控制工程实验论文

控制工程实验论文（精选11篇）

控制工程实验论文 篇1

《控制工程基础》是我校机械类专业的专业技术基础课, 也是必修考试课程, 授课对象为机械设计制造及自动化、机械电子工程、工业工程、仪器与仪表, 车辆工程食品工程等专业的本科生。该课程的特点是理论性强, 包含大量的理论公式推导, 系统结构图, 信号流图, Bode图, 奈奎斯特图等, 对于这样一门易导致教学过程枯燥的理论性学科, 学生们普遍向授课老师反馈这门课学起来太吃力。改革传统的教学条件已迫在眉睫。

将理论与实际相结合, 在实践过程中激发学生对该课程的学习兴趣是改善当前教学质量的一个行之有效的方法。但由于机械控制系统体积庞大、价格昂贵、难于维护, 实验结果难以监测, 实验过程中又存在安全因素等, 所以这些控制系统难以装备于实验室供学生实践。不过随着计算机与信息技术的发展, 开发出满足实验学习的虚拟实验平台已经成为可能, 学生们再结合电子教案及多媒体教学, 在交互式学习和实验中增加学生对控制系统的感性认识和培养他们对本学科的热情。使老师不再“难教”, 学生不再“难学”成为可能。

一、搭建虚拟实验平台的步骤

虚拟实验平台基于Matlabwebserver搭建, 采用这一方案是因为Matlabwebserver采用了标准的Html文档和表单, 允许开发人员将Matlab的应用程序通过Internet进行发布。Html文档作为Matlab应用的客户端界面。一旦虚拟实验平台搭建完毕, 客户端即使不懂Matlab的使用, 也可实现Matlab的仿真, 并且还不需要客户端安装Matlab, 一切的运算都是在服务器上完成。

(一) 配置服务器

在服务器上安装Wamp Server软件, 这里采用软件的默认路径安装。以记事本方式打开C:/wamp/bin/apache/Apache2.4.4/conf下的httpd文件并在最后添加如下配置内容:

在C:/wamp/www/wsdemos下新建名为cgi-bin和icons的文件夹, 将其属性调为Everyone完全控制。复制C:/matlab7/toolbox/webserver/wsdemos文件夹下名为matweb.conf和matweb.exe的文件至新建的cgi-bin文件夹中。以记事本方式打开matweb.conf, 添加如下内容:

(二) 客户端输入html文件编写[1]

客户端输入html文件关键要在form表单中做如下定义:

摘要：控制工程基础是我校机械类专业的专业基础课, 由于该课程理论性较强, 传统教学中缺乏有效的实践环节, 学生学习效果差。为了改善教学质量, 本文详细介绍了网络虚拟实验平台搭建的方法, 学生借助仿真实践来提高学习效果。

关键词：控制工程基础,网络,虚拟实验平台,仿真实践

参考文献

[1]姚军.译HTML与CSS入门经典 (第8版) 人民邮电出版社, 2011.

[2]Matlab7.0帮助文档.

控制工程实验论文 篇2

关键词：采矿工程；矿山压力与岩层控制；实验教学

项目基金：六盘水师范学院精品课程，LPSSYjpkc201403；贵州省第二批国家级采矿工程专业综合改革试点项目，黔教高发[2013]446号。

TD322

一、 引言

2010年7月29日，国务院正式颁布了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》，应用型本科院校和应用型人才培养受到更为广泛的关注和重视。顾名思义，“应用型”的核心在于“用”，即注重人才的实际动手操作能力。近年来，各高校在教育教学改革摸索中，不约而同的注重实践环境的强化，因为实践教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，也是提高学生社会职业素养和就业竞争力的重要途径。

作为典型的工科专业，在转型发展背景下，采矿工程所培养的学生不仅要具备良好的矿山基本理论，还必须具备一定的实践能力和创新能力，这样才能适应我国采矿工业實际情况和社会新形势的需要。《矿山压力与岩层控制》是采矿工程专业的核心课程，是与矿山开采和采矿工艺等实践密切相关的采矿工程基础学科。该课程既与岩石力学前沿接轨，又在采矿工程实践中有广阔应用领域，是加强采矿工程专业学生素质教育、培养其创新能力和实践能力的重要平台。

本文以我校采矿工程专业2012级和2013级教学大纲为背景，对《矿山压力与岩层控制》的实验教学进行探讨。

二、《矿山压力与岩层控制》实验教学环节存在的问题

2012级采矿工程专业教学大纲中，《矿山压力与岩层控制》的实验项目只有“二维相似材料模拟实验”，课时为4学时。要求学时根据煤矿地质赋存条件，按地质柱状图制作相似材料配比方案，按照一定比例配制相似材料，制作较为简单的二维相似材料模型，并在实验过程中了解影响相似材料强度的主要因素。该实验具有很强的综合性，需要众多配套的实验测定仪器，采集数据需要的时间也很长，而且实验耗材昂贵，实验成本太高，实验准备需要耗费大量人力物力，很难保障实验的效果。具体实施中也确实存在一定的问题，具体如下：

1.实验课时少。《矿山压力与岩层控制》总课时为54学时，而实验课时仅4学时。课程本身一门理论与实际结合十分紧密的课程，如果仅仅靠讲授教学，学生的实践能力很难得到锻炼。此外，“二维相似材料模拟实验”教学内容较多，短短4学时也不能确保实验的顺利完成。

2.实验项目少。“二维相似材料模拟实验”虽然具备很强的综合性，并且有利于学生综合能力的培养，但一个实验项目涉及到的专业知识毕竟有限，很难让学生全面掌握该课程的实践内容。

3.实验设备少。实验室目前仅有一台二维相似材料模拟实验台，但班级学生多达60人，每组人数20人左右，不能保证学生有足够的操作机会，大部分学生处于被动地位，事实上是“看”实验，而不是做实验。

4.实验费用高。“二维相似材料模拟实验”需要消耗大量的水泥、沙子等材料，且不可重复利用，加之学生误操作导致的浪费，实验的费用很高。

5.学生积极性不高。由于课内实验成绩只占平时成绩的一小部分，对课程的总成绩影响很小，很难调动学生的积极性，实验过程中多数走马观花，效果不理想。

三、《矿山压力与岩层控制》实验教学的改进

《矿山压力与岩层控制》以岩石力学为基础，讲述了采场和巷道矿山压力显现的基本规律，讲解了采场顶板和巷道的支护方法和技术，内容众多，理论比较抽象，仅设置“二维相似材料模拟实验”一个实验项目很难达到培养学生实践能力的目的。因此，2013级采矿工程专业教学大纲中，《矿山压力与岩层控制》的实验项目增加为3个，具体见表1。

圆图压力记录仪；

在实验项目的设置上，增加了“回采工作面初次放顶及周期来压顶板管理演示实验”和“矿压观测仪器仪表的演示实验”，注重对学生实验基础能力的培养，只有认识了相关仪器，才能自己动手做更多的实验。取消“二维相似材料模拟实验”，只保留了其中的“相似材料的配比试验”，可以确保实验学时内学生有充分的时间进行动手操作，顺利完成实验。而且，“二维相似材料模拟实验”的重点也是“相似材料的配比试验”，不改变学生的学习重点。

四、小结

在高校转型发展的背景下，采矿工程专业要注重培养学生的创新能力和实践能力，对于《矿山压力与岩层控制》这类理论性较强的专业课程，增加课内实验学时和实验项目，强化实践教学环节，无疑是一种有效的教学方法。然而，课内实验项目毕竟有限，实验教学也不能确保学生的动手实践能力得到较大提升，一种有效的做法是开放实验室，让学生在实验室空闲期间自己动手操作，遇到问题向老师请教。这样不仅能大大发挥学生的主观能动性，最大程度锻炼其动手实践能力，也能大大提高实验设备的利用率。总之，以创新的思路去不断改革实验教学，在应用型人才培养上的潜力必将得到有效发挥。

参考文献：

[1]马文顶， 许家林， 邹喜正. “矿山压力与岩层控制”课程实验教学的探索[J]. 实验室研究与探索， 2004， 23（6）： 58 – 60.

[2]吴中江， 黄成亮. 应用型人才内涵及应用型本科人才培养[J]. 高等工程教育研究， 2014， （2）： 66 – 69.

[3]蒋永平， 徐杜， 张宪民. 工程专业课实验教学新模式的探讨与实践[J]. 实验室研究与探讨， 2001， 20（1）： 6 – 8.

[4]王斌， 赵伏军， 彭文斌. 矿山压力与岩层控制课程教学与科研互动[J]. 河北联合大学学报（社会科学版）， 2012， 12（4）： 49 – 51.

作者简介：

控制工程实验论文 篇3

作为公路工程质量检测的重要方法, 实验检测主要是通过检测某个产品或工程项目, 并根据检测结果来测评工程质量是否符合标准规定。道路的实验检测工作也是工程质量管理环节中的重要内容, 同时也决定了公路工程质量控制评定验收的最终水平, 因此, 高速公路的质量水平必须依靠实验检测得以实现。

首先通过进行实验检测, 可以充分利用当地的材料, 并做到就地取材, 比如工程地点的砂石以及填料等, 降低了工程的造价成本。同时, 利用这种实验检测手段也可以测定出施工材料是否已经满足技术规定要求。除此之外, 及时检测工程中的新材料与新工艺技术还可以确保工程的有效性、先进性以及适用性, 进而为工程建设积累更多经验, 推动了施工技术的不断进步。其次利用实验检测还可以科学有效地评定施工成品材料的质量水平。通过科学有效的测评方法, 可以对任何材料都进行性能的检测工作, 并确定产品是否合格, 以便最大程度地提升工程的质量水平。最后, 利用实验检测手段还可以科学合理地评价施工质量, 公路工程的好坏应通过施工中以及竣工后的质量检测进行评定, 由此, 实验检测无疑是一种比较有效的评价方法, 可以提升公路工程的质量水平, 也可以缩短工程周期, 降低施工成本, 进一步推动施工技艺的不断进步。因此, 加强公路工程的实验检测工作具有十分重要的意义。

2 高速公路工程实验检测存在的问题

2.1 过程比较形式化

当前我国各个施工单位都要求在公路工程施工之前便制定出完善详细的实验检测流程, 并进一步统筹优化实验检测设备的养护维护机制。但在实际检测过程中, 很多单位在开展实验检测工作时, 却无法科学合理地运用这些制度标准, 降低了实验检测工作的有效性与准确性。

2.2 施工单位不够重视

从当前实际的高速公路工程检测现状来看, 我国的高速公路事业正处于突飞猛进的发展阶段, 为此所有的施工单位都希望可以在确保施工质量水平的前提下, 进一步加快施工进度, 同时, 这也是公路事业发展过程中必须面对的形势。在此阶段, 施工单位为了完成合同中的工程建设任务, 往往会将全部的精力都放在施工设备以及施工人员方面, 忽视了公路的实验检测工作, 致使实验检测设备与专业人才都无法满足公路工程的发展需求, 甚至部分施工单位为了尽快完成实验检测工作, 聘请非专业人员进行实验检测, 以致检测工作无法到位, 公路工程的质量水平也得不到有效保障。更过分的是, 多数施工单位在招投标工作阶段会借用其他单位的资质, 直至工程开工后才发现存在很多没有专业上岗证书的实验检测人员, 后期的实验检测数据无法满足准确性、完整性, 导致工作无法顺利进行, 而施工单位也无法发挥自身实验检测的指导作用。

2.3 检测设备不完善

在实际检验检测工作中, 实验检测设备不完善的情况时有发生, 部分施工单位的实验检测器械比较老旧, 且由于长时间得不到应有的维护, 以致自身的检测效率较低, 也不能满足工程需要的精准性。同时, 部分施工单位甚至没有按照操作规范控制砂浆与混凝土的温度, 这也一定程度上影响了实验检测工作的精准性。

3 强化高速公路工程实验检测工作的措施

3.1 施工前

施工前期应做好原材料的掌控工作, 任何工程项目都不能离开原材料的支持, 它们是整项工程的组成部分, 为此, 原材料的质量水平也直接影响着高速公路工程的施工质量。施工单位应严格控制原材料质量, 并鉴定所有购买的原材料, 辨别其是否可以被使用于公路建设工程中。

3.2 施工中

施工质量水平直接决定着高速公路工程的质量好坏, 为此也应在施工中进行严格控制。首先, 在施工中, 应严格检查每阶段的质量水平, 做到防微杜渐。对于工程中存在的问题也应及时向质检部门报告, 对其解决方法以书面形式呈递至施工单位, 以进一步提升施工的质量水平。其次, 对于施工过程中较为严重的问题还应强调质量首位的原则, 以充分保证工程质量水平。最后, 对于施工中可能发生的问题应及时做好预防措施, 充分避免其发生。同时, 在工程的竣工验收阶段也应严格遵循验收标准, 并严格处理违反规范的施工问题。除此之外, 施工单位在申请验收工作之前, 还应做好自检工作, 并及时提交自检报告。

3.3 完工后

在高速公路竣工之后, 还应做好最后的质量检测工作, 公路实验检测工作是评判公路工程质量最为有效的方法, 也是竣工验收中最为重要的环节之一, 直接关系着高速公路工程的质量水平, 为此应具备专业素养的人员才可以从事此项工作, 以确保检验检测结果的公平准确, 进而可以为后期的工程测评提供依据。

4 完善高速公路实验检测质量控制的策略

4.1 建立完善的实验检测制度

为了进一步做好公路工程的实验检测与质量控制工作, 相关监理部门应进一步完善实验检测制度。首先, 应根据公路项目的具体规模建立与之配套的实验检测机构与质量控制体系, 充分做到对工程负责。同时, 实验检测机构还应具备齐全的工程规范与标准技术文件, 且在实验检测过程中严格按照规范标准进行操作。其次, 应建立完善的实验检测制度体系, 包括内部工作文件、技术管理文件以及检测样品的抽样管理制度等, 同时还应进一步明确实验检测的负责人员, 建立确保实验检测工作顺利进行的规章制度体系, 并严格执行自检工作。同时, 还应增强公路工程建设的质量意识, 并做到分工负责、责任到人。最后, 应制定详细规范的实验检测工作细则, 为实验检测工作提供完善可行的操作方法, 确保路基填筑以及混凝土浇筑等工作都可以有章可循。

4.2 合理分配检测人员与设备

首先应根据公路规模确定实验检测设备的数量, 确保其可以充分满足施工的基本需求, 并可以实时监测工程数据信息, 有效地控制好公路工程的质量水平。其次还应合理地分配实验检测人员, 且所有人员都必须经过专业的培训。同时, 为了进一步提升实验检测人员的水平, 施工单位还应为其定期进行培训学习, 使之可以全面地接受系统的公路实验检测知识, 并做到持证上岗。最后, 完善仪器设备的配件与计量工作, 中心实验室的所有器材必须在计量检测合格之后才可使用, 且根据每项设备的使用频率进行计量检定, 以充分保障实验仪器的准确有效。

4.3 完善实验操作与数据的管理工作

首先应全面跟踪公路工程所使用的材料, 并确保在开工之前完成所有的抽样检测工作, 并将实验报告呈递至监理实验室进行抽检。其次应加强日常工程的质量检验工作, 并时刻遵循自检、抽检以及巡检的原则。在工程完工之后, 承包施工单位还应提供工程的材料检验结果, 并交由中心实验室进行备案。最后做好实验检测数据的处理工作, 并按照误差理论以及修约规则对数据进行取舍, 以便可以得到准确可靠的数据信息。

5 结束语

随着我国交通建设的不断发展, 实验检测技术的应用也变得越来越广泛, 实验检测是确保高速公路工程的重要质量控制手段, 可以为工程项目提供更多的客观、真实且科学有效的实验检测数据, 为此后的指导与测评公路工程质量提供了可依据的数据, 由此, 实验检测技术在公路工程中占据十分重要的地位, 是整个工程建设的重要组成部分。相关检测人员应进一步提升自身的质量管控意识, 并强化公路施工质量的监管力度, 做到严格管控公路工程施工前、施工中以及施工后的质量水平, 这样才可以真正提升实验检测的水平。[ID:003606]

摘要：随着我国交通事业的快速发展, 大规模的交通建设不断兴起, 但工程项目在取得一定成绩的同时也不可避免地存在很多问题, 其中最为主要的便是质量水平较低。为了满足公路的发展需要, 相关交通部门已经制定了一系列可行的质量管理措施。并针对公路工程现状提出了科学可行的质量管理办法, 以进一步规范高速公路工程的建设市场环境, 确保公路的质量水平。本文主要介绍了当前高速公路实验检测与质量控制的现状, 提出了提升高速公路实验检测与质量水平的方法与措施。

关键词：高速公路,实验检测,质量控制

参考文献

[1]张国祥, 孙爱斌, 薛乃祯.高速公路工程路桥过渡段质量控制措施[J].铁路工程造价管理, 2013, 28 (5) :33-36.

[2]刘启顺.高速公路工程监理的质量检测与控制策略探讨[J].价值工程, 2015, 34 (6) :243-245.

[3]莫惠兰, 姜光宗.高速公路工程监理的质量检测与控制[J].中国水运, 2010, 3 (8) :139-140.

[4]朱宏志, 薛冠超.高速公路工程质量控制监理措施探讨[J].科技创新导报, 2013, 10 (7) :103-104.

控制工程实验论文 篇4

实验目的：

1、掌握基于MATLAB的控制系统分析的方法

2、掌握控制系统校正设计的方法

实验要求：

1、基于MATLAB对阀控液压马达速度控制系统进行频域分析和时域分析

2、设计PID控制器使其达到控制要求并对校正后系统进行频域分析和时域分析

实验原理：

1.PID校正定义

PID校正：错误！未找到引用源。

其中e是偏差，即输出量与设定值之间的差值；u是控制量，作用于被控对象并引起输出量的变化，其传递函数为：

2.PID控制器系数的确定

（1）由稳态误差确定积分增益系数Ki

错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

（2）由幅值穿越频率和相角裕度确定比例、微分增益系数Kp、Kd 设校正后系统在幅值穿越频率wc处的期望相角值为错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。

实验内容：

一个经过线性化处理的阀控液压马达速度控制系统框图如下图所示，设计PID控制器Gc(s)，使系统对单位斜坡输入的稳态误差为0.01，开环幅值穿

○越频率为400rad/s，相角裕度为50

实验步骤：

1、在MATLAB中编写程序，绘制未校正系统开环Bode图（带稳定裕量）和闭环系统对单位阶跃干扰的响应

ssEss*H(s)Kv1ss1003*0.175Kvlims0G(s)*KiKiKvlims0G(s)

计算开环传递函数，编写M文件

得开环传递函数和Ki值：

Bode图

19.69--1.845e-011 s^4 + 2.453e-008 s^3 + 1.75e-005 s^2 + 0.006512 s + 1

2、设计控制器Gc(s)（确定控制器参数）Z

3、在MATLAB中编写程序，绘制校正系统开环Bode图（带稳定裕量）和闭环系统对单位阶跃干扰的响应，检查是否达到设计要求，如没有则调整控制器参数。

实验体会：描述实验过程中遇到的困难，如何解决，从中有何收获，以及本次实验的心得体会。

控制工程实验论文 篇5

关键词:对照实验 对照组 控制变量实验 自变量因变量

初中科学的教材中并没有明确提到对照实验和控制变量实验的定义,但教材中很多方面运用到对照实验和控制变量实验,如生命科学部分有:是什么将蝴蝶吸引到花上去的,食物上滋生微生物的条件(即研究微生物生长与温度的关系、微生物生长与水分的关系),探究唾液淀粉酶分解淀粉的实验,探究种子萌发的条件,温度对酶的活性影响、PH值对酶的活性影响等,物质科学部分有:食盐在水中溶解快慢的影响因素、影响导体电阻大小的因素、研究电压、电阻对电流的影响等。在教学中,笔者经常发现学生很难判断哪个实验是对照实验,哪个实验是控制变量实验,而且在对照实验中,有些学生不能准确地判断对照组和实验组,在控制变量实验中,有些学生不能识别自变量和因变量,不能有效地控制变量,不能把因变量转化为可感知的、可量度的事物、现象或测量方法,而且有相当多的学生在实验设计中,不知道如何用对照实验和控制变量实验,混淆两者。所以在教学中澄清两类实验的定义,突破实验设计中的难点,了解它们之间的联系,辨别两者的区别是非常有必要的。

一、对照实验

1.定义:在浙教版七年级上册课本52页中提到:在实验中应排除实验对象外其他因素的干扰,这就需要对实验条件进行控制。设置对照组是常用的控制实验条件的方法。这段话主要阐明了对照实验的作用,但并非对照实验的定义。查阅有关材料可知,对照实验的定义是为了研究某一因素对一个对象有无影响时,除了对该因素作处理外,其他因素都保持一致,并对实验结果进行对比,这种实验称为对照实验,对照实验有对照组和实验组。

2.常见的对照类型

(1)空白对照:指不做任何实验处理的对照组。如研究唾液淀粉酶分解淀粉的实验中,A、B两试管都有等量的淀粉糊,在A试管中加入2ml唾液,在B试管中加入2ml的清水,其中B试管就是一个空白对照。

(2)自身对照:指实验和对照在同一对象上进行,即不再另设对照组。如探究“蜗牛有视觉吗?”实验中,先让蜗牛在灯光下爬行3分钟后,用书本遮在它的上面,使它的一半身体处于阴影中,观察蜗牛怎样行动?实验结果是爬向阴影部分,结论是蜗牛有视觉。本实验中,实验和对照在同一对象上进行,为了排除无关变量的干扰,创造了光线明暗不同,而其他条件相同的环境,观察蜗牛的爬行情况,从而得出实验结论。

(3)缺因对照:在实验处理中,对照组施以全部实验变量,而实验组除研究的因素外,其余条件与对照组一样。如,在研究种子萌发所需要的环境条件实验中,作出的假设是:种子萌发需要适宜的温度,充足的水分和充足的空气。如果要验证种子萌发需要充足的水分,我们就可以这样来设计实验:取两个培养皿,第一个培养皿中有潮湿的纱布;第二个培养皿中放干燥的纱布,然后各放同种的玉米种子15颗,盖上培养皿的盖子,再放在室温的环境中,7天后观察种子的萌发情况。本实验就是缺因对照,根据实验结果,就可以知道种子萌发需要充足的水分。

(4)相互对照:实验中,不再设对照组,而是利用几个实验组相互对照。如在探究“是什么将蝴蝶吸引到花上去的”中,同学们作出的假设有:可能是花的颜色把蝴蝶吸引到花上去,我们设计的实验方案应是:取若干纸花,它们的颜色不同(有白色、红色、粉红色、黄色、黑色五种颜色),花的大小、形状、气味都相同,然后放若干只蝴蝶,观察蝴蝶在花上的停留情况。在这个实验方案中,不设对照组,所有的各组都是实验组,通过相互对照,就可以知道不同颜色的花对蝴蝶的吸引作用。还有,如果我们要探究酶的最适宜的PH值,我们也可以把实验组溶液的PH值设置为4、5、6、7、8、9等,根据相互对照,即可知酶的最适宜的PH值。

3.对照组和实验组的确定

在确定实验组和对照组时,首先要明确该实验的目的。实验组是针对实验目的来控制,干预研究对象而进行的实验操作,是用来证明假设的,对照组是为了排除其他无关因素或非研究因素的干扰而进行的操作。可见,在空白对照和缺因对照中,实验组和对照组的确定就比较容易,在空白对照中,不加任何实验处理的那一组即为对照组。在缺因对照中,全部施以实验变量的那一组即为对照组,缺乏某一因素的那一组为实验组。在自身对照中要紧紧地抓住实验目的来确定实验组和对照组。如在研究“蜗牛有视觉吗?”的实验中,由于实验的目的是为了验证蜗牛有视觉,就对有光的环境作了处理,让蜗牛的身体一半处于暗环境中,如果观察到蜗牛的爬行情况和原先一样,就能说明蜗牛无视觉,如果蜗牛爬向阴影部分,说明蜗牛的爬行情况发生了变化,从而证明了蜗牛有视觉,极据以上情况,我们就可判断,遮光时为实验组,光照正常时为对照组。在相互对照中,每组之间相互为对照组和实验组,即它们既为实验组,又为对照组。

二、控制变量实验

控制变量实验是指为了研究某一因素对一个实验对象有怎样的影响趋势时,让该因素处于不同水平,其他因素保持不变,通过对比结果,从而得出该因素对实验对象有什么规律的影响。通俗地讲,当某个实验对象受较多因素影响时,为了研究某一因素对实验对象的影响,单凭自然状态下是看不出来的,这时就应该人为地控制其他因素不变,让研究的因素不断地改变,从而找出实验对象受此因素影响的规律。在控制变量实验中,学生要具备以下三种能力:识别变量的能力,根据实验目的辨别自变量和因变量的能力,操作性地定义因变量的能力。那么什么是变量、自变量、因变量?如何操作性地定义因变量呢?所谓变量,是一项实验活动中将会发生变化的事物特征,如在研究电流和电压、电阻的关系中,电压、电阻、电流均是变量,如果要研究电流和电压的关系,我们常做的方法是:控制电阻不变,改变电压的大小来研究电流的变化规律,这时,电压的大小就是自变量,电流的大小就是因变量,由此可见,自变量就是有目的地改变的变量,也可称为“由你改变”的变量,因变量是随着自变量变化而变化的量,即“它自己变”的量。如学生在做研究性学习课题“温度对大米发霉的影响”时,自变量为温度,因变量为霉菌的数量,其他变量还有空气的湿度、空气中O2的含量、大米的干燥程度、大米的种类,这些变量在实验中应予以控制不变,以防止对实验结果的干扰,这些变量又叫控制变量,也称无关变量。在设计控制变量研究的实验中,如何操作性地定义因变量呢?也就是说如何将因变量转化为可感知、可量度的事物、现象和方法,既说明在实验中如何测量因变量,说明需要“做什么”和“怎么做”,这是控制变量实验的一个关键点,它能清楚地让其他人明白你在研究什么,而且这种明确性有助于其他人重复该实验。如在讨论“蜂蜜的粘度与温度有什么关系?”的实验中,我向学生提出:本实验中如何去观察或测量蜂蜜的粘度?在学生思考此问题前我先明确地告诉学生,你得让其他人能照着你说的过程去做,你的操作性定义应该有以下几个特征:①你的方法应该是可观察的、重复的、直接操作的;②你所提示的测量或操作必须可行;③最好能把变量转化成数据形式。经过学生个人思考,师生共同讨论,总结出以下几种方案:

1.用相同的4支胶头滴管,分别吸足20℃、40℃、60℃、80℃的蜂蜜,垂直静置,用秒表测量胶头滴管中蜂蜜滴完的时间,比较时间的长短,时间越长蜂蜜粘度越大。或在胶头滴管垂直静置后,在相同的时间内,观察胶头滴管中剩余蜂蜜的体积,剩余的体积越多,蜂蜜的粘度越大。

2.用4支胶头滴管,分别吸取20℃、40℃、60℃、80℃的蜂蜜,再拿4支相同的试管,倾斜到同一个角度,然后在1号试管口滴一滴20℃的蜂蜜,以此类推,在4号试管口也滴一滴80℃的蜂蜜,用秒表测量蜂蜜流到试管底部所需的时间,时间越长,粘度越大。

3.在20℃、40℃、60℃、80℃的蜂蜜中,放4个大小相同的钩码,然后分别用弹簧秤匀速拉起勾码,读出弹簧秤上的力,力越大,蜂蜜的粘度也越大。

4.也有学生提到,取相同体积的20℃、40℃、60℃、80℃的蜂蜜,放在4个相同的烧杯中,然后在液面处放钩码,用秒表测出钩码沉到烧杯底部所需的时间,时间越长,粘度越大。从以上几个方法中,可以看出学生能用秒表测时间的长短、弹簧秤测拉力的大小、观察体积的多少,来定义蜂蜜的粘度,方法简单,操作方便。

三、对照实验和控制变量实验的联系和区别

这两种实验在初中科学中运用非常广泛,以后也会经常用到。在这两种实验方法中,都需要控制变量,这是它们的共同之处,但两者研究的目的不一样。如,对照实验是研究某因素对实验对象有无影响,而控制变量实验是研究自变量对因变量有怎样的影响,但有时两者也可结合起来使用。如研究“不同程度烟草浸出液对水蚤生命活动的影响”课题中,自变量是烟草浸出液的浓度,因变量是水蚤的生命活动,可用每分钟的心跳次数来表示,也可用单位时间内的水蚤死亡个数多少来表示。具体方案可以这样设计:取蒸馏水、浓度1、浓度2、浓度3的烟草浸出液,把40只水蚤平均分到以上4种液体中,每隔一段时间测量4种液体中水蚤的心跳次数,共进行3次来测心跳。从以上设计中可看出,蒸馏水作为对照组,浓度1、浓度2、浓度3是实验组。通过本实验不仅可以知道烟草浸出液对水蚤的生命活动有无影响,而且通过对比、归纳,还会知道不同浓度的烟草浸出液对水蚤生命活动有怎样的规律性的影响。

参考文献:

1.《中小学科学教学-基于项目的方法与策略》.石磊译.高等教育出版社出版

2.《中学科学教学论》.陈志伟.陈秉初主编.浙江教育出版社

3.《谈对照实验和对比实验》.生物学教学2007年第12期

4.《探究实验中试验组和对照组的确定》.生物学教学2008年第1期

控制工程实验论文 篇6

鉴于此, 我校自2006 年开始,在水污染控制工程实验教学时就如何最大限度地培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力,如何培养具有创新意识、创新精神和创新能力的高素质人才开展了实验教学的调研、探索、建设和优化。本文结合近几年在水污染控制工程实验教学中的经验和体会,探索如何最大限度地发挥实验教学在培养学生创新意识和创新能力方面的作用,促进水污染控制工程实验教学体系的完善和发展。

1 合理安排实验内容, 鼓励学生树立勇于创新和敢于实践的精神

创新能力的培养是多方面的,可以存在多种培养方式[4],需要多种教学方法、教学环节和考核方法来实现,这就要求实验类型应多样化。目前我校水污控制工程实验教学的内容分五个部分。其一是验证性实验,其二是综合性实验, 这两种类型的实验教学是安排在《水污染控制工程》课程内进行, 实验内容、学时等固定, 一般选择其中的全部或部分进行。内容有混凝沉淀实验、自由沉沉淀实验、活性污泥性质的测定实验、活性碳吸附实验、活性污泥的培养和驯化实验、废水可生物降解性实验、废水的臭氧氧化实验、斜板沉淀实验、污泥脱水的测定、反渗透实验等。验证性实验和综合性实验与“水污染控制工程”课程相关部分共有32 学时, 全部为必修必选实验;其三是开放性实验, 一般由教师向学校实验与设备管理处以项目立项的形式来开展,共30学时;其四是科创性实验,由学生向学校学生管理处以课题申报的形式,在指导老师的指导下开展。其五是设计性实验。一般结合毕业设计进行。此部分实验内容一般与教师的科研课题相结合,要求指导教师必需有纵向科研课题支撑, 且为厅级以上课题。

2 各类型实验教学的实施与创能新力的培养

2.1 验证性实验教学的实施与创能新力的培养

为培养学生的实践能力和创新精神,我们在进行验证性实验教学时主要采取了如下措施:

精心安排实验顺序,巧妙选用处理废水的水质将几个验证性实验进行有机的统一,体现水处理工艺的系统性。在教学时,我们选用一些水质较复杂的废水,用于几个验证性实验,通过安排实验顺序,将上一个单元实验的处理出水收集起来,作为下一个单元实验的处理原水用,体现水处理工艺的系统性。如我们采用水质复杂的垃圾渗滤液为实验用水。先安排废水可生化性测定实验,测定出废水的可生化性,然后用生化性较好的垃圾渗滤液进行活性污泥的培养和驯化实验,取学生培养和驯化成功后的曝气池中的混合液进行活性污泥性质的测定实验,该实验结束以后,将曝气池中的混合液用竖流式沉淀池模型进行泥水分离后,污泥用于污泥比阻的测定实验,出水经混凝处理后用于臭氧氧化处理实验或用于吸附实验,吸附实验后的出水用于反渗透实验。通过这样的安排,不仅解决了处理用水来源的问题,而且可让学生把水处理知识加以综合的理解,掌握水处理的体系。此外,学生通过这几个实验后,亲自感受到又黑又臭的渗滤液经过几个单元处理后变得和自来水一样的透明,心中充满了自豪感,大大激发了他们的求知欲。

这样,改变了过去验证性实验之间自成体系、相互脱节的传统模式, 有利于增强学生现代实验意识, 培养创新意识和科学方法, 养成良好的科研习惯。

2.2 综合性实验教学的实施与创新能力的培养

综合性实验是将《水污染控制工程》课程中的多个理论或知识体系, 或者是几门相关课程的理论组合在一起形成的一个大实验。它具有实验技能的综合性、实验操作的独立性和实验过程的可思考性等特点[5]。根据实验的可操作性,将臭氧氧化实验设计为综合性实验。在具体实验时,我们通过精心设计实验方案和实验报告以论文形式撰写等教学方法改革尝试来达到培养学生创新意识和创新能力的目的。

实验教学前,先指导学生完成教学大纲规定的吸附验证性实验。我们将垃圾渗滤液经过混凝处理后的出水一部分用于吸附处理实验,另一部分用于臭氧氧化实验。通过这两个实验的对比,学生会发现,相同废水中的污染物,可以用分离原理吸附,也可以用转化原理臭氧氧化去除,不同的处理方法,优、缺点也不同。为了进一步让学生了解条件因素在处理效果中的影响作用,我们设计了进气流量、臭氧浓度、pH、进水流量等因素对处理效果影响的实验方案,学生可通过实验找出臭氧氧化处理的最佳条件。这大大提高了学生的综合分析比较能力。

学生撰写实验报告采取论文的形式,内容包括: 综述, 实验方案、实验仪器设备、实验过程、实验数据处理、实验结果与讨论、实验结论、综合性实验总结等,成绩考核以等级制。通过这种方式,学生掌握了文献的检索方法和科技论文的写作方法,也提高了科技论文的写作能力,为以后进行科研性较强的实验打下基础。

2.3 开放性实验教学的实施与创新能力的培养

开放性实验教学,学生处于主体位置,而实验教师则处于为实验教学服务的主导位置。在这种教学过程中,学生自选实验课题,自己选择和组合实验仪器设备,自己确定实验方法,自己制定实验步骤,处理和分析实验数据[6]。作为主导位置的指导教师,一般由有教学、科研经验、具有硕士或博士学历的、有相当高的实验教学水平的教师担任。在教学过程中,教师只在提供实验资料、协调实验设备的使用、解答实验问题等方面为学生提供服务。教师向学生提供的教材或讲义只包含实验任务和要求,而对实验原理、步骤等都不作交代,让学生在实验教学过程中有较大的思维空问和活动空间。

我校环境工程专业设在化学与材料科学学院内,学院的化学和材料两个专业基础雄厚,具备有很多与这两专业相关的大型的科研实验仪器设备和品种多样的化学试剂,我们要求学生在平常也选修一些相关的课程,夯实知识基础。我们在指导学生完成验证性实验和综合性实验后,学生已做过活性碳吸附实验和臭氧氧化实验的基础上开设了两个开放性实验,即“改性活性碳对水中难降解有机物的吸附处理研究”和“有机废水的催化臭氧氧化研究”。

(1)“改性活性碳对水中难降解有机物的吸附处理研究”的教学。

我们让学生通过化学的方法对活性碳进行改性,包括酸、碱改性和负载金属离子改性,探讨改性条件对材料吸附处理效果的影响,让学生找出最佳的制备条件。将制备出的改性活性碳进行XRD和IR表征,测定改性前后活性碳的苯酚值、碘值、单宁酸值和甲基蓝值。用来吸附处理的对象为生活饮用水源水或人工模拟的苯酚废水或人工模拟的腐殖酸废水。学生在选题之后,在查阅了相关文献的基础上拟定了活性碳的苯酚值、碘值、单宁酸值和甲基蓝值的测定方法及用来表征水样污染物浓度的水质指标的测定方法。在此基础上,学生拟定了改性活性碳制备的方案及处理废水方案。在方案确定后,学生自己准备药品、自己学会实验仪器的使用,自己安排时间进行实验,指导教师只在适时到实验室解答学生的问题。这个实验自2010年开设以来,取得了明显的效果。

(2)“有机废水的催化臭氧氧化研究”的教学。

我们让学生用活性氧化铝作载体,用化学的方法对氧化铝进行改性,制备出活性高、活性组分与载体有强相互作用的催化剂。探讨改性条件对材料催化氧化处理效果的影响,让学生找出最佳的制备条件。探讨催化剂用于废水处理时的环境条件。我们让学生处理的废水仍然是综合性实验中的垃圾渗滤液生物处理出水。学生在综合性实验时已探讨了处理条件对臭氧氧化效果的影响,找出了最佳处理条件,但总的来讲,臭氧的氧化效率低,需要提高。学生通过自己的努力,将亲自制备的催化剂用于废水的臭氧氧化处理,发现处理效果明显提高,自豪感由然而生,更加激起了学生学习的积极性。

通过这几年的建设和实践, 这种实验教学既充分调动了学生学习的主动性, 锻炼并提高了学生的实验技能, 又提高了学生对理论知识的理解能力和综合解决问题的能力,培养了学生的创新意识和创新能力以及学生的团队协作的精神。这是一种新颖的、行之有效的教学方式。

2.4 科创性实验教学的实施与创新能力的培养

大学生创新实验教学是在校本科学生开展研究性学习和创新性实验的一项新举措[7,8,9]。我们从2006年起就开始开展大学生科创性实验的教学。创新性实验项目有“铁离子改性活性碳处理废水中的腐殖酸”,“Ce/Mn负载型催化剂电多相催化氧化垃圾渗滤液”,“焦化废水的电絮凝处理研究”,“循环式准好氧垃圾渗滤液的絮凝处理研究”,“改性树脂吸附处理废水中腐殖酸的研究”等。

2.5 设计性实验教学的实施与创新能力的培养

设计性实验由学生自行设计并组织实施, 教师与学生共同讨论制定,教师引导学生优选实验方案, 指导实验操作, 帮助解决实验过程中遇到的问题, 组织对实验结果进行分析讨论 [10],这类实验一般结合教师的科研项目。学生通常受到时间的限制, 一般只参与一段时间的实验, 多在第8学期的2月到5月期间完成, 把实验成果撰写成毕业论文,通过答辩后可取得相应的学分。

在实验教学具体实施过程中,我们把一些科技项目,比如“有机废水的絮凝处理研究”和“特种微生物处理城市生活垃圾渗滤液的技术”等,一部分内容与实验教学相结合,让学生自由组合,多人一组,集体动手,设计实验方案,分析问题,在较充裕的科研经费的支持下,实验条件和时间能得到充分保证,达到很好的实验效果,学生的动手能力和创新能力得到了提高。

3 结 语

为了提高学生学习的主动性,培养创新精神和创新能力,体现以人为本的教学目标。在进行水污染控制工程实验教学时,必须采取灵活多变的教学方法,教学内容的选择必须与培养学生的创新能力相结合、采用多种考核方式。通过这几年的建设和实践,教学效果非常明显。学生在实验学习过程中,综合素质,尤其是创新能力和实践能力得到了很大提高; 学生通过开放性、设计性和科创性实验,在文献查阅、实验设计、实验操作、数据处理、问题讨论、科技论文的写作等方面均有着较大的提高。在此基础上, 我们将继续研究探索水污染控制工程实验教学中培养学生创新能力的教学方法和措施,完善教学中出现的各类问题, 继续为实现内涵式发展提供支持。

摘要：“水污染控制工程实验”是环境工程专业的主干课程之一,在培养高校学生的创新能力和实践能力等方面有着极其重要的作用。本文从我校水污染控制工程实验课程开设的实际情况出发,就如何培养学生的创新意识和创新能力,提高教学效果,从实验内容设置和各类型实验教学实施过程方面提出了一些具体的改革措施。

关键词：水污染控制工程实验,创新能力,实践能力,教学改革

参考文献

[1]唐玉朝,伍昌年,潘法康.“水污染控制工程”实践性教学体系的探讨[J].安徽职业技术学院学报,20111,0(1):5-8.

[2]郭昌梓,孙根行.《水污染控制工程实验》教学改革的探讨[J].实验科学与技术,2008,6(2):98-100.

[3]刘瑞祥,茹文明,秦永燕,等.遗传学创新性实验教学与应用型人才培养模式探索[J].长治学院学报,2011,28(2):98-100.

[4]屈颖.仪器分析实验教学中渗透创新教育初探[J].价值工程,2011(17):248.

[5]廖润华,俞慧芳,夏光华,等.综合设计性水污染控制工程实验的研究与实践[J].景德镇高专学报,2005,20(4):57-58.

[6]游向阳,徐安英,王韬.运用开放性实验培养创新能力的实践探索[J].中国证券期货,2011(5):39.

[7]宋高丽,杨光华,鲍云昆.基于钢结构课程教学的大学生创新性实验项目探索与实践[J].高等建筑教育,2011,20(2):118-120.

[8]程光亮,高冉.大学生创新性实验的思考与建议[J].河北工程大学学报:社会科学版,2011,28(1):124-125.

[9]胡体玲.浅谈高校中创新性实验教学的开展[J].高校实验室工作研究,2011(1):84-85.

控制工程实验论文 篇7

一水污染控制工程实验教学中存在的问题

1. 实验设计不合理

水污染控制工程是一门多学科交叉的课程, 涉及化学、微生物、材料学等学科的相关理论及方法。该课程实验教学的基本任务是对学生进行科学方法和实验技能的训练和培养, 使学生能够系统地掌握各种水污染控制技术的原理及其应用方法。目前, 所开展的实验多为简单的验证性实验, 创新性不强;实验所涉及的知识面窄, 没有覆盖微生物、材料等与水污染控制相关的领域。

2. 实验教学程序化

水污染控制工程实验教学中, 主要由教师提前安排好仪器设备与药品, 开展实验前任课教师认真讲解具体的实验方案、注意事项, 学生再依据实验指导书中的实验方案和实验步骤逐项开展实验。实验教学过程中基本以教师指导为主, 学生通过参考实验指导书来完成实验, 没有充分发挥学生的主观能动性, 难以达到提高学生的设计能力和动手能力的教学目标。

3. 实验条件不完善

专门用于本科生实验教学的场地、仪器、设备有限, 教师及研究生从事科学研究的实验室为了方便管理对本科生不开放。教学实验只能安排4~5人一组共同开展实验, 导致学生难以在实验过程中独立思考、独立操作, 很难保证每个学生的参与度。

针对水污染控制工程实验教学中存在的问题, 开展教学改革和创新, 以培养适应社会需要的高素质工程技术人才具有重要的意义。本文在实验教学实践的基础上, 结合实验教学研究成果, 对实验教学方法的改进进行了一些探索与尝试。

二立足实验教学, 培养水污染控制工程专业人才

1. 注重设计性实验教学

设计性实验教学由学生查阅文献自主设计, 通过与教师开展讨论由教师引导学生精选实验方案, 指导其实验操作, 帮助其解决在实验中可能碰到的各类问题, 并且开展对实验结果的分析与讨论。基于本校环境工程专业特色, 结合任课教师正在开展的科研课题, 鼓励学生参与其中阶段性实验的设计与实施。学生可以自由组合, 多人共同动手来查阅文献、设计方案与研究问题, 以求实现最佳实验成效, 增强学生的专业能力。例如, 针对重金属废水处理的研究方向, 在掌握了化学沉淀法、吸附法处理重金属废水基本原理的前提下, 开展文献调研, 针对水质特征, 选择合适的处理方案。这样使学生能够更好地理解化学沉淀法应用于高浓度重金属废水处理的优劣, 以及吸附法适用于低浓度重金属废水处理的原因。为了更好地了解条件因素在实验中的影响, 要考察p H值、反应时间、温度、沉淀剂/吸附剂投加量等因素对重金属废水处理效果的影响, 得到最佳的工艺条件, 为实际应用提供技术参数。设计性实验教学能够充分调动学生的主观能动性, 更好地培养学生解决实际问题的能力。学生在实验之后撰写报告时可采取论文的形式进行成绩考核, 从而帮助其掌握文献检索方法、数据分析方法以及科技论文撰写的方法, 为其今后投入科研工作奠定良好的基础。

2. 完善综合性实验教学

学生只有具备综合的能力才能满足解决现实环境问题的要求。综合性实验是培养学生综合能力的重要环节。水污染控制工程综合性实验教学将水污染控制涉及的化学、微生物、材料学理论知识融会贯通至一个大实验中, 具备了理论知识及实验技能上的综合性。例如, 针对水质十分复杂的垃圾渗滤液设计综合性实验, 首先开展废水的可生化性测定, 再运用生化性能比较好的渗滤液开展活性污泥培养实验及曝气池中活性污泥性质的测定实验, 之后, 将曝气池中的混合液用竖流式沉淀法进行泥水分离, 出水经过混凝之后用于开展吸附实验, 吸附实验的出水可用于反渗透实验中。通过链式废水处理综合实验, 原本臭不可闻的渗滤液变得清澈透明, 使学生对水处理有了直观认识的同时, 也系统全面地掌握了水污染控制的理论知识并加深了理解, 这样可以提升学生综合分析的能力以及比较能力。

3. 尝试开放性实验教学

开放性实验教学在实施过程中, 要以学生为主体, 由学生自行选择实验, 自行确定仪器设备、药品试剂、实验方案、实验步骤并开展数据处理与结论分析。在实验过程中, 教师只负责提供资料、协调设备、解答疑问。例如, 结合本校环境工程专业特色以及研究前沿, 开放研究生实验室, 设置“过硫酸盐光化学氧化处理含砷废水”开放性实验, 采用SO4-为主要活性物种降解污染物的新型高级氧化技术, 利用其氧化废水中的砷并实现深度净化具有一定的优势。实验中, 学生利用活性金属氧化物作为原料, 对其进行化学改性, 从而制备活性较高的催化剂。通过研究改性条件对催化氧化处理的影响, 得到最佳的制备条件;并且研究催化剂用于含砷废水光化学氧化处理中的影响因素。当学生在个人的努力下, 把亲自制备出来的催化剂用于含砷废水氧化处理之后, 发现这样做的效果十分显著, 从而产生强烈的自豪感, 这样能够调动其学习本专业的主动性。开放性实验教学手段不仅能够调动广大学生的学习热情, 使学生增进对理论知识的深入理解, 而且还能提升其实验能力, 提高其解决实际问题的能力。

4. 建设演示性实验教学平台

中南大学环境工程专业在校园内新建污水处理站60m2, 用于实验室废水的处理, 同时可用于水污染控制工程课程的演示性实验教学, 使学生全面了解水处理单元的工艺运行条件、技术经济指标等, 从而强化对学生实验操作技能、工程实践能力的培养。污水处理主要采用中南大学环境所自主研发的生物制剂, 通过配合、水解、絮凝分离等关键步骤, 实现污水的深度净化。另外, 还拥有多套水污染控制成套设备, 如重金属废水生物制剂深度处理与资源化成套设备、有色冶炼水污染物高效处理回收实验系统 (具备高效处理含汞污酸及回用等特殊功能) 等。在课程主讲教授或相关负责教师的讲解、带领参观或自由参观下, 学生对本专业知识的学习有了更感性的认识, 激发了学生的主动学习与创新实践学习的兴趣。

三水污染控制工程实验教学改革中应注意的问题

第一, 在开展设计性实验教学时, 应提前给学生启发式的辅导, 通过讲解实验的基本原理及领域内的前沿研究, 引导学生自己查阅相关文献;在充分调研文献并进行总结的基础上, 制订初步的实验方案;经过与指导老师进一步讨论确定具体的实验方案及操作步骤, 以便更好地完成实验。

第二, 在选定综合性实验时, 应该注重并强调各实验之间的互通性以及学生实验技巧培养的连续性。把多门环境工程专业课程, 如水污染控制工程、环境工程原理、环境监测、环境微生物学的基本原理及实验操作技能有机地结合在一起, 使学生的专业技能和实践能力得到全面的综合训练, 为培养面向实际一线工作岗位的实用型人才奠定较好的基础。

第三, 开放性实验教学的实施过程中, 应根据学生的兴趣结合本专业的特色及研究前沿设置多个实验, 供学生选择, 切实调动起学生对开展实验的兴趣及主动性, 鼓励学生勤于动脑并勇于动手, 独立地完成各项实验;逐步开放一部分研究生实验室用于本科生实验。

第四, 实验教学的考核, 应注重从文献调研、实验设计、实验操作、数据处理、问题分析、撰写论文的全过程考核, 采用研究论文的形式撰写实验报告更能体现学生的综合能力。

总的来说, 通过实施水污染控制工程实验教学改革, 提升了大学生综合运用理论知识来分析与解决具体问题的能力;锻炼了大学生们的实际动手能力, 为培养面向实际一线工作岗位的实用型人才奠定了较好的基础;培养了大学生们的创新能力, 切实调动其学习的主动性;对于培养水污染控制工程专业人才具有很好的支持与推进作用。

参考文献

[1]王伟祖、郑旭明.建立综合设计实验平台培养学生创新能力[J].实验室研究与探索, 2004 (8) :74~75、94

[2]潘杨、黄勇、沈耀良等.水污染控制工程实验教学改革初探[J].实验科学与技术, 2011 (2) :139~140

[3]王志强、张长平、汪涛等.水污染控制工程开放性实践教学改革[J].教育教学论坛, 2014 (4) :47~48

控制工程实验论文 篇8

暨南大学“重大工程灾害与控制”教育部重点实验室于2007年成立，由刘人怀院士担任实验室任。以暨南大学工程力学学科为基础，整合光电T:程学科、信息丁.程学科的相关研究力量，以1：程结构的安全预警和控制为研究R标，在含缺陷结构的非线性理论、工程结构损伤诊断、城市生命线工程结构健康监测等方面具有鲜明特色。实验室主要依托的暨南大学力学学科是广东省攀峰重点学科、国务院侨办重点学科，2015年入选广东省高水平大学重点学科建设项目，实验室承担了大量国家级重大科研项目，科研经费充足。

根据学科发展和科研工作的需要，暨南大学“重大T：程灾害与控制”教育部重点实验室面向海内外招聘博士后研究人员，有关事项公告如下：

一、招收条件

1.己取得国内外知名高校傅士学位（其中国内高校毕业生，已通过博t•学位答辩者也可中请在中国博士后网上办公系统通过申请后，半年内必须取得博士学位），年龄-般在4 0岁以下。

2.学术背景要求是力学、土木工程、桥梁工程、复合材料、MEMS、包装T程等学科专业，具有海外学习和研究经历者优先考虑；

3.具有扎实的相关领域研究基础和较高的外语水平，具备较强的研究能力、敬业精神和团队协作精神，并具有从事科学研究的兴趣与热情。

二、课题研究方向和招收人数

1.非线性板壳力学；2.复合材料多尺度力学；3.工程结构健康监测；4.工程结构损伤检测；5.工程结构FRP加固；6.微纳米力学与可拉伸锂离子电池；7.核电设备力学分析与安全评定；8.包装力学弓工程。

以上备选课题范围供参考，可根据个人研究方向自拟题因。根据以上课题研究需要，择优招收10-15人。

三、相关福利待遇

暨南大学“重大工程灾害与控制”教育部重点实验室为博士后研究人员提供优厚的研究条件。具体待遇如下：

1.工作期限2-3年，暨南大学实行博士生“三层级绩效工资制”，三层级分别为1 3万元/年、1 8万元/年、2 8万元/年。超出学校对博士后的基本绩效要求，将给予每篇S C I论文1-3万元奖励；

2.对获得博士后基金或省部级以上科研课题的博士后，给予一定的配套科研经费；

3.鼓励博士后在站期间出国（境）访学，资助期限3〜1 8个月，每月1万元人民币额外补贴。鼓励博士后参加与其在站期间研究课题紧密相关的国际学术会议，资助经费1-3万元人民币/次，按财务规定实报实销；

4.按学校规定保障住房，或提供0.2万元/月的住房租金，保障子女入学；视实际情况，以适当形式安排博士后家属工作；

5.享受国家博士后户口迁移政策；

6.提供暨南大学数据库支持；

7.由暨南大学相关领域导师和海外、企业界专家共同担任博士后合作导师；以国际联合培养、短期出国访学等形式，着力拓展和深化博士后国际合作培养；

8.对研究成果突出和表现优秀的博士后研究人员，出站时可优先留校工作。博士后在站期间可申报正高、副高职称，指标单列。

四、报名方式

应聘者请以邮寄或电子邮件方式提交以下材料，须在第1至3项资料的所有页，以及第4项资料的首页亲笔签名并签署日期。有关应聘资料代为保密，恕不退还。

1.个人学术简历；2.博士研究生毕业证书和博士学位证书扫描件；3.身份证或护照首页：4.相关获奖、论文发表等证明材料；5.拟从事研究课题的研究思路与计划（3000字左右）；6.本学科或相近学科两名博士生导师推荐信。

本招聘启事长期有效。

五、联系方式

通讯地址：广州市天河区黄埔大道西6 0 1号暨南大学理工学院5 0 6室

邮编：510632联系人：张老师

电话：020-85228275传真：020-85228275

控制工程实验论文 篇9

公路工程的建设, 投资巨大, 工程范围一般都地处荒郊野外, 建设周期长, 受自然地理气候的影响大;参与的人员、单位多, 组织协调过程工作量大;涉及的工程类别种类繁多, 这样一种大型工程项目的管理成功, 迫切需要建立一套使参与各方都非常清晰的标准化的管理控制流程;迫切需要建立一个让工程的参与各方能即时沟通、信息共创和信息共享的工作质量信息化控制平台。

目前, 国内公路正值高发展期, 网络基础设施及ITS也有了广泛的普及, 高质、高效工程目标要求有规范化、自动化的项目管理, 公路建设中产生的各类数据, 如何合理、有效地分类存储, 以便在任何需要的时候 (施工阶段、运营和养护阶段) 得到及时的运用, 建设的参与各方如何能在同一网络平台上协同工作等, 都是广大工程建设人员对信息化在建设管理中的热切期待。交通部明确指出:“交通信息化的目的是通过广泛应用现代信息技术, 实现交通产业升级, 使社会公众享有更多的信息资源, 提高科研、生产、和管理的效率和能力, 加快推进交通现代化。”

由于实验业务数据量, 设计的项目多, 流程长、人员多等特点, 因此需要把整个业务全部集中在一个平台上进行, 主要包括:自动试验数据计算、质量评定、现场检测及质量月报等业务。

1、借助计算机的形式, 提供一套完善的工程质量管理业务集成处理OA信息化系统平台

建立完善的质量管理业务集成处理流程系统及业务体系, 使管理者可以对资源进行优化管理, 有效地控制质量监管的环节, 提高经济效益;因此建议建立质量管理OA信息化平台, 对外公布相关的质量信息, 对内建立实验数据、质量评定及检测业务三大业务系统, 处理各种实验质量数据;改变建设项目管理内部传统的信息交流方式, 真正实现业主、承包商和监理的三方数据动态统一, 实现各类数据的传输和各种业务的协调统一。

建立动态的数据查询中心, 通过对项目各合同段、各单位工程、各分部工程和各分项工程的检测项目、检测频率、检测结果、检测台帐、质量评定、质量追溯等的综合查询, 业主可以及时、准确掌握整个项目的质量管理情况。

2、建立建设单位、监理单位、承包单位三方工程质量动态数据库

建设单位可以及时、准确掌握整个项目的质量管理情况, 为质量管理决策提供了科学依据。提供各种强大的查询功能, 可以按照合同号、桩号、工程部位、日期等方式进行查询, 方便、快捷地查询到工程各部位的质量情况。以前手工操作时, 上级部门下来检查资料时, 往往是文件柜一打开, 资料一大堆, 拿着一份资料需要进行抽检时, 需要对原始数据、实验计算方法的核对量相当大, 用软件以后只需对实验结果进行考证, 因为计算过程软件自动保证准确性。

建立规范统一的试验检测、质量管理等报表;由于公路工程常规实验达100多项, 全部实验近300项, 因此报表上千份, 原来手工操作时各家单位的格式往往出入很大, 利用软件就可以较好地规范试验方法、统一试验表式, 使质量监督工作更加科学化、规范化。

建立对质量月报的控制管理, 以往手工做质量月报时, 抄袭造假严重, 如果用软件, 让软件自动生成相关的《工程质量月报》, 保证了信息流通环节的准确性, 也防止了造假。

3、建立对工程质量重点检测项目结果数据进行科学统计分析中心, 并辅以丰富形象的分析图表

质量管理是现场管理的重点, 而质量管理的方向就是要求我们不断从历史数据特别是上个月的工程质量数据进行分析统计, 从中发现优缺点, 为下一步的质量工作提供依据, 指明方向。而这些分析数据, 手工分析量相当大, 统计准确性很难保证。主要需要分析以下几个指标:

路基、路面压实度分析——水泥混凝土抗折强度分析——水泥混凝土抗压强度分析——喷射混凝土抗压强度分析——水泥砂浆抗压强度分析——半刚性基层和底基层材料强度分析——路面结构层厚度分析。

4、尽量避免手工操作量, 避免人为误差

建立系统自动进行计算、绘图、汇总, 避免了质量管理工作中人为的出错, 提高了工作效率。如一套土工试验资料的计算与整理, 系统处理的时间为手工处理时间的25%, 可以达到事半功倍的效果。

工程质量相关资料实现计算机化管的工序之间, 将顺序施工改为搭接交叉施工, 将一个施工项目合成若干个流水段, 组织流水作业, 可以缩短工期。前一道工序完成了一部分, 后一工序就插上去施工, 前后工序在不同的流水段上平行作业, 在保证满足必要的施工工作面的条件下, 流水段分得越细, 前后工序投入施工的时间间隔 (流水步距) 越小, 施工的搭接程度越高, 总工期就越短。

(2) 合理排序, 工期最短。把一个施工项目可分成若干道工序, 每一个流水段都要经过相同的若干道工序, 每道工序在各个流水段上的施工时间又不完全相同, 如何选择合理的流水顺序, 就是合理安排工期的关键问题。因为由施工工艺决定的工作顺序是不可改变的, 但哪个流水段在先, 哪个流水段在后的流水顺序是可以改变的, 不同的流水顺序, 总工期不同, 需要找出工期最短的最优排序方案。

编制施工项目进度计划时, 必须进行资源的平衡。不但要求资源的计划用量不超过资源的可供应量, 还要力求做到资源的均衡使用。很明显, 资源用量越趋于均衡, 资源用量高峰就越小, 资源使用的一次性费用就越少, 经济效益则越好。对于企业配备的一定量人力和物力来说, 如果计划的安排能使得这些人力和物力, 在整个计划期中每天都能够充分发挥其效率, 那么这个计划的资源用量就是均衡的, 经济效益也必定是好的。

综上所述, 施工质量管理与进度管理在施工中有着同等重要的地位与作用。只要落实好质量控制和进度控制任务, 就可以保质、保量、保期地完成建设施工任务。

参考文献

[1]公路、水路交通信息化“十五”发展规划

[2]公路、水路交通信息化工作指导意见

[3]交通 (公路水路) 信息化建设指南

[4]中国交通电子政务建设总体方案

学会在对比实验中控制变量 篇10

关键词：小学科学课； 对比实验； 控制变量

中图分类号：G623．6 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）09-089-001

控制是对比实验的灵魂，实验中变量控制的好坏决定着对比实验的成败。

一、对比实验中变量的确定

1.引导学生认识实验中的变量

在教科版五年级上册教材里，当学生第一次接触对比实验时，教材结合“绿豆种子发芽是否需要水”的实验，通过卡通人物对话和“实验计划”，引导学生认识对比实验。卡通人物的对话让学生明白实验时只能改变一个条件——水，而保持其他条件不变——温度、空气、大小相同的绿豆种子。初步认识对比实验只能改变一个条件而保持其他条件不变。教材通过出示完整的“实验计划”直观地告诉学生对比实验离不开“对比”——至少需要两个组进行：“让一组种子得到水，保持湿润，叫实验组；让一组种子得不到水，保持干燥，叫对照组。”后来教材在出示“绿豆芽的生长是否需要阳光”的实验计划时，只是写出了实验的方法，对于实验计划中“改变的条件”和“不改变的条件”没有写出，留待学生补充。这样由浅入深引导学生认识和关注实验中的变量。

2.引导学生分清实验中的变量

对比实验中的变量包括：实验变量和无关（控制）变量等。不过在小学科学教材中没有出现“变量”这个词。出现的只是“相同（不变）的条件”和“不同（改变）的条件”。实验变量是实验中要研究的问题，即为“改变的条件”。无关变量就是要控制统一的变量，即为实验中的“相同的条件”。确定变量就是分清对比实验中“相同的条件”和“不同的条件”。如“种子发芽是否需要水”的实验中，“不同的条件”是一个组有水和一个组无水，水的变化是要研究的因素，即实验变量。水的有无变化不是唯一影响实验的因素。其他因素如光、温度、种子的情况、实验的装置、人员操作的方法等等诸多因素也会对发芽造成影响，这些就是实验中要保持不变的“相同条件”，即无关变量。不同的条件需要改变，相同的条件需要不变，这两种变量都需要控制。分清了实验中实验变量和无关变量，才能有效控制它们。

二、准确控制实验变量

操纵实验变量，让改变的条件合理改变是对比实验的中心问题。我们正是通过实验变量来得到实验结果的变化。

1.让模糊控制为精确操控。在对比实验设计中，表述实验变量的改变有时是很含糊的，这为准确判断实验变量带来难度。如“绿豆种子发芽是否需要水”的实验时，老师让学生讨论：如何改变“水”这个变量。有学生说“给一组种子加适量的水，一组种子不加水”，这样的表述是正确的，但又是很含糊的。“适量的水”是多少？如何把握这个度？这需要定下标准。这时教师一定要引导学生分析这样做可能会出现什么结果，是否符合问题的需要，是否能有效的研究要研究的问题。所以在操纵实验变量时，要关注细节，把握准尺度，让模糊性的操作指令变得清楚明了，这样改变准确到位，研究结果才科学。

2.成倍改变让对比更鲜明。在对比实验中，当实验变量是以不同量变的形成改变的，控制实验变量时应让量变程度尽量大些，最好是成倍增加的改变，即当次实验变量的变化是上一次实验变化的2倍。

三、严格操纵无关变量

无关变量如果不统一，会影响实验结果。必须对无关变量加以控制，以消除无关变量对实验结果的影响。这是实施对比实验必须遵循的准则。公平是对比实验的基本原则。

1.全面控制，确保公平。学生在做“水、食用油、洗发液，谁流得最快”的实验时，有个组的结论与别组不同：水流最快，洗发液第二，食用油第三。为什么洗发液比食用油流得快呢？原来是洗发液滴得太多了，体积大重量沉，所以流下的速度快了。液滴大小本应相同。在这儿液滴的大小不同，使得实验不公平，出现了错误的实验结论。一个看似简单的测试液体流动快慢的实验，要想让相同的条件都相同，还是较为麻烦的。在实验中需要控制的无关变量有：（1）相同接触面，（2）相同液体的量，（3）同样高度，（4）同时流动，（5）倾斜同样的角度，（6）同一起点和统一终点。如何做到所有条件都相同呢?可以引导学生讨论，形成共识。在同一物体的表面上流动可以保证接触面相同。使用滴管可以滴相同数量的液体，可以做到液体的量相同。总之，想得越周全，找的相同点越多，就能控制得越全面，实验才更公平。

2.精选材料，保障公平。一套好的材料就是一节好课，说明材料对于科学实验的重要性，而在对比实验中，精选最好、最合适的材料，可以保障实验“公平”。如在“探究摩擦力的大小与接触面光滑程度关系”的实验中，可以采用砂纸作为粗糙面，光滑的桌面或砂纸的背面作为光滑面。用砂纸作为粗糙面比用毛巾作为粗糙面效果要强多了。教师还应引导学生不迷信书本，可以结合实际选用更好的器材完成对比实验。教材在“比较不同形状的橡皮泥排开的水量”的实验中，用了规格为300ml的烧杯，盛放了200ml的水，来测试不同形状的橡皮泥放入水中后排开的水量。用这种规格的烧杯是不太合适的，如果采用规格更小的烧杯，测量不同形状的橡皮泥的排水量就更精确了。另外橡皮泥也应该精选，因为有的橡皮泥在水中会松散，这样的橡皮泥不能用。在“摆长怎样影响摆动次数”的研究中，有“金属圆片在木条上固定的位置不同，对摆动快慢影响”的实验，如果用钢锯条代替木条，环形磁铁代替金属圆片进行实验，会更省时、更便捷，效果更明显。因此精选材料，能有效保障公平。

控制工程实验论文 篇11

《计算机控制技术》课程在自动化专业教学计划中是一门重要的专业课。其主要任务是使学生获得计算机控制系统的组成、原理、设计等基础知识和基本应用技术。实验课是本课程重要的教学环节,其目的是使学生在了解计算机控制系统的基本控制方法的基础上,掌握用C语言程序设计控制系统的方法。培养学生独立进行计算机控制系统实验的技能,从而使学生掌握计算机控制系统的一般工程设计方法。

作为一门工程性很强的自动化专业课程,一直以来在我系微机原理实验室做计算机控制技术实验内容显然不行[1]。因此,从2002年初起,我系开始计划筹建计算机控制技术专业实验室。在筹建的过程中,我系对国内很多大学正在使用或市场上销售的计算机控制实验装置进行了考察,结果发现它们在实验教学功能上普遍存在两点不足:一是实验内容陈旧;二是不能体现工业控制计算机在实际工程应用中的特点。最终未能找到合适的面向自动化专业工程实际的计算机控制实验教学装置。2003年3月,我系该项目负责人决定自主设计计算机控制实验内容并开发相应的实验装置。经过多次对实验内容及样机进行修改后,批量生产1 7台计算机控制技术实验装置装备我系计算机控制技术实验室,2004年10月首次用于2000级自动化专业本科生的计算机控制技术课程实验教学,学生普遍反映实验内容工程性强,实验教学效果良好[2]。

2 实验内容的设计

对于工业控制计算机作为计算机控制系统的核心来说,首先在实验教学中应体现其作为工业控制器的特点,只有这样,才能让学生充分理解工业控制计算机的硬件特性和功能[3]。其次,要面向自动化专业的学生,将实验内容与工程实际结合起来,以提高学生的学习兴趣,培养学生的工程意识。此外,考虑到学生做计算机控制技术实验时已经具有微机原理、单片机等很多课程实验的基础,实验内容的难度要适当提高,以综合设计性实验为主,提高学生的创新能力。根据教学计划,计算机控制技术实验共6个学时,学期末有为期一周的计算机控制技术课程设计,实验室对全校学生实行全开放型预约实验。

2.1 实验装置熟悉及I/O通道实验

计算机控制技术实验装置采用积木式结构、使用非常方便。第一次实验开始时首先由实验教师向学生介绍实验装置功能,然后学生花很短时间熟悉实验装置并重点掌握基本输入输出通道的功能。I/O通道包括8路数字量输入、8路数字量输出、4路模拟量输入和2路模拟量输出。学生在掌握板卡常用功能的基础上,使用C语言程序编写初始化pcl812板卡子程序(其功能是初始化pcl812板卡,设置pcl板卡数据读取方式,设置中断计数器)和初始化中断及中断服务子程序。并由定时器中断触发启动A/D转换,实现对外部开关信号、模拟量等进行采集。由于工业控制计算机的I/O通道功能比较好理解,且与单片机相应功能类似,学生通常都能较好地掌握,从而达到实验目的。

2.2 滤波实验

计算机控制系统在生产现场运行,信号的采集、转换必然受到生产现场各种强烈的干扰,如电网的波动、强电设备的启停、高压设备和开关的电磁辐射等造成的干扰都会窜入I/O通道,轻则使采集的信号不精确,重则使系统无法正常运行[4]。

为了提高计算机控制系统的可靠性,在系统设计时必须采取多种抗干扰措施。如果在实验教学中不安排I/O通道抗干扰方面的内容,对于学生真正掌握计算机控制系统的组成和特点都不利。常用的抑制串模干扰的方法有两个:一个是根据干扰信号的特性来选择模拟输入滤波器;另一个是采用数字滤波技术,例如可采用平均值法、中值法、一阶惯性滤波等算法滤去干扰信号[1]。相比较而言,数字滤波器能够更好的帮助学生理解计算机控制系统的特点。学生实验时,要求先读懂加有详细注释的板卡初始化及中断子程序,然后参考校编《计算机控制技术实验指导书》中关于实现数字滤波器的介绍,分析数字滤波算法的程序框图,要求学生自行编写各种数字滤波算法程序,再输入A/D通道采集的混合信号,验证数字滤波器的滤波效果。本次实验主要是让学生熟悉数字滤波器的实现方法,认识工业控制计算机的硬件特性,理解板卡的有关驱动程序及板卡设置等都有很大的帮助。因为实验室是全开放的,对于学有余力或有兴趣的学生,还可以加做其他高级滤波算法的实验,自行设计数字滤波器系统传递函数并编程实现数字滤波器。

2.3 数字PID算法实验

本次实验要求学生根据被控对象的传递函数,设计被控对象的控制器传递函数。采用P I D位置式递推算式、PID增量式递推算式、防积分饱和PID控制算法实现对被控对象的控制。根据PID控制对象的参数整定方法,确定P、I、D参数。通过连线使学生对计算机控制系统的结构有整体认识。

学生在做实验时,把产生带有高频噪声干扰的有用信号,让其通过模拟低通滤波器之后,将滤波器输出作为闭环系统的给定输入并经模拟量输入通道一进行数据采集。模拟对象输出作为单位负反馈信号并经模拟量输入通道一进行数据采集。当板卡采集到给定和反馈信号后,要求学生调用自编的PID控制算法子程序,根据采样时刻的偏差值计算控制量。控制量通过模拟量输出通道1输出加到模拟对象的输入端对其进行闭环控制,并调用编写的显示图形子程序,将控制结果及参数实时显示出来。总而言之,前三次实验内容,既是相互独立的,又是相互关联的。通过前三次实验,加强学生对使用板卡进行数据采集过程的理解,为将工业控制计算机用于计算机控制系统工程实际打下一定基础。

2.4 综合设计实验

工业控制计算机在工业控制中的应用非常广泛。它可应用于电机控制、温度控制等系统中,也用于随着现代大型工业生产自动化的发展和过程控制要求的日益复杂而产生的集散控制系统中。由于工业控制计算机在工业生产中的实际应用系统通常较为复杂,而实验教学的课时又非常有限。要想在有限的实验教学课时内设计出真正的实用系统是不现实的。因此,从工程实际应用系统中抽取“工业控制计算机控制直流伺服系统设计”、“工业控制计算机控制温度控制系统设计”、“工业控制计算机控制集散控制系统设计”等综合设计性实验。这些实验,既能体现工业控制计算机的优越性,接近自动化专业学生今后工作的工程实际,又可以在时间内完成。通过学期末课程设计开设的综合设计性实验内容,加强学生对工业控制计算机在工程实际中应用的了解,培养学生的工程兴趣,提高学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。综合设计性实验要求有多个实验题目。每个自然班被分成若干组,每组2～3人。前三次实验内容使用的挂箱,在综合设计性实验中多数可以直接调用,这样既让学生明白前几次实验内容的工程价值,又减少在综合实验中所花的时间。学生在一周的课程设计时间里,基本上能够完成一个综合设计性实验。

3 实验装置的研制

为了满足自动化专业实验教学内容的要求,研制了一套计算机控制技术实验装置。同时根据课程设计内容的需要,配套设计了一些典型控制对象,如自制直流机组、电烙铁等。台湾研华公司生产的研华原装工业控制计算机,IPC-610L是专门为工业控制系统而设计的,在工业电脑和自动化市场中应用非常广泛。我系计算机控制技术课程选择工业控制计算机作为教学机型,因此本实验装置研华原装工业控制计算机进行开发。

3.1 研制的指导思想

(1)便于综合性、设计性实验的实现。设计性及综合性实验是提高学生创新能力的重要手段[5]。计算机控制技术实验装置具有多功能性,输入输出接口功能较强,便于综合性、设计性实验的实现。

(2)便于开放式实验教学。计算机控制技术实验装置采用积木式结构,操作方便,安全性好,便于开放式实验教学的实行。

(3)实验教学面向工程实际。注重贯彻实验教学面向工程实际的思想。结合所设计的实验教学内容,使学生明白工业控制计算机在自己毕业以后实际工作中的用途及使用方法,从而培养学生的工程兴趣,提高实验教学效果。在计算机控制技术实验装置研制之初,就制定了上述几个指导思想,研制过程中,经过对样机多次改进,最后用于学生实验的实验装置,也基本上体现了这样的指导思想。

3.2 装置的基本功能

本实验装置由工业控制计算机、U N I T 1～U N I T 4挂箱及典型控制对象模型组成。工业控制计算机是实验装置的核心部件,在工业控制计算机中还有两块ISA接口的板卡PCL-812PG和PCL-833。PCL-812PG板卡是包含有A/D、D/A、DI、DO等功能的综合板,插在ISA10插槽中;PCL-833板卡用来对光电编码器的脉冲进行计数,插在ISA7插槽中。

UNIT1～UNIT4的每个挂箱只要拔掉后面的插头即可方便地拆下,各挂箱之间可灵活组合、操作方便、直观、用途广泛。U N I T 1面板包括电源控制、信号源和通道实验三个部分。其中信号源部分包括噪声源、阶跃信号源和混合电路,噪声源通过UNIT1挂箱内印制电路板上的拨码开关切换输出脉冲噪声或均匀噪声。阶跃信号源可以通过手动调节电位器提供-10～10V的直流输出,并可通过乒乓开关控制直流电源的通和断提供阶跃输入信号。混合电路是两路同相相加电路。通道实验部分包括8路数字量输入、8路数字量输出、4路模拟量输入和2路模拟量输出。

UNIT2挂箱的主要功能是完成滤波实验和数字PID算法实验。包括模拟滤波电路、数字滤波电路和模拟对象电路三部分。模拟滤波电路图如图1所示。

在UNIT2挂箱中的数字滤波电路只是一个示意图,并无实际电路。在示意图上标注说明滤波输入经A/D通道1进入工业控制计算机,滤波输出经D/A通道1从工业控制计算机输出,并将2路通道与I/O接口电路相连。学生实验时,只要按要求把混合信号插入指定的A/D通道端口即可观察滤波效果。模拟对象电路主要有运算放大器和若干电容、电阻组成。学生做实验时可通过UNIT2挂箱面板上的乒乓开关选择一阶或二阶模拟对象。各模拟对象的电路原理图如图2所示。

与图2模拟对象对应的传递函数为:

U N I T 3主要用于完成电机位置控制和转速控制实验,附加集散控制系统实验示意图。电机控制原理图如图3所示。电机位置控制实质是构成一个位置环,输入脉冲序列和反馈脉冲序列产生位置误差脉冲序列信号,误差脉冲序列信号加到驱动板上,以H型双极可逆P W M方式驱动直流伺服电机低速高转矩转动,到达期望位置。图3中的A/D和D/A均通过PCL-812PG板卡实现,脉冲板指插在工业控制计算机ISA10插槽中的PCL-833板卡。驱动板在UNIT3挂箱内部,它是H型双极可逆PWM驱动系统。增量式光电编码器每圈可输出1024个A相和B相脉冲和1个零位脉冲,A、B相脉冲信号的相位差为90度。三个脉冲信号均为差分信号,输入到PCL833脉冲板进行脉冲计数。学生实验时可直接将给定信号连接到UNIT1挂箱面板上对应的A/D通道,工业控制计算机通过D/A通道输出控制电压,当控制电压为-10～10V时,驱动板所输出的电枢电压能让自制的直流电机组的转速在-1500～1500转/分内变化。这样的设计主要是考虑到学生毕竟是在做计算机控制技术实验,应将训练的重点放在控制算法的掌握上,尽量减少学生在其它设计和调试中所花的时间。同时,将实验装置的电路原理图附在实验指导书的后面,供学生学习参考用。

集散控制系统实验在UNIT3挂箱内并无实际电路。集散控制系统采用工业以太网卡和TCP/IP协议构成的现场总线,现场总线将上位机和下位机连接起来,组成集散控制系统[6]。下位机的数据传输线通过集线器与上位机交换数据。实验软件分为两部分:上位机上有集散控制系统的监控界面,在Windows2000下的组态王6.5软件中运行;下位机是现场数据采集界面,也运行于组态王6.5环境下。集散控制系统实验结构图如图4所示。

U N I T 4主要用于完成温度控制实验及实验装置的显示任务。温度控制原理如图5所示,在温度控制中,ADAM4016是关键元件。A D A M 4 0 1 6发出三路开关信号去控制三个固态继电器,固态继电器通过控制交流电源的通断去控制发热体的实际功率,发热体是由三个20W的烙铁头紧箍在一起组成。温度传感器是Pt100。温度信号由一体化变送器变成电流信号0～2 0 0℃对应4～20mA。变送器还可实时地显示发热体的温度。实验装置采用三星15英寸液晶显示屏显示实验结果。

根据综合设计性实验的需要,设计了相应的典型控制对象模型,例如自制直流机组和发热体。这些控制对象模型与工程实际中的系统特性相似,只是体积小一些,辅助电路简化了一些。学生实验时,可以在实验装置上根据需要搭接不同挂箱,并通过输入输出通道将这些控制对象与计算机控制系统相连。

4 结束语

计算机控制技术实验装置如图6所示,已通过学校专家的鉴定,专家一致认为该实验装置以工业控制计算机为核心,采用积木式结构,按实际工业控制系统标准设计,使用方便,实验内容丰富,有助于提高学生的动手能力、工业控制计算机的使用能力和软件编程能力,全面提高学生对计算机控制技术的应用水平,并给教师和研究生提供了一个科研及产品开发的平台,其综合设计思想先进,目前已达到国内领先水平。

参考文献

[1]薛迎成.微型计算机控制系统及其发展趋势[J].教学与管理,2005,(4):91-92.

[2]许培雅,张西宁.改革实验内容提高教学效果[J].实验室研究与探索,1995,(4):21-22.

[3]何坚强,薛迎成.工业控制机课程教学体系的改革实践[J].工业控制计算机,2006,19(12):78-87.

[4]赖寿宏.微型计算机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2000,82-83.

[5]聂志刚,刘正东.实验教学中的综合性设计性实验[J].实验技术与管理,2008,25(3):140-141.