做好專題講座,強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重(岳繼光)

做好專題講座，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重

——以“電路中的反饋調(diào)節(jié)技術(shù)講座”為例同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院岳繼光2012.11.24鄭州今天講座的主要內(nèi)容1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵3，電子設(shè)計(jì)競賽引領(lǐng)大學(xué)生科技活動(dòng)自動(dòng)化專業(yè)的“萬金油”特點(diǎn)在我國，自動(dòng)化專業(yè)的本科畢業(yè)生以其“寬口徑理論、跨學(xué)科知識以及計(jì)、機(jī)、電系統(tǒng)的綜合能力”而深受企業(yè)界青睞，其就業(yè)率始終名列前茅。在2010-2012年公布的全國幾百個(gè)本科專業(yè)就業(yè)率排行榜中，就業(yè)率超過90%的共有49個(gè)專業(yè),自動(dòng)化專業(yè)始終名列其中。1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”自動(dòng)化專業(yè)與現(xiàn)代（大）信息領(lǐng)域的關(guān)系測量

信息獲取

信息傳輸

信息處理

信息決策

信息傳輸

信息執(zhí)行

通信

電信

控制

通信

機(jī)電

電子技術(shù)貫穿、是核心！1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”自動(dòng)化專業(yè)本科課程體系機(jī)械（如機(jī)械原理、工程制圖、動(dòng)力傳動(dòng)）基礎(chǔ)層物理教程數(shù)學(xué)（包括高等數(shù)學(xué)與工程數(shù)學(xué)）教程化學(xué)教程專業(yè)基礎(chǔ)層計(jì)通機(jī)（如計(jì)算機(jī)原理及網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理）電類（如電工原理、電子技術(shù)、電力電子）

自動(dòng)控制（如自控理論、檢測技術(shù)與儀表、智能控制）專業(yè)層運(yùn)動(dòng)控制教程過程控制教程1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”自動(dòng)化專業(yè)階段實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)動(dòng)力傳動(dòng)控制

測控理論、技術(shù)與設(shè)備

機(jī)械傳動(dòng)流體傳動(dòng)電氣傳動(dòng)檢測儀表智能控制能量設(shè)備通信技術(shù)他山之石，可以攻玉！在自動(dòng)化專業(yè)知識愈來愈工具化、泛化的今天，自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生也必須學(xué)習(xí)其他專業(yè)的基礎(chǔ)內(nèi)涵理論與工程實(shí)踐知識。1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”電子技術(shù)的發(fā)展也會(huì)成為提升自動(dòng)化技術(shù)水平的關(guān)鍵電子技術(shù)第1代計(jì)算機(jī)第2代計(jì)算機(jī)第3代計(jì)算機(jī)第4代計(jì)算機(jī)電子管晶體管集成電路超大規(guī)模集成電路第1代通信設(shè)備第2代通信設(shè)備第3代通信設(shè)備第4代通信設(shè)備電子技術(shù)+數(shù)學(xué)+現(xiàn)代制造工藝

計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”

自動(dòng)化專業(yè)本科教學(xué)內(nèi)容的數(shù)學(xué)成分太多自動(dòng)控制的基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)、反饋與優(yōu)化均從數(shù)學(xué)理論入手；定理、準(zhǔn)則、方法缺乏結(jié)合工程實(shí)際的切入點(diǎn)！1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”

自動(dòng)化專業(yè)本科教學(xué)內(nèi)容的數(shù)學(xué)成分太多機(jī)械、流體、電氣、化工、輕工、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等各類自動(dòng)化系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域中占有重要位置；自動(dòng)化教學(xué)在強(qiáng)調(diào)控制理論的同時(shí)，必須注重工程背景。1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”

講座的關(guān)鍵是因材施教“選擇適當(dāng)?shù)念}目”串接知識根據(jù)自動(dòng)化專業(yè)本科課程體系以及學(xué)生制作中的知識需求，選擇專題。教師要主動(dòng)與同學(xué)“互動(dòng)”討論，按需開設(shè)講座。老教師參觀同濟(jì)大學(xué)科技作品展大學(xué)生課外制作并調(diào)試簡單電路1，寬口徑的自動(dòng)化學(xué)生需要“專題講座”

以“電路中的反饋理論與應(yīng)用”為例“積分器”的個(gè)數(shù)表示連續(xù)、線性、定常系統(tǒng)的階次，學(xué)生在自動(dòng)控制原理等課程實(shí)驗(yàn)中，以電子線路為主的被控對象被廣泛應(yīng)用。電子技術(shù)貫穿了自動(dòng)化“弱電”課程體系，特別適合梳理與“串接”。2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵反饋控制系統(tǒng)、理論與技術(shù)的概念反饋控制系統(tǒng)的組成調(diào)節(jié)執(zhí)行對象測量反饋★學(xué)習(xí)反饋概念要點(diǎn)是記住系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各環(huán)節(jié)的意義，★★★但更重要的是熟爛記住反饋的目的！reuvcy-2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵剖析一個(gè)大家熟悉的單管放大電路CeT↑→Ic↑

→

Ie

↑

→

Ue

↑

→

Ub(不變)→(Ub-Ue)↓

→

Ib

↓

→

Ic

↓

→

Ie

↓

ECuiuoRb1Rb2RcReCoCiUbUeUcIbIeIc反饋支路反饋控制系統(tǒng)、理論與技術(shù)的概念關(guān)鍵是讓學(xué)生悟出反饋的理念！2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵ECuiuoRb1Rb2RcReCoCiUbUeUcIbIeIc給定：r=Ub偏差：e=Ub-Ue調(diào)節(jié)：u=Ib輸出：c=Ic反饋：y=Ue反饋控制系統(tǒng)、理論與技術(shù)的概念2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵反饋的作用是：

1，減小或抵抗擾動(dòng)(噪聲)對輸出的影響（穩(wěn)定輸出）。

2，準(zhǔn)確跟蹤給定值變化（跟蹤期望輸入）。如:若要穩(wěn)定輸出電流，要采用電流負(fù)反饋！若要穩(wěn)定輸出電壓，要采用電壓負(fù)反饋！反饋控制系統(tǒng)、理論與技術(shù)的概念2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵以《模擬電子技術(shù)》課程為例，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中，涉及了典型的四類反饋控制電路和用于發(fā)生波形的正反饋振蕩電路。幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路1，電壓串聯(lián)負(fù)反饋；2，電壓并聯(lián)負(fù)反饋；3，電流串聯(lián)負(fù)反饋；4，電流并聯(lián)負(fù)反饋。波形發(fā)生器負(fù)反饋正反饋反饋學(xué)生對控制概念理解不深2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵幾種常見的反饋放大應(yīng)用典型電路1，電壓串聯(lián)負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電壓uo；故為電壓負(fù)反饋

偏差為電壓相減:e=us-uF即為串聯(lián)

反饋電壓:RLR2R1usuoRiuFe向?qū)W生講清楚:給定：r=us偏差：e=us-uF調(diào)節(jié)：u=k×e輸出：c=uo反饋：y=uF2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵2，電壓并聯(lián)負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電壓uo；故為電壓負(fù)反饋

偏差為電流相減:e=ID=Is-IF即為并聯(lián)

反饋電流:RLRfR1usuoR1∥RfIsIfID向?qū)W生講清楚:給定：r=Is偏差：e=Is-IF調(diào)節(jié)：u=k×r×e輸出：c=uo反饋：y=IFr幾種常見的反饋放大應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵3，電流并聯(lián)負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電流Io；故為電流負(fù)反饋

偏差為電流相減:e=ID=Is-IF即為并聯(lián)

反饋電流:RL

↗

Io

↙IF↙ID↗;(開環(huán)增益、內(nèi)阻均不變)→K×Ue→Io

↗RfRLR1usuoR1∥RfIsIfIDRIoIf+-IR向?qū)W生講清楚:講清楚電流方向是設(shè)的:幾種常見的反饋放大應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵4，電流串聯(lián)負(fù)反饋

要穩(wěn)定輸出電流Io；故為電流負(fù)反饋

偏差為電壓相減:e=us-uF即為串聯(lián)

反饋電壓:uF=Io×RFRL

↗

Io

↙UF↙e

↗;(開環(huán)增益、內(nèi)阻均不變)→K×Ue→Io

↗RLusuoRfIouf+-uf講清楚電流方向是設(shè)的:向?qū)W生講清楚:

反饋電壓:e幾種常見的反饋放大應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵5，同時(shí)應(yīng)用正負(fù)反饋正反饋在電路中常用做振蕩，以數(shù)字（數(shù)據(jù)/頻率/開關(guān)）方式傳遞；穩(wěn)定振蕩能量仍需負(fù)反饋。RLusuoRfuf+CRC

正反饋電壓:幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路

負(fù)反饋電阻2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵在高頻電路中，反饋控制電路分為：自動(dòng)增益控制（AGC）：調(diào)整輸出電壓振幅自動(dòng)功率控制（APC）：調(diào)整功率放大器輸出功率自動(dòng)頻率控制（AFC）：調(diào)整振蕩信號的頻率自動(dòng)相位控制（PLL）：調(diào)整振蕩信號的相位幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵瑣相環(huán)鑒相器PD環(huán)路濾波LF壓控振蕩VCOU1U2fo積分器—fo幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路加入積分器作為反饋環(huán)節(jié)后，頻率變相位同量綱比較！2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵瑣相環(huán)反饋加入分頻環(huán)節(jié)后用于頻率跟蹤鑒相器PD環(huán)路濾波LF壓控振蕩VCOU1U2fo積分器—fo分頻器Fo/N解決非整數(shù)采樣周期的跟蹤被測信號頻率問題！幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵直接數(shù)字頻率合成器相位控制字頻率控制字相位寄存器∑∑正弦查詢表數(shù)模轉(zhuǎn)換器低通濾波器時(shí)鐘相位累加器fout反饋數(shù)字頻率合成時(shí)，要輸出一個(gè)波形（如正弦波），應(yīng)該輸出一個(gè)周期內(nèi)的很多個(gè)點(diǎn)才能失真小，所以時(shí)鐘的頻率會(huì)是輸出波形頻率的x(fC=2nfout;x=2n)倍。時(shí)鐘每加一，相位就增加1/x，然后輸出查表、計(jì)算出的瞬時(shí)值，再繼續(xù)下一時(shí)鐘。當(dāng)x個(gè)周期后，就輸出（得到）一個(gè)完整的正弦波。這個(gè)計(jì)數(shù)累加器就是相位累加器。

幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵直接數(shù)字頻率合成器簡例相位累加器8位相位寄存器4位頻率控制字K4位頻率控制字P8位結(jié)果正弦輸出數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)28位結(jié)果8位地址正弦ROM數(shù)據(jù)8位D觸發(fā)器D0-D7Q0-Q78位D/A基準(zhǔn)時(shí)鐘fCclkclkclkD0-D7foutD0-D7Q0-Q7N=8;k=4;p=4fout=k×fc

/2nk為頻率字

P為相位字（調(diào)相）幾種常見的反饋應(yīng)用典型電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路PID模擬電路是應(yīng)用最多的電子調(diào)節(jié)器-+R1R2C2C1EUR使用電壓負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)并穩(wěn)定輸出電壓URkPTITD2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路開環(huán)測量A足夠大時(shí)，n1n2被抑制n1被測量變換1

H1變換2

H2yn2x-n1被測量變換1

H1變換2

H2yn2x反饋

KFA閉環(huán)反饋測量2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵NM雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較器1比較器2QQu0C1C2-ABUs-++R2D2D1R1幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路反饋振蕩2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵兩個(gè)n位A/D成為2n位A/D的方案（中國學(xué)者費(fèi)正生教授）nbitA/D>nbitD/AIN0+-nHnLD0—DnnbitA/DDn—DnIN02nbitVX2nVHVL負(fù)反饋放大調(diào)節(jié)幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵電阻測量是軍工、民用工業(yè)領(lǐng)域中常見的測量參數(shù)。若采用常見的電橋法、電位差計(jì)法、頻率法或數(shù)字歐姆表法進(jìn)行測量，均難以抵消基準(zhǔn)電源以及溫度的影響；因此需要校準(zhǔn)電源。幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵有基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的一個(gè)注入電流，流過被測電阻，所產(chǎn)生的電壓由一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器使之?dāng)?shù)字化，在轉(zhuǎn)換過程中消除基準(zhǔn)電壓的影響。2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路（1）（2）時(shí)鐘D/A10位計(jì)數(shù)器A/D控制邏輯恒流源RbRaUrefRLRoUL⊿UD(10bit)UDAIoIL-+-

（2）Ue2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵負(fù)反饋一種無需校準(zhǔn)的電阻測量法（德國學(xué)者石呂特）幾種用于測控系統(tǒng)的反饋電路測量原理

（3）

（4）

（5）RoRUeRLI1+-RkRkRU∑UoULIoIL2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵測量原理

（6）

由(2)

（7）

A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)：

(8)可見與基準(zhǔn)電壓無關(guān)，故無須校準(zhǔn)電源。將Ue代入（6）2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵測量原理精選電阻：

(9)有問題嗎？2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵討論：I1

為何忽略不計(jì)？

須有：

分子：

分母：

2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵fidXXX-=改成正反饋只有正反饋電路才能產(chǎn)生自激振蕩。+Xi

–f基本放大器A反饋網(wǎng)絡(luò)FX+doXX啟發(fā)學(xué)生求異—正反饋的用途自動(dòng)化學(xué)生理解正反饋的片面性——只有振蕩器使用正反饋技術(shù)2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用使用正反饋技術(shù)補(bǔ)償電阻測量的非線性(中國學(xué)者：王歡、沈國民、謝軍龍)_+RtR1R2R3R4V+V-ViVoVg正反饋鉑熱電阻阻值Rt與溫度之間存在非線性關(guān)系，在0~850℃范圍內(nèi)，其電阻與溫度的關(guān)系為：其中，a、b

為常數(shù)，R0、Rt對應(yīng)溫度為0℃

和t

℃

時(shí)鉑熱電阻的阻值，如當(dāng)分度號為Pt100時(shí)，R0=100.00Ω，Pt1000時(shí)，R0=1000.00Ω

。非線性2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用使用正反饋技術(shù)補(bǔ)償電阻測量的非線性(中國學(xué)者：王歡、沈國民、謝軍龍)_+RtR1R2R3R4V+V-ViVoVg正反饋(1)(2)(3)(4)2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用推導(dǎo)過程：(1)(2)(3)(1-1)(2-1)(2-1)(2-2)(2-3)(2-2)(4)2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵代入正反饋的應(yīng)用(1-1)(2-3)移項(xiàng)整理合并整理(4)2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用合并整理繼續(xù)整理繼續(xù)整理(4)2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用Vg加減項(xiàng)整理Vg合并整理(4)得到結(jié)果(4)2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用（5）令：且t=0℃,V0=Vg,設(shè)：代入（4）電橋平衡條件2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用（5）將：（6）電橋平衡條件①②④③02，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵正反饋的應(yīng)用④⑤分子分母同除以⑥⑦令：理想的I、K值使V0’=kt2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵啟示？電路設(shè)計(jì)離不開計(jì)算；細(xì)小問題的研究素養(yǎng)；創(chuàng)新的源泉在于“求異”。2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵★以上電路均非自控專家發(fā)明★發(fā)明源于電路（工程）應(yīng)用需求★“小技巧”蘊(yùn)含著反饋理論的“大道理”★遇到問題要“多思”、“聯(lián)想”、“求異”；關(guān)鍵是連續(xù)思維、鍥而不舍！2，選題、梳理、拓寬、啟發(fā)是專題講座關(guān)鍵啟示？電設(shè)競賽特色是用四天三夜時(shí)間半封閉完成一件作品！?。√魬?zhàn)杯：開放制作、一年時(shí)間嵌入式：開放制作、4個(gè)月時(shí)間機(jī)器人：開放制作、超過3個(gè)月時(shí)間其他：開放制作、超過3個(gè)月時(shí)間專家命題封閉制作教學(xué)內(nèi)容硬碰硬

大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的特色3，電子設(shè)計(jì)競賽引領(lǐng)大學(xué)生科技活動(dòng)電設(shè)競賽：半封閉制作、4天時(shí)間最早的競賽—極具引領(lǐng)作用以國外企業(yè)或合資企業(yè)參與的、政府舉辦的全國性大學(xué)生各種競賽特別吸引學(xué)生。自動(dòng)化學(xué)生可以參加多類競賽，獲獎(jiǎng)和不獲獎(jiǎng)均得到了鍛煉，受益匪淺。3，電子設(shè)計(jì)競賽引領(lǐng)大學(xué)生科技活動(dòng)

大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的規(guī)范性與廣泛性全國大學(xué)生電子競賽控制類題目年屆題目題數(shù)總題數(shù)備注19941無0219952無0419973水溫控制系統(tǒng)（C題）1419994無0520015自動(dòng)往返小車（C題）620036簡易智能電動(dòng)車（E題）液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置（F題）2620057懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（F題）1720078電動(dòng)車蹺蹺板（F題、J題）210本專各120099聲音導(dǎo)引系統(tǒng)（B題）模擬路燈控制系統(tǒng)（I題）29本專各1201110基于自由擺的平板控制系統(tǒng)（B題）智能小車（C題）、帆板控制系統(tǒng)（F題）38本2、專1合計(jì)116118%3，電子設(shè)計(jì)競賽引領(lǐng)大學(xué)生科技活動(dòng)全國大學(xué)生電子競賽控制類題目特點(diǎn)3，電子設(shè)計(jì)競賽引領(lǐng)大學(xué)生科技活動(dòng)趣味性觀賞性易上手單閉環(huán)測控理論指導(dǎo)！24V負(fù)載MSP430FG4618電流取樣電流取樣過流保護(hù)按鍵8VPWM控制器PWM控制器SR-BUCKSR-BUCK電壓反饋電壓反饋2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽A題（國家一等獎(jiǎng)）代表隊(duì)——運(yùn)用簡易串級控制系統(tǒng)全國大學(xué)生電子競賽運(yùn)用復(fù)雜反饋技術(shù)電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)3，電子設(shè)計(jì)競賽引領(lǐng)大學(xué)生科技活動(dòng)

強(qiáng)調(diào)理論與工程實(shí)踐并重！大學(xué)生的工程實(shí)踐能力表現(xiàn)為對所學(xué)知識的篩選、用對、用好的技能！大學(xué)生的理論能力表現(xiàn)為凝練、歸納、推導(dǎo)的本領(lǐng)只講理論，舉不出工程實(shí)例，學(xué)生認(rèn)為“沒意思”、“玩虛的”。只講實(shí)例，不推導(dǎo)公式，學(xué)生認(rèn)為