系统由于受一些因素的制约,在运行过程中存在诸多问题。由于自动化收费系统是通过网络信息技术对数据、文档、收据等内容进行处理,这就导致了高速公路自动化收费系统常常在设备方面出现诸多问题:如服务器无法正常运行或不能启动;硬盘和磁盘的内存不够或者是备份在计算机发生异常时不能及时启动;网络病毒的入侵等,这些问题严重影响自动化收费系统的正常运转,甚至使整个系统处于瘫痪状态,如果不能有效解决这些设备方面的问题,会严重降低高速公路的实际运行效益。

4 高速公路自动化收费系统的维护分析

在高速公路运行过程中,需要设立专门机构和人员对高速公路自动化收费系统进行实时性和科学性检测监管,发现问题,及时进行维修。

4.1 定期检测硬盘和磁盘

硬盘在高速公路自动化收费系统中具有重要作用,能够有效备份数据。但在系统实际运用过程中,常常会因为震动等因素导致了硬盘出现故障,使收费系统无法正常运行,许多数据丢失。因此,工作人员要定期检查硬盘和磁盘,如发现出问题的硬盘和磁盘要及时更换,保证系统的顺利运转。如发现硬盘和磁盘中存在细微的问题,可以通过扫描方式进行修复,确保数据安全。

4.2 加强数据库的维护,做好随机备份工作

数据库是高速公路自动化收费系统的核心,是各收费站进行收费的重要依据。数据库与收费站收取的金额直接相关,严重影响着高速公路自动化收费的效益。因此,工作人员必须加强数据库的维护工作,积极采取措施随机做好数据库备份工作。当前,在高速公路自动化收费系统中常常采用镜像处理技术对数据库进行全盘备份。但是,这种方式在收费系统过程中存在一定问题,工作人员需要对数据库的文件进行随机备份,如果高速公路自动收费系统遭遇不测,备份数据就会立刻恢复原有的数据,将损失降到最小。同时,工作人员要对数据库定期整理,将前期过时的数据压缩打包,并在监督人员的监督下进行删除,提高系统的运行速度。

4.3 及时检测与防止病毒入侵,为系统提供安全环境

高科技技术的发展,促使信息技术应用于社会建设的各个领域,对经济发展发挥着极其重要的作用。同时,在运用信息技术的过程中,要时刻关注病毒对计算机和服务器的入侵会造成了巨大危害。大量的病毒多数是通过文件和数据的传输而进入计算机和服务器。当前,在高速公路自动化收费系统中,大多数收费站都实现了网络化处理,不同收费站之间数据传输、文档管理以及收费数据都是通过网络来传输的,这就为病毒的入侵提供渠道,一旦高速公路自动化收费系统遭到病毒入侵,结果将会非常严重,整个收费系统将会瘫痪无法正常运行,许多数据将会遭到损失,因此,工作人员必须高度重视病毒的入侵,定时检测服务器和计算机的病毒,发现病毒及时解决,为收费系统提供一个安全环境。同时,工作人员可以利用杀毒软件、防火墙等多种方式,有效的防止病毒的产生,把其消灭在萌芽状态。

5 结语

总之,高速公路自动化收费系统是高科技信息技术和高速公路建设快速发展的产物,在高速公路运输中发挥了积极作用。新形势下,工作人员要充分掌握高速公路自动化收费系统的原理,定期检查磁盘、硬盘及数据库,防止病毒入侵服务器,从而保证高速公路自动化收费系统正常有序的运行。

摘要：高速公路交通建设和信息技术的不断发展,促进了高速公路收费系统的改革与创新。高速公路自动化收费系统顺应了时代发展的需求,代替传统的收费系统,成为高速公路收费系统的重要形式。新形势下,运用高速公路自动化收费系统能够降低运营维护成本,提高高速公路管理和服务水平。积极探索高速公路自动化收费系统的原理和维护,是其正常运行的重要保障。

关键词：高速公路,自动化收费系统,系统原理,维护分析

参考文献

[1]王多才.高速公路自动化收费系统的原理及维护分析[J].硅谷,2013(3):90.

自动控制原理课程改革与建设方案 篇10

关键词：热能与动力工程专业自动控制原理课程改革建设

《自动控制原理》是热能与动力工程专业的主干专业基础课程，在近几年的教学实践过程中发现，本门课程在内容设置、教学方法、考试考核以及教材建设等方面存在一定问题。为了提高本门课程与专业方向的匹配与协调性，从如下几个方面进行分析并给出相关建议，以此促进课程改革与课程建设，提升学生的学习效果。

一、课程内容

1.存在的问题

课程理论性较强，涉及知识点较多，数学公式多，同时授课学时有限，教师容易把过多时间和精力集中于原理讲解和公式推导，忽略了理论知识与电厂自动控制应用实例的结合，学生对学习课程的必要性、重要性和实用性认识模糊。

2.改革思路

（1）降低教学目标。热能与动力工程专业学习自动控制原理课程的目的是应用自动控制知识和技术为发电设备系统运行服务，而不是开发自动控制系统。如中国大唐集团公司集控值班员岗位培训大纲及考核标准中明确规定：熟悉自动控制的基本原理，机组自动控制系统的构成、工作原理及调节方法；自动调节装置的作用、组成、调节原理、逻辑关系及投切方法。因此，在教学目标上提出热能与动力工程专业学生在自动控制方面只需达到初步掌握自动控制的基本原理，能够准确提出该专业对自动控制原理的要求，正确绘制自动控制原理图，并能配合自动控制原理技术人员进行调试即可。

（2）简化教学内容。原有课程偏重理论知识，涉及许多高等数学内容，对热能与动力工程专业学生来说，学到的知识在就业过程中实用性不强。因此，在实际教学中，应以“理论够用、重在实践”为原则，删繁就简，弱化理论推导，以线性系统建模及稳、快、准性能的分析为主线，培养学生掌握自动控制系统基础知识，具有自动控制系统安装、调试、应用的基本技能，使学生具备自动控制系统的认识能力、自动控制系统模块的应用能力、自动控制系统的分析能力、自动控制的基本规律及调节器的使用能力、单回路控制系统的应用设计能力、典型控制系统解剖分析能力等。

（3）加强课程实验内容与专业领域的联系。根据课程的教学内容，以自动控制系统的组成环节为基础，设置相应的实验环节。为促使学生将专业领域与自动控制原理相联系，可以提前介绍一些较为简单的热工控制系统作为控制对象（如除氧器水位控制系统），再与实验内容（如PID调节器的参数整定方法）结合的方法，达到巩固专业知识，促使学生思考热能与动力工程专业中所涉及的热工控制系统应该如何自动控制运行的目的。

二、教学方法和教学模式

1.存在的问题

本课程是一门专业基础课，理论性强，涉及到大量的高等数学知识，学生学习的难度较大，传统的课题教学过程易枯燥。尤其高等数学基础较差的学生，学习课程相关知识难度大，因此学习兴趣不高。

2.改革思路

（1）在教学过程中突出控制理论的物理概念及工程背景，淡化数学证明为原则；

（2）采用启发式教学方法。例如在课程绪论部分，通过与专业相关的典型示例，引出控制、开环控制、闭环控制以及反馈等基本概念，使学生认识到学习本课程的重要性，并对控制理论在专业发展的作用有一定的了解。另外，还可采用课堂问答和课堂讨论的方式，以及在教学内容转换时适当留一些悬念，让学生通过思考和讨论自己解决问题，提高学生学习的主动性。

（3）传统教学方式和现代化教学手段结合。自动控制原理课程由于公式多、绘图量大且准确度要求高，很多内容非常适合多媒体授课方式。但是，采用多媒体教学方式会使学生来不及做笔记，并且也减少了教师和学生的课堂交流。因此可采用将传统的板书教学方式和现代化的多媒体相结合的方式，对于传递函数方框图化简、根轨迹法、频率特性法等存在大量图表、公式和曲线的教学内容，采用多媒体授课方式。另外，充分利用网络教学平台，把包括多媒体课件在内的所有教学资源都放到网络教学平台上去，真正实现交互式双向教学。

（4）部分教学环节与实验相结合。如典型环节的响应特性、PID调节器的参数整定方法的教学内容，可采用虚拟实验室方式，利用MATLAB语言作为控制系统的仿真平台，，通过画面显示的形式帮助学生理解自动控制理论。同时也可以扩大实验内容，增加具有设计性、综合性以及创新性的项目，提高实验的质量，提高学生的综合设计能力，培养学生的创新思维。

三、考核方法

1.存在的问题

（1）传统的自动控制原理考核方法凭借期末考试一张试卷（并且大多都是采用闭卷考试）来评价学生的学习情况。自动控制原理课程理论性强，内容抽象，涉及的数学基础知识面广，包含的公式和图形多、推导计算复杂。因而导致自动控制原理学科的题目大部分计算量较大，作图过程繁琐，所以用一张试卷在两个小时来确定一个学生的成绩不是很合理。

（2）完全采用这种闭卷考试的方法，容易使学生产生好像在学习数学知識。因此，有必要通过考试改革带动教学改革进程，使学生对自动控制原理的认识回归到解决实际问题上，达到学习自动控制原理课程的最终目的——树立正确的方法论，能从系统的观念分析和解决实际问题。

2.改革思路

（1）采用多种形式相结合的考核方式，保障课程教学和实践质量。改革自动控制原理的考试方式，可以将传统的单一闭卷考试模式改为多种模式相结合的考试形式，即综合考核学生的学习态度、理论水平和实践能力。考试模式可将卷面考试、口试和动手实验、撰写课程相关内容的科学报告相结合，注重动手和综合能力测试，注重过程考核，增加平时考核次数和实验考核环节，提高实验考核在期终总评成绩中的比重。

（2）考试命题可分为闭卷部分和开卷部分。

闭卷部分可以采用采用笔试方式按学校相关规定进行考试，试卷命题时应注意避免复杂冗长的公式，以防学生把重心放在记忆知识这一层次上，而实际上这些耗费了大量精力死记硬背的东西也只能记住一时，在实际工作中主要是通过查阅资料来解决问题的。

开卷部分可包括实验、大作业或论文，内容应体现多层次、模块化形式，难度适当加大。论文题目可以提前发给学生，学生可以应用各种资源，如网络、图书馆等等查找资料，同学间也可以相互讨论。提交论文時，还要参加简单的答辩。这种面对面的交流，可以帮助老师更准确掌握学生的学习情况。实验部分根据实验报告、实验操作技能和自行独立设计实验能力等方面情况进行综合考核。实验内容的拟定，则应注意新颖性、趣味性和实用性，多选择一些有实际应用背景的相关内容，如加热炉、单容水箱、直流电机等的控制，规定控制系统所要达到的性能指标，要求学生建立被控对象物理过程的数学模型，

运用已学过的时域或频域方法，进行系统设计和校正，在Matlab环境下进行系统仿真，最后撰写实验报告。

四、教材建设

1.存在的问题

目前，没有专门作为热能与动力工程专业本科生学习自动控制原理的教材。已有的《自动控制原理》教材对于热能与动力工程专业本科生学习难度大，这些教材内容与专业内容联系很少，而且学生没有必要学习自动控制理论的全部内容。

2.改革思路

（1）编撰符合热能与动力工程专业要求的教材。热能与动力工程专业学习自动控制原理课程重在应用，因此应选择控制理论与实际系统相结合的教材。目前这样的教材还不多，因此，可考虑结合本校热能与动力工程专业或相关专业（如建筑环境与设备工程专业）学生的实际，编撰教材。在编撰过程中，要给出与热能与动力工程专业工程应用相结合的案例，这样有助于加深学生对专业知识的理解，为学生今后的相关专业课学习打下坚实的理论基础。

（2）编撰辅导教材。突出学习指导、习题讲解和在单元机组热工自动化中的应用。

参考文献：

[1]张炯，王鑫，郑灿香.《自动控制原理》理论课程教学改革与实践[J].中国校外教育，2013（1）：83.