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《控制系统》导学案第一课时一、导言控制系统作为电子信息工程专业中的重要课程之一，是学生深入理解和掌握电子控制领域知识的基础。
本门课程通过系统性地学习和探讨，可以让学生们理解控制系统的基本原理、设计方法和应用技术，培养学生独立解决实际问题的能力和创新思维。
二、学习目标1. 熟悉控制系统的基本概念和基础知识；2. 掌握控制系统的数学建模方法和分析技术；3. 理解控制系统的稳定性、性能和设计要求；4. 学会运用控制系统理论解决实际问题。
三、预习任务1. 阅读教材相关章节，了解控制系统的定义和分类；2. 复习微积分、线性代数等数学基础知识，为控制系统的数学建模做准备；3. 思考并列举生活中常见的控制系统应用案例，如自动门控制系统、恒温恒湿控制系统等。
四、课堂内容安排第一讲：控制系统概述- 控制系统的定义和分类；- 开环控制和闭环控制的区别；- 控制系统的基本组成和工作原理。
第二讲：控制系统数学建模- 线性时不变系统的数学描述；- 传递函数和状态空间描述法；- 控制系统的传递函数模型建立。
第三讲：控制系统稳定性分析- 稳定性的概念和分类；- 传递函数稳定性判据；- 极点分布法和Nyquist判据。
第四讲：控制系统性能分析- 时域性能指标；- 频域性能指标；- 控制系统的设计要求和优化方法。
五、课后作业1. 阅读相关文献，拓展对控制系统的理解；2. 完成教材习题和课后练习，加深对课程知识的理解；3. 独立思考并设计一个简单的控制系统，包括数学建模、稳定性分析和性能评价。
六、参考资料1. 《现代控制系统》（第五版），Richard C. Dorf & Robert H. Bishop；2. 《控制系统工程导论》，Katsuhiko Ogata；3. 《控制系统导学案范文》，知乎网。
本导学案旨在帮助学生系统性地学习控制系统的基本理论和实践技术，激发学生对电子控制领域的兴趣和探索精神。
希望同学们能够积极参与课堂讨论和实践操作，加深对控制系统的理解和应用能力，为将来的学习和科研打下坚实基础。
《控制系统的输出》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本次作业旨在帮助学生掌握控制系统的输出，了解如何通过计算机编程控制硬件设备，提高他们的动手能力和解决问题的能力。
二、作业内容1. 制作简易电机控制器学生需要使用指定的硬件设备（如电机、微控制器、杜邦线等）和编程软件（如Arduino IDE），根据提供的示例代码，编写程序以控制电机。
任务要求：a. 正确连接硬件设备，确保电机能够正常工作。
b. 理解代码逻辑，能够根据代码实现电机的控制。
c. 调试程序，确保在所有情况下电机都能正确工作。
2. 设计控制系统界面学生需要使用软件工具设计一个控制系统界面，该界面应能够显示电机的当前状态和控制信息。
任务要求：a. 设计界面布局，确保界面简洁、易于操作。
b. 使用软件工具实现界面功能，能够实时显示电机状态和控制信息。
c. 评估界面的美观性和易用性。
三、作业要求1. 学生需独立完成作业，不得抄袭。
2. 作业完成后，需提交电子版作业文件至教师指定的平台。
3. 作业文件应包括代码和设计图，并附有操作说明和思考。
4. 学生需根据教师要求，完成作品的自我评价和反思。
四、作业评价1. 教师将对提交的作业进行评估，重点考察学生是否掌握了控制系统的输出和如何通过计算机编程控制硬件设备。
2. 评价标准包括但不限于：硬件连接是否正确、代码逻辑是否清晰、界面设计是否简洁易用、作品美观性和创新性等。
3. 对于优秀作品，将给予一定的奖励，以激励学生的学习积极性和创造力。
五、作业反馈1. 学生需在完成作业后，及时向教师反馈作业过程中遇到的问题和困难，以便教师了解学生的学习情况，及时提供帮助和支持。
2. 教师将根据学生的反馈，对教学方法和教学内容进行反思和改进，以提高教学质量和学生的学习效果。
3. 通过作业反馈，学生可以更好地了解自己的学习状况和不足之处，从而有针对性地进行改进和提高。
综上所述，本次作业设计方案旨在帮助学生掌握控制系统的输出，提高他们的动手能力和解决问题的能力。
《控制工程导论》课程教学大纲英文名称：Introduction to Control Engineering 课程代码：1121242002课程性质：专业方向课学分/学时：1.0学分/24学时先修课程：后续课程：控制工程、毕业设计开课学期：春季学期开课单位：信息工程学院适用专业：自动化专业一、课程性质与任务《控制工程导论》是自动化专业的一门主要专业课控制工程的前导必修课程。
本课程主要从实际工业工程概念出发，引申到控制工程基本概念，介绍过程领域控制工程基本内容基本流程及主要组成部分，介绍控制系统的起源现状和未来，并讲解控制工程的基础知识、基本内容和理论组成；介绍了DCS、PLC控制系统、现场仪表等控制工程的物理组成内容，最后以实际化工工程为例，形象介绍控制工程的实际组成、内容、实施过程，，并以实际过程案例介绍控制工程的组成和实施过程，其中，包括先进控制项目，通过本课程的学习，了解控制工程如何在实际中应用，激发学生对本专业知识的认知、兴趣、了解要学好专业知识所必须学习的公共基础课、专业基础课及相关专业课，明确自动化专业研究方向和就业方向等的问题。
二、课程目标与要求1. 本课程支撑的毕业要求本课程主要支撑的毕业要求为：1.3 掌握工程原理，具有自动控制系统认知及系统思维的能力；3.3 PLC、DCS控制系统组态、软件设计与调试能力；7.2 工程实践的历史和文化背景。
2.本课程拟达到的特定教学目标（1）使学生对控制工程内容有初步了解，了解本专业领域需要的工程基础知识、工程背景，激发学生对控制工程实践的学习兴趣；（2）通过导论学习，使学生了解PLC、DCS及自动化仪表、电力电子技术等方面知识在实际工程中的价值，进一步明确下一步学习方向；（3）阐述自动控制系统的基本知识、内容及涉及领域，培养学生系统思维能力。
三、教学内容、教学方法、教学要求与学时分配课程最后成绩=平时成绩+ 70%考试成绩。
五、参考书[1] 戴先中主编，《自动化学科概论》（第2版），高等教育出版社，2016年。
第一章概论本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。
学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。
例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。
试画出其系统方块图。
例图1-1a 晶体管稳压电源电路图解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。
对于本题，可画出方块图如例图1-1b。
例图1-1b 晶体管稳压电源方块图本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R分压后与稳压管的电3压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。
c反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。
例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。
其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。
解：该系统是一种阀控液压油缸。
当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。
因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。
当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。
由此可画出如例图1-2b的职能方块图。
例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。
（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高； （B ）闭环高； （C ）相差不多； （D ）一样高。
（2）系统的输出信号对控制作用的影响 （A ）开环有； （B ）闭环有； (C ）都没有； （D ）都有。
第一章概论习题及及解答1-1 试列举几个日常生活中得开环控制与闭环控制系统实例,并说明它们得工作原理。
略1-2、图1-17就是液面自动控制系统得两种原理示意图。
在运行中,希望液面高度维持不变。
1.试说明各系统得工作原理。
2.画出各系统得方框图,并说明被控对象、给定值、被控量与干扰信号就是什么?工作原理:出水量与进水量一致,系统处于平衡状态,液位高度保持在。
当出水量大于进水量,液位降低,浮子下沉,通过连杆使阀门开大,使得进水量增大,液位逐渐回升;当出水量小于进水量,液位升高,浮子上升,通过连杆使阀门1关小,液位逐渐降低。
其中被控对象就是水槽,给定值就是液面高度希望值。
被控量就是液面实际高度,干扰量就是出水量。
工作原理:出水量与进水量一致系统处于平衡状态,电位器滑动头位于中间位置,液面为给定高度。
当出水量大于(小于)进水量,浮子下沉(上浮)带动电位器滑动头向上(下)移动,电位器输出一正(负)电压,使电动机正(反)转,通过减速器开大(关小)阀门,使进水量增大(减小),液面高度升高(降低),当液面高度为时,电位器滑动头处于中间位置,输出电压为零,电动机不转,系统又处于平衡状态。
其中被控对象就是水槽,给定值为液面高度希望值,被控量就是液面实际高度,干扰量就是出水量。
,系统结构图如下图1-3 什么就是负反馈控制?在图1-17(b)系统中就是怎样实现负反馈控制得?在什么情况下反馈极性会误接为正,此时对系统工作有何影响?解:负反馈控制就就是将输出量反馈到输入端与输入量进行比较产生偏差信号,利用偏差信题解1-2(a)系统方框图题解1-2(b)系统方框图号对系统进行调节,达到减小或消除偏差得目得。
图1-17系统得输出量液面实际高度通过浮子测量反馈到输入端与输入信号(给定液面高度)进行比较,如果二者不一致就会在电位器输出一电压值——偏差信号,偏差信号带动电机转动,通过减速器使阀门1开大或关小,从而进入量改变,当输出量——液面实际高度与给定高度一致偏差信号为0,电机,减速器不动,系统又处于平衡状态。
《控制系统的三个环节》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业设计旨在通过《控制系统的三个环节》的学习，使学生能够理解并掌握控制系统的基本概念，熟悉控制系统的三个主要环节，并能够运用所学知识进行简单的实际操作。
通过本作业，学生能够提升自主学习和解决问题的能力，同时增强对信息技术的兴趣和热情。
二、作业内容1. 理论学习：学生需认真阅读教材中关于控制系统的理论知识，理解控制系统的基本概念、三个环节的内涵及其相互关系。
2. 课堂练习：课堂上通过教师的讲解和示范，学生需要掌握三个环节的操作方法，并完成一系列相关操作练习，如模拟系统控制的实验等。
3. 实践操作：学生需在课后完成一个简单的控制系统项目，如设计一个简单的家居智能控制系统，包括传感器、执行器和控制单元等部分，并能够进行简单的调试和操作。
在实践过程中，学生需注意安全操作规范，确保实验的顺利进行。
4. 作业报告：学生需撰写一份关于实践操作的报告，包括项目的设计思路、实施过程、遇到的问题及解决方案等。
报告需条理清晰，内容详实。
三、作业要求1. 学生在完成作业过程中需保持认真态度，按照教师的要求进行操作和练习。
2. 理论学习部分需做好笔记，以便于后续复习和巩固。
3. 实践操作部分需注意安全规范，确保实验的顺利进行。
4. 作业报告需按照规定的格式和要求进行撰写，内容要真实、准确、完整。
5. 作业提交时间请按照教师的要求准时提交，避免因迟到导致作业无法及时批改。
四、作业评价1. 教师将对学生在作业完成过程中的态度、理论学习、实践操作及作业报告等方面进行评价。
2. 评价标准包括：理论学习笔记的完整性和准确性、实践操作的规范性及创新性、作业报告的条理性和内容详实程度等。
3. 教师将根据学生的表现给予相应的成绩，并针对学生的不足之处提出改进意见。
五、作业反馈1. 教师将及时批改学生的作业，并在课堂上进行讲解和点评。
2. 对于优秀的学生作品，将在班级内进行展示和交流，以鼓励学生继续努力。
重庆科技学院电气与信息工程学院《测控专业概论》大作业专业班级：测控学生姓名：学生学号：授课老师：教师评语：成绩：评阅教师：目录光纤传感技术及其应用 (I)摘要 (I)1．引言 (2)2. 光纤传感主要分类及其特点 (2)3 光纤传感器目前在各领域的主要应用 (2)4 光纤传感技术在国内的发展情况 (3)5.光纤传感器的发展前景 (3)参考文献 (4)课后体会 (5)奇思妙想 (6)换位思考 (7)光纤传感技术及其应用学生姓名：刘后勇摘要随着现代测量技术的发展,近二十年来光纤传感器越来越受到人们的重视。
与传统的电类传感器相比,光纤传感器具有不受电磁干扰、适用范围广、分辨率高、易复用、体积小、重量轻等显著优点。
所以光纤传感器技术及其发展受到了人们的广泛关注。
本文主要从以下几个方面入手简略的介绍光纤传感器技术及其应用。
首先介绍了光纤传感技术在国内外的发展情况;然后介绍了光纤传感技术,包括分类和特点;介绍了光纤传感器目前在各领域的主要应用;最后介绍光纤传感器的发展前景。
关键词：光纤传感器，光纤传感器技术，光纤传感器的应用1．引言光纤传感器具有很多的优点，如：不受电磁干扰、适用范围广、分辨率高、易复用、体积小、重量轻等显著优点。
光纤传感器的分类及其应用领域也十分广泛，从分类的角度来看大致可以分为三大类，光纤光栅传感器、阵列复用传感系统、分布式光纤传感系统；从应用领域来看，他可以应用在，电力、医疗、建工等多个领域。
虽然，如此它的研究还不是特别成熟，在从实验室走向工厂的路上还有很多没有解决的问题没有解决，还有待问我们新一代大学生去解决他们。
2. 光纤传感主要分类及其特点2.1光纤光栅传感器光纤光栅传感器是目前国内研究的热点之一。
FBG传感器具有灵敏度高，易构成分布式结构，在一根光纤内可实现多点测量。
满足“智能结构”对传感器的要求，可对大型构件进行实时安全监测；也可以代替其他类型结构的光纤传感器，用于化学、压力和加速度传感中。
A.必做题（占期末成绩60%）
一．第一章作业
1.1 下面是网络上流传的“专家与小工的故事”。
联合利华公司引进了香皂包装生产线，结果发现这条生产线有个缺陷：常常会有盒子里没装入香皂。
总不能把空盒子卖给顾客啊，他们只好请了一个学自动化的博士后设计一个方案来分拣空的香皂盒。
博士后组建了一个十几人的科研攻关小组，综合采用了机械、微电子、自动化、X射线探测等技术，花了几十万美金，成功解决了问题。
每当生产线上有空香皂盒通过，两旁的探测器会检测到，并且驱动一只机械手把空皂盒推走。
中国南方有个乡镇企业也买了同样的生产线，老板发现这个问题后大为恼火，找了个小工，眼一瞪说：你给我把这个搞定。
小工很快果然想出了办法，他在生产线旁边放了台电风扇，一有空皂盒经过自然就被吹走了。
请按下述两个专题进行研讨：
（1）工程师应具备的基本素质；
（2）企业对工程人才的需求和评价标准。
1.2 请列举3-4个历届世博会创新实例，阐述第一次工业革命、第二次工业革命和第三次工业革命的标志成果。
1.3 请列举1-2个2010年上海世博会创新实例，阐述第四次工业革命的标志成果。
二．第二章作业
2.1请用8根火柴作2个正方形和4个三角形（火柴不能弯曲和折断）。
2.2如何用四条直线把九个点连起来？
●●●
● ●●
●● ●
2.3你从图2-19中能看出几张脸？
图2-19你能看出几张脸
2.4 请运用TRIZ理论的多屏幕法对自行车进行分析，并画出其图解模型。
三．第四章作业
4.1请分析以下问题，并指出它体现了哪个创新原理？
（1）为什么登山队员不能大声说话?
（2）外科医生做手术的时候是如何防止感染的？
（3）寒冷的冬天，假如沒有吊車，如何将重达一吨的变压器从高处搬运至地面？
4.2看图分析以下问题，并指出它体现了哪个创新原理？
（1）牵引式人造卫星
牵引式人造卫星工作原理，如图1所示。
将太空船（每船带有推进系统）定位到某特定轨道。
从母船中发射出一个受缆绳牵引的人造卫星，这样就可以通过缆绳将人造卫星定位在二级轨道上。
因此，一个太空船可以同时在几个位置进行空间探索，进行更多研究。
图1牵引式人造卫星
（2）挖掘机长柄勺唇缘
传统的挖掘机长柄勺唇缘是由一块硬钢成形的。
如果唇缘上某部分磨损或损坏，整个唇缘就必须更换。
这是一个极其耗费劳动力和时间的工作，会导致挖掘机停机怠工。
为使长柄勺的唇缘更耐用，现将唇缘做成单独的可分开的部分。
当某一部分损坏或磨损，可以快速且容易地更换。
如图2所示。
图2挖掘机长柄勺唇缘
（3）舌头味觉接收功能
人类味觉接收器在舌头及软腭上。
接收器正好可以对四种刺激做出反应，它们是：甜（如糖）；酸（如柠檬汁）；苦（浓咖啡）；咸（如食盐）。
如图3所示。
图3舌头味觉接收功能
（4）轮胎胎面非对称花纹
带有对称胎面花纹的充气汽车轮胎最外侧区域磨损比最内侧区域磨损快得多。
而带有非对称胎面的充气轮胎将使磨损更为均匀。
如图4所示。
图4轮胎胎面非对称花纹
（5）方形西瓜
方形西瓜可减少西瓜在运输中的占空和滚动。
如图5所示。
图5方形西瓜
（6）燃气阀
为省料，燃气阀将弯把搞直。
如图6所示。
图6燃气阀
四．第六章作业
6.1如果你问哪个国家控制着世界制表业的市场? 答案可能是瑞士。
曾经在一百多年间，瑞士一直以自己优良的制表业自豪。
在1968年,他们占有世界手表市场份额的65%，利润超过80%。
然而,仅仅在这之后的十年的时间里,他们的市场份额下降到了10％以下，并且在接下来的三年之中，他们不得不解雇65000名手表工人中的50000个人。
而今天,又是哪个国家控制世界手表业呢？日本。
不过，在1968年瑞士表如日中天时,实际上日本人并没有市场份额。
瑞士手表为什么会被迅速打败? 试用技术系统S曲线分析原因。
6.2根据技术系统进化八大法则列举1-2个实例。
B.任选其中一题（占期末成绩40%）
一、试解决以下技术矛盾
1．自行车的改进
在自行车的改进中要求满足：降低车体重量，但不能降低车体强度。
请用解决技术矛盾的创新工具矛盾矩阵和40个创新原理进行设计。
要求按以下步骤提交你的设计方案：
（1）定义一种技术矛盾；
（2）查询矛盾矩阵，列写出可参考的创新原理及编号；
（3）解决方案描述。
2．烟囱的盖子的改进
为了不让风雪落入烟囱，人们为烟囱按上了盖子，如图7所示。
但是，一般形状的盖子不能很好地防止风雪落入烟囱，特别是风较大的时候，形状复杂的盖子会使烟囱出口变窄，不利于烟的排出。
设计新型的烟囱的盖子。
要求按以下步骤提交你的设计方案：
（1）定义技术矛盾；
（2）查询矛盾矩阵，列写出可参考的创新原理及编号；
（3）解决方案描述。
图7 烟囱的盖子
3．设计太空中使用的锤子
在地面上使用锤子时，其重量会抵消冲击后可能的反弹；而在太空中，由于没有重力，发生碰撞后，锤子会以非常危险的速度反弹向使用者的头部。
请用解决技术矛盾的创新工具矛盾矩阵和40个创新原理设计太空中使用的锤子。
要求按以下步骤提交你的设计方案：
（1）定义技术矛盾；
（2）查询矛盾矩阵，列写出可参考的创新原理及编号；
（3）解决方案描述。
4．波音737飞机整流罩的改进设计
在历史上著名的波音737飞机的引擎改进设计中，设计人员遇到了一个技术难题：引擎的改进需要增大整流罩的面积以使其吸入更多的空气，即需要增大整流罩的直径；但整流罩直径的增大将使它的下边缘与地面的距离变小，从而会使飞机在跑道上行驶时产生危险。
请用解决技术矛盾的创新工具矛盾矩阵和40个创新原理来解决这一问题。
要求按以下步骤提交你的设计方案：
（1）定义技术矛盾；
（2）查询矛盾矩阵，列写出可参考的创新原理及编号；
（3）解决方案描述。
5. 快捷信封的设计
文具店出售信封的样式，如图8所示，不同大小和格式的信件或文档有与之相匹配的信封，大页面的文件可用比其稍大些的信封封装以便拆开。
人们往往认为撕开胶粘的信封是很快捷方便的，但是，这种方法通常会把信封内的文件撕坏或使信封开口变粗糙。
当然,如果借助某种辅助工具如剪刀且在剪开前抖动信封，就可既不损坏文件又获得好看的开口。
但是，该方法给用户带来了不便。
因此，设计一种能又快又可靠地拆开的信封很有必要。
怎样用最少的时间安全快捷地取出信封内的文件或资料？新的设计方案要求拆信简单方便，为用户节约了时间，在不损坏文件的同时获得美观的信封开口。
图8常用信封样式
二、试解决以下物理矛盾
1. 便携式咖啡壶的设计
用户需求：人们希望咖啡在咖啡壶里时尽可能热，以便能保温较长时间；同时，又希望咖啡在咖啡壶里温度适中（冷一些），以便随时饮用，不至于烫手烫嘴。
要求按以下步骤提交你的设计方案：
1、定义物理矛盾；
2、列写出所采用的分离原理；
3、解决方案描述。
三、综合设计问题
初始问题描述：搪瓷反应釜的功能是搅拌物料。
其工作原理如图9所示。
该技术系统基本要素有（1）动力装置：电机；（2）传动装置：减速机、联轴器；（3）执行装置：锚式搅拌；（4）控制装置：开关；（5）制品：物料；（6）能源：电。
图9 搪瓷反应釜工作原理图
1、为了充分的混合物料，如何改进搪瓷反应釜的锚式搅拌装置？
（1）定义技术矛盾；
（2）查询矛盾矩阵，列写出可参考的创新原理及编号；
（3）解决方案描述。
2、根据车间工艺要求搅拌15分钟正转，15分钟反转，如何改进搪瓷反应釜控制装置？
（1）定义物理矛盾；
（2）列写出所采用的分离原理；
（3）解决方案描述。
