自动控制原理课程设计论文
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制原理是现代控制工程的基础理论之一,它研究的是自动控制系统的设计、分析和应用。
自动控制系统是一种能够根据系统的输入和输出自动调节控制对象的状态或行为的系统,它在工业生产、交通运输、航空航天等领域都有着广泛的应用。
本文将从控制系统的基本概念、控制系统的分类、控制系统的性能指标和控制系统的设计方法等方面进行论述。
首先,控制系统是由控制器、执行器和被控对象组成的。
控制器接收输入信号,经过处理后输出控制信号,控制被控对象的状态或行为。
执行器接收控制信号,执行控制指令,改变被控对象的状态或行为。
被控对象是控制系统要控制的对象,其状态或行为受到控制器和执行器的影响。
控制系统的基本概念对于理解控制系统的工作原理和设计方法具有重要意义。
其次,控制系统根据控制对象的性质和控制方式可以分为连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指控制对象的状态或行为是连续变化的,控制器和执行器的输入和输出信号也是连续变化的。
离散控制系统是指控制对象的状态或行为是离散变化的,控制器和执行器的输入和输出信号也是离散变化的。
控制系统的分类对于选择合适的控制方法和设计控制系统具有重要意义。
再次,控制系统的性能指标包括稳定性、灵敏度、动态性能和鲁棒性等。
稳定性是指控制系统在受到干扰或参数变化时能够保持稳定的特性。
灵敏度是指控制系统对于输入信号和参数变化的敏感程度。
动态性能是指控制系统对于输入信号的响应速度和抑制能力。
鲁棒性是指控制系统对于模型不确定性和外部干扰的抵抗能力。
控制系统的性能指标对于评价控制系统的性能和改进控制系统的性能具有重要意义。
最后,控制系统的设计方法包括传统控制方法和现代控制方法。
传统控制方法是指基于数学模型和经验法则设计控制系统的方法,如PID控制器和根轨迹法则。
现代控制方法是指基于状态空间理论和优化理论设计控制系统的方法,如状态反馈控制和最优控制。
控制系统的设计方法对于实现控制系统的性能指标和满足控制要求具有重要意义。
自动控制原理毕业设计论文
毕业设计(论文)题目:锅炉汽温的非线性控制系统设计院系:专业年级:学生姓名:学号:指导教师:【摘要】电厂锅炉主汽温具有大延迟、大惯性、非线性等特点,传统的PID控制很难取得满意的控制品质,本文在线性PID的基础上,引入跟踪微分器及非线性模块,构造出一种新型的非线性PID控制器,进而提出了汽温非线性PID控制方案,对其进行仿真,并进行了抗干扰能力和鲁棒性测试。
结果表明相比于线性PID,非线性PID 具有更好地控制品质,并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。
关键词:非线性PID控制器;电厂锅炉主汽温;使用Matlab仿真目录第一章引言..................................................... - 1 -1.1选题的背景及意义 (1)1.2国内外发展水平及面临的问题 (1)1.3课题研究内容 (2)第二章非线性PID控制器......................................... - 4 -2.1非线性理论 (4)2.1.1非线性控制的经典方法及局限性.............................. - 4 -2.1.2 非线性系统理论的最新发展及问题........................... - 5 - 2.2跟踪微分器(TD) (6)2.2.1 跟踪微分器的数学表达式................................... - 7 -2.2.2 跟踪微分器的数学模型的搭建(simulink下的实现)........... - 8 -2.2.3 跟踪微分器的仿真实现与分析.............................. - 10 - 2.3非线性组合 .. (13)2.3.1 几种典型的非线性组合.................................... - 13 -2.3.2非线性组合的数学模型实现................................. - 14 -2.3.3非线性组合的simulink搭建及仿真实现...................... - 14 - 2.4非线性PID控制器 .. (15)2.5α、δ对非线性函数FAL的影响及假设 (17)2.5.1 α对非线性函数fal的影响............................... - 17 - 2.6δ对跟踪微分器的影响. (20)第三章电厂主汽温控制系统方案 ................................... - 22 -3.1火电厂主汽温常规控制方案 (22)3.1.1 串级调节系统............................................ - 22 -3.1.2 仿真实例................................................ - 23 -3.2火电厂主汽温非线性PID控制方案 (24)第四章主汽温非线性控制的仿真研究 ............................... - 26 -4.1线性比例与非线性比例作用的比较与分析 (26)4.1.1参数设置................................................. - 26 -4.1.2 仿真实现与结果分析...................................... - 26 -4.2线性积分与非线性积分作用的比较与分析 (27)4.2.1 参数设置................................................ - 27 -4.2.2 仿真实现与结果分析...................................... - 27 -4.3线性比例微分与非线性比例微分作用的比较与分析. (28)4.3.1 参数设置................................................ - 28 -4.3.2 仿真实现与结果分析...................................... - 29 -4.4线性PID与非线性PID作用的比较与分析 (30)4.4.1 参数设置................................................ - 30 -4.4.2 仿真实现与结果分析...................................... - 30 -4.5非线性PID抗干扰能力测试与分析 (31)4.5.1 PID抗干扰能力测试....................................... - 31 -4.5.2 不含TD非线性PID抗干扰能力测试......................... - 32 -4.5.3 含TD的非线性PID抗干扰能力测试......................... - 33 -4.6非线性PID鲁棒性测试与分析. (34)第五章结论.................................................... - 37 -5.1结论 (37)5.2展望 (37)致谢................................................. 错误!未定义书签。
自动控制原理专业课程设计方案报告
自控课程设计 课程设计(论文)设计(论文)题目 单位反馈系统中传输函数研究学院名称 Z Z Z Z 学院 专业名称 Z Z Z Z Z学生姓名 Z Z Z 学生学号 Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z 任课老师 Z Z Z Z Z设计(论文)成绩单位反馈系统中传输函数研究一、设计题目设单位反馈系统被控对象传输函数为 )2)(1()(00++=s s s K s G (ksm7)1、画出未校正系统根轨迹图,分析系统是否稳定。
2、对系统进行串联校正,要求校正后系统满足指标: (1)在单位斜坡信号输入下,系统速度误差系数=10。
(2)相角稳定裕度γ>45º , 幅值稳定裕度H>12。
(3)系统对阶跃响应超调量Mp <25%,系统调整时间Ts<15s3、分别画出校正前,校正后和校正装置幅频特征图。
4、给出校正装置传输函数。
计算校正后系统截止频率Wc和穿频率Wx。
5、分别画出系统校正前、后开环系统奈奎斯特图,并进行分析。
6、在SIMULINK中建立系统仿真模型,在前向通道中分别接入饱和非线性步骤和回环非线性步骤,观察分析非线性步骤对系统性能影响。
7、应用所学知识分析校正器对系统性能影响(自由发挥)。
二、设计方法1、未校正系统根轨迹图分析根轨迹简称根迹,它是开环系统某一参数从0变为无穷时,闭环系统特征方程式根在s平面上改变轨迹。
1)、确定根轨迹起点和终点。
根轨迹起于开环极点,最终开环零点;本题中无零点,极点为:0、-1、-2 。
故起于0、-1、-2,最终无穷处。
2)、确定分支数。
根轨迹分支数和开环有限零点数m和有限极点数n中大者相等,连续而且对称于实轴;本题中分支数为3条。
3)、确定根轨迹渐近线。
渐近线和实轴夹角为φa,交点为:σa。
且:φa=(2k+1)πn−m k=0,1,2······n-m-1; σa=∈pi−∈zin−m;则:φa=π3、3π3、5π3;σa=0−1−23=−1。
大学选修课自动控制原理论文
大学选修课自动控制原理论文自动控制是在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或控制装置,使机器、设备或控制对象的某个工作状态或参数(被控量)自动地按照预定的规律运行。
对传统的工业生产过程用动控制技术,可以有效提高产品的质量和企业的经济效益。
在科技高速发展的今天,自动控制技术在工农业生产、国防和科学技术领域中,都有着十分重要的作用。
在短短一百年中,自动控制理论得到了令人吃惊的发展,对人类社会产生了巨大的影响。
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。
它既是一门古老的、已臻成熟的学科,又是一门正在发展的、具有强大生命力的新兴学科。
从1868年马克斯威尔提出低阶系统稳定性判据至今一百多年里,自动控制理论的发展可分为四个主要阶段:第一阶段:经典控制理论(或古典控制理论)的产生、发展和成熟;第二阶段:现代控制理论的兴起和发展;第三阶段:大系统控制兴起和发展阶段;第四阶段:智能控制发展阶段。
第一阶段的经典控制理论的基本特征是主要用于线性定常系统的研究,即用于常系数线性微分方程描述的系统的分析与综合;它只用于单输入,单输出的反馈控制系统;只讨论系统输入与输出之间的关系,而忽视系统的内部状态,是一种对系统的外部描述方法。
所用的基本方法:根轨迹法,频率法,PID调节器(频域)。
控制理论的发展初期,是以反馈理论为基础的自动调节原理,主要用于工业控制。
反馈理论用于反馈控制。
反馈控制是一种最基本最重要的控制方式,引入反馈信号后,系统对来自内部和外部干扰的响应变得十分迟钝,从而提高了系统的抗干扰能力和控制精度。
与此同时,反馈作用又带来了系统稳定性问题,正是这个曾一度困扰人们的系统稳定性问题激发了人们对反馈控制系统进行深入研究的热情,推动了自动控制理论的发展与完善。
因此从某种意义上讲,古典控制理论是伴随着反馈控制技术的产生和发展而逐渐完善和成熟起来的。
第二次世界大战期间,为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统等基于反馈原理的军用装备,进一步促进和完善了自动控制理论的发展。
自动控制原理课程设计论文
自动控制理论课程设计设计题目系统建模姓名李滔学号1009101058专业自动化班级1003指导教师李俊华设计时间2012年12月9日目录第一章绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 设计要求 (2)1.3 设计内容 (2)第二章具体设计方案 (3)2.1 利用根轨迹分析原系统稳定性 (3)2.2 系统校正 (4)2.3 Bode图的绘制 (6)2.4奈奎斯特图的绘制 (7)第三章用simulink对系统进行仿真 (8)3.1 原系统在simulink中建立的模型 (8)3.2 校正后系统在simulink中建立的模型 (10)3.3 分析校正器对系统性能的影响 (11)第四章总结 (12)第一章绪论1.1设计背景自动控制作为一种重要的技术手段,在工程技术和科学研究中起着极为重要的作用。
对于一个已经完成的系统,它的各个参数是确定的,稳定性也是确定的。
当某一系统不稳定或者不满足设计要求时,就需要我们来对系统进行校正以使得系统稳定或者满足设计要求。
自动控制系统是否能够很好地工作,是否能精确地保持被控制量按照预定的要求规律变化,这取决于被控对象和控制及各元器件的结构和特性参数是否设计得当。
在理想情况下,控制系统的输出量和输入量在任何时候均相等,系统完全无误差,且不受干扰影响。
然而,在实际系统中,由于各种原因,系统在受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时,被控制量将偏离输入信号作用前的初始值,经历一段冬天过程(过度过程),则系统控制性能的好坏,可以从动态过程比较充分地表现出来。
控制精度是衡量系统技术性能指标的重要尺度。
一个高品质的系统,在整个运行过程中,被控量对给定的偏差应该是最小的。
考虑动态过程在不同阶段中的特点,工程上通常从稳、准、快三个方面来衡量自动控制系统。
对不同的控制对象,系统对稳、准、快的要求有所侧重。
统一系统中,稳、准、快是相互制约的。
提高过程的快速性,可能会加速系统振荡;改善了平稳性,控制过程又可能拖长,甚至使最终精度也变差。
自动控制原理 课程设计报告 范文
目录一、课设的任务与要求 (1)I、课设的题目与问题 (1)II课设的范化要求 (1)二、设计正文 (2)I、第一问 (3)1-1 题目的处理 (3)1-2 题目的代码 (3)1-3 运行的的结果 (3)1-4 比较 (4)II 、第二问 (4)2-1 题目的处理 (5)2-2 题目的代码 (5)2-3 运行的结果 (5)K>0 (6)K<0 (6)III、第三问 (6)3-1 题目的处理 (6)3-3 运行的结果 (7)3-4 结论 (8)IV、第四问 (8)第四问中的第一小题 (8)4-1-1题目的分析 (8)4-1-2题目的代码 (8)4-1-3运行结果 (9)4-1-4 系统的校正 (9)4-1-4-1 超前校正 (9)4-1-4-2 滞后校正 (10)第四问中的第二小题 (11)4-2-1题目的分析 (11)4-2-2题目的代码 (11)4-2-3 运行的结果 (12)4-2-4 系统校正 (12)4-2-4-1 超前校正 (12)4-2-4-2 滞后校正 (13)三、附录 (16)第一问 (16)第二问 (17)K>0 (17)K<0 (17)第三问 (18)第四问 (19)第一题 (19)未校正的单位阶跃响应图 (19)未校正前的BODE 图 (19)超前校正 (19)滞后校正 (21)第二题 (21)未校正的单位阶跃响应图 (22)可得未校正前的BODE 图 (22)超前校正 (22)滞后校正 (23)滞后—超前校正 (24)四、总结 (26)五、参考文献 (26)一、课设的任务与要求I 、课设的题目与问题题目:已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数)11.0()(+=s s K s G k问题: 1. 分析系统单位阶跃响应的时域性能指标2. 当(),k ∈-∞+∞时,绘制系统的根轨迹,分析系统的稳定性3. 对系统进行频域分析,绘制其Nyquist 图及Bode 图,确定闭环系统的稳定性4. 用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计,使系统满足如下动态及静态性能指标:4.1设计串联校正满足下列性能指标(1)在单位斜坡信号t t r =)(作用下,系统的稳态误差01.0≤ss e ;(2)系统校正后,相位裕量0''45)(>c ωγ。
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制原理是现代控制工程的基础理论之一,它主要研究自动控制系统的基本原理、方法和技术。
自动控制系统是一种能够在没有人为干预的情况下,根据给定的规律,自动地对被控对象进行控制的系统。
它在工业生产、交通运输、航空航天、军事防卫等领域都有着广泛的应用。
自动控制原理的研究对象主要包括控制系统的建模、分析、设计和实现。
其中,控制系统的建模是自动控制原理的基础,它是指根据被控对象的特性和控制要求,将被控对象和控制器之间的关系用数学模型来描述。
常见的被控对象包括机械系统、电气系统、热力系统等,而控制器则可以是PID控制器、状态空间控制器、模糊控制器等。
通过建立准确的数学模型,可以为控制系统的分析和设计提供有力的支持。
控制系统的分析是指对已建立的数学模型进行稳定性、灵敏度、性能等方面的分析。
稳定性是控制系统的基本特性之一,它决定了系统在受到干扰或参数变化时的稳定性能。
灵敏度则是指控制系统对于参数变化的敏感程度,而性能则是指控制系统在实际工作中的控制质量。
通过对控制系统的分析,可以评估系统的性能指标,为系统的设计和改进提供依据。
控制系统的设计是自动控制原理的核心内容,它主要包括控制器的设计和参数的选择。
在控制器的设计中,需要根据被控对象的特性和控制要求,选择合适的控制策略和控制器结构。
同时,还需要对控制器的参数进行合理的选择和调整,以实现系统的稳定性、快速性和抗干扰能力。
在控制系统的设计过程中,需要综合考虑系统的动态特性、稳定性要求、性能指标等因素,以实现系统的最优控制。
控制系统的实现是自动控制原理的最终目标,它是指将设计好的控制系统实现到实际工程中,并进行调试和优化。
在控制系统的实现过程中,需要考虑系统的可靠性、实时性、成本等因素,以实现系统的可行性和实用性。
同时,还需要对控制系统进行调试和优化,以保证系统在实际工作中能够达到预期的控制效果。
总的来说,自动控制原理是一门理论与实践相结合的学科,它不仅包括控制系统的基本原理和方法,还涉及到工程技术和应用领域。
自动控制理论论文15篇(基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践)
自动控制理论论文15篇基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践自动控制理论论文摘要:在多年自动控制理论教学实践中,笔者对“控制理论”学以致用,在充分分析课程特点、考察教学过程的基础上,利用控制理论基本思想,发挥专业优势,分别针对目标制定、反馈设置、干扰抑制、控制手段等方面找到教学活动的对应环节,摸索出适合电类、机电类专业学生学习的教学方法。
同时,对其他课程体系建设具有一定的借鉴作用。
关键词自动控制理论自动论文自动自动控制理论论文:基于控制系统分析的自动控制理论课程建设及实践[摘要]自动控制理论课是电类专业的基础课程,在课程设置和学生培养中占有重要地位。
利用控制理论基本思想,指导该课程的建设过程,分析了教学过程的系统构成特性、制约因素及相应的解决方法。
通过多年的教学实践,取得了较好的教学效果。
[关键词]自动控制理论;系统分析;反馈;课程建设0 引言深化教学改革,提高教学质量,强化素质教育是当前高等学校教改的重要主题,而更重要的是教育思维模式的更新与变革。
所谓“教有法无定法”,但每位肩负“传道、授业、解惑”职责的教师都希望收到事半功倍的效果。
在专业课自动控制理论多年的教学工作中,笔者也在不断理解社会发展变革对其的新要求,调整具体的授课思路与方法,摸索新的教学策略。
本文将控制理论恰当地应用到自动控制理论教学之中,采取反馈控制手段,在教学实践中,有效地提高教学质量。
1 课程特点及控制系统结构自动控制理论课程是电气类、机电类专业的一门理论性很强的专业基础课,在学生培养过程中占有重要的地位,一般都在大学三年级第一学期或第二学期开设。
这门课有其自身的特点,如知识系统连接较为紧密、计算性强、作图方法多;课程中知识点多且抽象,而且对数学基础要求较高,涉及到的数学知识包括高等数学、线性代数、积分变换、复变函数等;与工程实际联系较为紧密。
在教学中必须要遵循由浅入深、从易到难的规律,对先修课程应有一定程度的理解,并在此基础上以系统的、整体的观念实施教学。
自动控制原理论文六篇
自动控制原理论文六篇自动掌握原理论文范文11.1授课理论性较强授课理论性强不利于培育理论联系实际的科学观点,不利于提升同学对专业的学习爱好。
为保证掌握理论的完整性和透彻性,若老师在授课过程中把过多时间和精力集中于原理讲解和公式推导上,就很难有充分的时间将理论学问与系统应用实例相结合,造成许多同学误认为该课程是一门应用数学课程,简单产生畏难心理。
另外,定单班的同学面临毕业即就业,没有升学再深造的压力,他们所关怀的是所学学问是否会用到将来的工作岗位中。
因此,课堂上讲授过多或过深的理论学问不利于提升同学对专业的学习爱好。
1.2缺少煤矿电气背景的相关实例通过与工作后的毕业生沟通,发觉有一条信息特别突出:大部分毕业生很难将自动掌握原理中所学的分析与设计方法应用到工程实践中。
这主要是由于所学课程大部分实例与同学所学专业相关性不强,多数同学对案例中涉及的专业背景不熟识,导致同学对学习课程的必要性、重要性和有用性熟悉模糊,学习爱好不高,学习“自动掌握原理”死搬硬套,应付考试的现象严峻,缺少敏捷运用和开拓创新的思路。
上述这些问题直接弱化了“自动掌握原理”作为专业基础课程的作用。
2“自动掌握原理”授课内容调整为顺应煤炭电气化进展需求和人才培育定位,突出煤矿电气特色教学目标,从课程教学内容、教学实例等方面进行讨论和探究,对课程的基础理论与实践教学进行优化。
2.1优化授课的内容体系、深度和广度讨论各章节基本内容的联系,调整课程授课体系,以系统建模、分析和综合设计为主,突出煤炭行业背景,注意基础学问的敏捷运用。
“自动掌握原理”在传统教学上始终沿用自动化专业的授课体系,造成“自动化类”和“非自动化类”的界限模糊。
对于定单班该课程学时数少的状况,若按“自动化类”体系授课,只能加大课时信息量,造成同学对教学内容难以准时有效消化,影响教学效果。
讨论如何在有限学时内让同学娴熟把握掌握原理的基本理论,并突出煤炭电气工程实践力量培育,成为构建定单班授课体系的关键。
自动控制原理论文
自动控制原理论文研究背景和目的自动控制原理是一种重要的控制理论和技术,广泛应用于工业自动化、交通运输、机械设备、航空航天等领域。
本论文旨在深入研究自动控制原理,总结其基本原理和应用,探讨其在实际工程中的作用和优势。
自动控制原理的基本原理自动控制原理基于系统控制的理论和方法,通过对系统的建模和分析,以实现对系统状态的精确控制和调节。
其中,控制器、传感器和执行器是自动控制系统中的三个主要组成部分。
控制器根据传感器采集到的系统状态反馈信息,通过计算和比较,生成合适的控制信号,然后通过执行器对系统进行控制。
自动控制原理的应用自动控制原理在各个领域都有广泛的应用。
在工业自动化领域,自动控制原理可以实现对生产过程的自动化控制,提高生产效率和质量。
在交通运输领域,自动控制原理可以应用于交通信号灯控制、智能交通系统等,提高交通流量和交通效率。
在机械设备领域,自动控制原理可以实现对机器人的自主控制,提高生产效率和工作精度。
在航空航天领域,自动控制原理可以应用于飞行控制系统,提高飞行安全和飞行效率。
自动控制原理的优势和挑战自动控制原理具有以下优势:准确性高、响应速度快、适应性强、稳定性好等。
然而,自动控制原理也面临一些挑战,比如系统建模的精确性、参数调节的复杂性、控制器设计的难度等。
为了克服这些挑战,研究人员不断探索新的理论和方法,并结合实际工程应用进行优化和改进。
结论自动控制原理是一种重要的控制理论和技术,在各个领域都有广泛的应用。
通过深入研究和总结,可以更好地理解自动控制原理的基本原理和应用,并为实际工程应用提供指导和支持。
未来,研究人员可以进一步优化和改进自动控制原理,以适应不断发展的工程需求。
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制学科是近几十年来了发展起来的一门很重要的学科。
它的发展很迅速,特别是计算机的快速发展,更加快了它的发展,尤其是工业自动化技术近年来的发展。
自动化学科研究的范围也是很广泛的,对实现我国工业、农业、国防和科学技术现代化、对迅速提升我国综合国力具有重要和积极作用。
自动控制(automatic control)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置,使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。
自动控制是相对人工控制概念而言的。
指的是在没人参与的情况下,利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。
自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
自动控制是工程科学的一个分支。
它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响,以使得输出值接近我们想要的值。
从方法的角度看,它以数学的系统理论为基础。
我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
基础的结论是由诺伯特·维纳,鲁道夫·卡尔曼提出的。
举例:室内温度的调节室内温度的调节是一个简明易懂的例子。
目的是把室内温度保持在一个定值θ,尽管开窗等因素使得室内热量散发出室外(干扰d)。
为了达到这个目的,加热必须被适当的影响。
通过阀门的调节,温度就会保持恒定。
除此之外,在人们有感觉之前,暖器热水的温度也会受外界温度的干扰。
其余的例子还有三油桶系统。
自动控制领域的发展过程150多年前第一代过程控制体系是基于5-13psi的气动信号标准(气动控制系统PCS,Pneumatic Control System)。
简单的就地操作模式,控制理论初步形成,尚未有控制室的概念。
第二代过程控制体系(模拟式或ACS,Analog Control System)是基于0-10mA或4-20mA的电流模拟信号,这一明显的进步,在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。
自动控制原理论文
自动控制原理论文自动控制原理是现代工程技术中的重要基础学科,它是研究自动控制系统的基本原理、方法和技术,是控制科学与工程技术的一个重要分支。
自动控制系统是指能够自动地对被控对象进行控制的系统,其基本组成包括被控对象、控制器和执行机构。
自动控制原理的研究对象是自动控制系统的设计、分析、综合、优化、仿真等问题,其研究内容包括控制系统的数学模型、控制系统的性能分析与设计、控制系统的稳定性、鲁棒性、性能指标、控制系统的设计方法和技术等。
自动控制原理的研究内容非常丰富,主要包括控制系统的数学模型、控制系统的性能分析与设计、控制系统的稳定性、鲁棒性、性能指标、控制系统的设计方法和技术等。
其中,控制系统的数学模型是自动控制原理研究的基础,它是通过对被控对象和控制器进行建模,得到控制系统的数学描述,为控制系统的分析与设计提供了基础。
控制系统的性能分析与设计是自动控制原理研究的核心内容,它是通过对控制系统的数学模型进行分析,得到控制系统的性能指标,然后设计控制器,使得控制系统满足性能指标要求。
控制系统的稳定性、鲁棒性是自动控制原理研究的重点内容,它是研究控制系统在不同工况下的稳定性和鲁棒性,以及对控制系统的稳定性和鲁棒性进行设计。
自动控制原理的研究方法主要包括数学分析、仿真实验、实际应用等。
数学分析是自动控制原理研究的基本方法,通过对控制系统的数学模型进行分析,得到控制系统的性能指标,然后设计控制器,使得控制系统满足性能指标要求。
仿真实验是自动控制原理研究的重要方法,通过对控制系统的数学模型进行仿真实验,得到控制系统的性能指标,然后设计控制器,使得控制系统满足性能指标要求。
实际应用是自动控制原理研究的最终目的,通过对控制系统的实际应用,验证控制系统的性能指标,进而改进控制系统的设计方法和技术。
自动控制原理的研究领域非常广泛,涉及到工程技术、信息技术、生物医学、环境保护等领域。
在工程技术领域,自动控制原理主要应用于机械工程、电气工程、航空航天、交通运输等领域,用于控制机械设备、电气设备、航空器、交通工具等系统。
自动控制原理论文
文档可能无法思考全面,请浏览后下载!自动控制原理课程设计专业:测控技术与仪器设计题目:控制系统的综合设计超前校正班级:学生姓名:学号: 10号指导教师:分院院长:教研室主任:电气工程学院目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1 设计内容 (1)1.2 课程设计要求 (1)1.3 课程设计报告要求 (2)第二章超前校正理论与计算 (4)2.1 采用超前校正的一般步骤 (4)2.2 理论计算过程 (4)第三章 Matlab程序设计 (7)3.1 关于MATLAB (7)3.2 MATLAB程序的功能特点 (7)3.3 MATLAB仿真设计 (8)3.4 绘制原系统对数频率特性 (8)3.5 绘制校正装置对数频率特性 (9)3.6 绘制校正后系统对数频率特性 (10)第四章 Simulink仿真设计 (12)4.1 Simulink仿真设计 (12)4.2 原系统单位阶跃响应 (13)4.3 校正后系统单位阶跃响应 (14)4.4 校正前、后系统单位阶跃响应 (15)4.5 校正前、后系统阶跃响应曲线比较 (16)第五章硬件电路设计及参数R、C值 (17)5.1 硬件电路 (17)5.2 参数R、C的值 (18)总结 (19)参考文献 (20)附录 (21)第一章 课程设计内容与要求分析1.1设计内容针对二阶系统)1()(+=s s Ks W ,利用有源串联超前校正网络(如图所示)进行系统校正。
当开关S 接通时为超前校正装置,其传递函数11)(++-=Ts Ts K s W c c α,其中132R R R K c +=,1)(132432>++=αR R R R R ,C R T 4=,“-”号表示反向输入端。
若K c =1,且开关S 断开,该装置相当于一个放大系数为1的放大器(对原系统没有校正作用)。
图1-1超前校正电路1.2 课程设计要求1.引入该校正装置后,单位斜坡输入信号作用时稳态误差1.0)(≤∞e ,开环截止频率c’≥4.4弧度/秒,相位裕量γ’≥45°。
自动控制原理课程设计范文
1 +恋1 +cffs第一章串联校正装置的结构特性自动控制原理课程设计是综合性与实践性较强的教学环节。
本课程设计的任务是使学生 初步掌握控制系统数字仿真的基本方法,同时学会利用 MATLAB 语言进行控制系统仿真和辅 助设计的基本技能,为今后从事控制系统研究工作打下较好的基础。
1.1超前校正装置图1.1分别为无源和有源超前校正网络。
对于无源校正装置 (a),忽略该网络的输入阻抗和输出阻抗效应,则其传递函数为:•S ---GCc) = ^)= ll±^ = _邑 ° E ⑶0 1+宠卄丄 T式中,图1.1CL — .式中, ,对于有源校正装置(b ),其对应的传递函数为:另一在式(6-3)中,令r..则(6-3)可写成如下形式: 阴…霁严十卜上式即为实际的比例微分控制器(PD 的传递函数的表达式1.2超前校正装置的极点及频率特性超前校正装置的零、极点分布如 图1.2所示,由于/',故|「门的零点总在其极点的右侧。
由式(6- 1)和式(6-2)可知,在采用超前校正网络时,频率特性为:式中系统的开环增益会有 ./ (或片)倍的衰减。
对此,用放大倍数附加放大器予以补偿。
经补偿后,令 -1+局帀£ =二丫=7 —其传递函数与式(6-5)对应的幅频特性的表达式分别为:炉(少)=沁堤祖T _赵览Q 应其相应的极坐标如 图1.3。
由图可见,超前校正装置的极坐标是一个位于第一象十 1 仏)」]ifl/ct-1) 限的半圆,圆心坐标L ° 」,半径为2 。
从坐标原点到半圆作切线,它与正实轴的夹角即为该校正装置的最大超前角,且有:卫(切点伽)|二 |]十(边亍*1 + (辺叶 此最大超前角对应的频率可由公式得到。
令 ,则有:m 1.2零、租点分布对公式的幅频特性取对数坐标,有:根据上式,可令rT - 1,•-,利用如下Matkab 语句作出它的伯德图,如1.4所示。
图1.4alpha=0.1; T=1;Gc=tf([T,1],[alpha*T,1]);[x0,y0,w]=Bode(Gc);[x,y]=bode_asymp(Gc,w);subplot(211),semilogx(w,20*log10(x0(:)),x,y) subplot(212),semilogx(w,y0(:))£仙)二 201g|C?t 血)| 二 201,g-20®由式(6—7)可知,由于,因而当时,校正网络的相位总是正值。
自动控制技术课程设计报告大学论文
课程设计报告课程编号j1630102课程名称自动控制原理课程设计学生姓名所在班级自动化1132联系电话实施地点钟海楼04007起止时间2015.6.15--2015.6.19指导教师职称副教授一、课程设计的意义1.学习和掌握典型高阶系统动静态性能指标的测试方法。
2.分析典型高阶系统参数对系统稳定性和动静态性能的影响。
3.掌握典型系统的电路模拟和数字仿真研究方法。
二、课程设计的内容已知典型三阶系统的结构方框图如图1所示:其开环传递函数为)1)(1()(21021++=S T S T S T K K S G ,本实验在此开环传递函数基础上做如下实验内容:1.典型三阶系统电路模拟研究; 2.典型三阶系统数字仿真研究;3.分析比较电路模拟和数字仿真研究结果。
三、课程设计的要求Step1.根据给出的三阶开环系统传递函数)1)(1()(21021++=S T S T S T K K S G ,设计一个由积分环节S T 01和惯性环节111+S T K 与122+S T K 组成的三阶闭环系统的模拟电路图;Step 2.在输入端加入阶跃信号,其幅值为3V 左右,输入、输出端分别接双踪示波器两个输入通道;Step3.单方向调节电位器(即改变开环增益),使系统的输出响应分别为稳定状态、临界稳定状态和不稳定状态,记录对应的电位器的电阻值,同时观察并记录输出波形,了解参数变化对系统稳定性的影响;Step4.调节电位器,使系统处于稳定状态,观察示波器读出系统稳定时的输出电压值,读出系统的超调量、调节时间和稳态误差并记录,测量时,输入电压值保持不变;图1 典型三阶系统结构方框图图1 典型三阶系统的结构方框图Step5.保持电位器不动(增益不变),改变三环节时间常数T 0,T 1,T 2,观察时间参数改变对系统动静态性能的影响,并记录对应的响应曲线;Step6.调用数字仿真软件Matlab 中的Simulink ,完成上述典型系统的动静态性能研究,并与模拟电路的研究结果相比较; Step 7.分析结果,完成课程设计报告。
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自动控制原理结课论文论文题目:时域分析的Matlab实现时域分析的Matlab实现摘要分析和设计系统的首要工作是确定系统的数学模型。
一旦建立了合理的、便于分析的数学模型,就可以对已组成的控制系统进行分析,从而得出系统性能的改进方法。
经典控制理论中,常用时域分析法、根轨迹法或频率分析法来分析控制系统的性能。
本文采用MA TLAB 语言编程实现了高阶系统时域分析,分析了其稳定性、快速性、准确性,并应用实例验证了其有效性。
[关键词] 时域分析高阶系统MATLAB 实现目录一、引言 (3)二、时域分析基础理论 (3)(一)典型输入信号和时域性能指标 (3)1、典型输入信号 (3)2、时域性能指标 (4)(二)一阶系统的时域分析 (5)1、单位阶跃响应 (5)2、单位斜坡响应 (6)3、单位脉冲响应 (7)(三)高阶系统的时域分析 (7)三、基于MATLAB实现高阶系统的时域分析 (8)四、高阶系统时域分析的MATLAB 实现 (9)(一)应用经典法求解 (10)(二)MATLAB实现 (10)1、系统稳定性分析 (10)2、系统的快速性分析 (12)3、系统的准确性分析 (13)(三)应用MATLAB分析系统的动态特性 (13)五、结论 (14)参考文献 (15)时域分析的Matlab 实现一、引言信号与系统的分析在自动控制领域有十分重要的作用。
进行分析时,一般先抽象为数学模型,然后讨论系统本身的初始状态以及不同激励时的响应。
对于高阶的微分方程,由于计算量庞大,人工计算难于实现。
经典控制理论对高阶系统进行时域分析通常采用拉氏反变换的方法求系统响应,系统阶次越高,进行拉氏反变换的困难就越大,因此,用经典法对高阶系统进行时域分析是一件较困难的事。
本文采用MA TLAB 语言编程,设计了对高阶系统进行时域性能辅助分析程序,充分发挥了MATLAB 人机交互性好、函数调用方便、数学运算与绘图功能强大的优势,使分析效率和准确性大为提高。
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目录一、设计目的--------------------------2二、设计任务与要求----------------------22.1设计任务--------------------------22.2设计要求--------------------------2三、设计方法步骤及设计校正构图------------33.1校正前系统分析----------------------3 3.2校正方法及校正构图-------------------53.3校正后验证-------------------------6四、课程设计小结与体会------------------10sys=feedback(G,1);step(sys)grid on阶跃响应曲线为:图2 校正前系统的单位阶跃响应图由上图可以看出,系统在阶跃输入下不能保持稳定,开始时振荡比较小,超调量也比较小,但振荡逐渐增大,最终也不能保值稳定。
校正前bode 图图3 校正前系统的bode 图由上图可知,相角欲度,截止频率,幅值欲074.8-=r s rad wc /32.8=度为无穷大。
显然,此时系统的相角裕度不符合要求,故该系统需要校正。
由于校正前系统已有一定的相角欲度,因此可以考虑引入串联滞后校正装置以满足相角欲度的要求。
3.2、系统校正过程(1)根据相角裕量的要求,再考虑到串接滞后校正装置的相角滞后,045≥γ从未校正系统的频率特性曲线图2上,找出对应相角-180°+(45°+5°)=-130°处的频率wc’≈2.43rad/s,wc’将作为校正后系统的增益交界频率。
(2)确定滞后装置的传递函数 Gc=(1+aTs)/(1+Ts)···················①①根据滞后校正装置的最大幅值和原系统在wc’上的幅值相等条件,求出a值。
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《自动控制原理(下)》课程论文1011自动化XX2010XXXX2013.4非线性控制系统摘要:非线性控制系统是用非线性方程来描述的非线性控制系统。
系统中包含有非线性元件或环节。
状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。
状态变量和输出变量相对于输入变量的运动特性不能用线性关系描述的控制系统。
线性因果关系的基本属性是满足叠加原理。
在非线性控制系统中必定存在非线性元件,但逆命题不一定成立。
描述非线性系统的数学模型,按变量是连续的或是离散的,分别为非线性微分方程组或非线性差分方程组。
非线性控制系统的形成基于两类原因,一是被控系统中包含有不能忽略的非线性因素,二是为提高控制性能或简化控制系统结构而人为地采用非线性元件。
关键字:非线性系统相平面法描述函数法正文:一、非线性特性典型非线性特性(1)非线性系统的特点①叠加原理无法应用于非线性微分方程中。
②非线性系统的稳定性不仅与系统的结构和参数有关,而且与系统的输入信号和初始条件有关。
③线性系统的零输入响应形式与系统的初始状态无关,而非线性系统的零输入响应形式与系统的初始状态却有关。
④有些非线性系统,在初始状态的激励下,可以产生固定振幅和固定频率的自激振荡或极限环。
(2)典型非线性特性二、非线性控制系统的应用条件非线性系统的分析远比线性系统为复杂,缺乏能统一处理的有效数学工具。
在许多工程应用中,由于难以求解出系统的精确输出过程,通常只限于考虑:①系统是否稳定。
②系统是否产生自激振荡(见非线性振动)及其振幅和频率的测算方法。
③如何限制自激振荡的幅值以至消除它。
例如一个频率是ω的自激振荡可被另一个频率是ω1的振荡抑制下去,这种异步抑制现象已被用来抑制某些重型设备的伺服系统中由于齿隙引起的自振荡。
三、非线性系统的奇特现象非线性系统中会出现一些在线性系统中不可能发生的奇特现象,归纳起来有如下几点:①线性系统的稳定性和输出特性只决定于系统本身的结构和参数。
自动控制论文15篇(浅谈自动控制理论实验教学研究)
自动控制论文15篇浅谈自动控制理论实验教学研究自动控制论文摘要:自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
自动控制是工程科学的一个分支。
它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响,以使得输出值接近我们想要的值。
从方法的角度看,它以数学的系统理论为基础。
我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
基础的结论是由诺伯特·维纳,鲁道夫·卡尔曼提出的。
关键词自动控制论文自动控制自动化自动控制论文:浅谈自动控制理论实验教学研究论文关键词:自动控制理论;实验教学;创新能力论文摘要:对当前自动控制理论实验教学方法与实验仪器进行分析,提出教学方法和教学仪器的改革措施。
通过开设新的实验内容和研制新的教学仪器,使学生更好地完成自动控制理论实验的学习任务,提高学生的综合能力和创新能力。
“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律,为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。
该课程是一门重要的测控类专业的基础课,具有较强的理论性,与前续课程联系紧密,知识面广,学生不易理解掌握[2-3]。
学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础,而且能在今后从事专业工作时,直接运用它去分析和解决实际技术问题。
对于工程实践具有重要的指导作用,受到人们的广泛重视。
在本课程的教学中,实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。
1 当前实验教学的不足长期以来,传统的实验教学被一种固定的模式所束缚,教学内容陈旧,教学方法呆板,在一定程度上限制了学生的主动性和积极性,难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情,没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历,抑制了学生个性的发展,这样不利于对学生创新能力的培养[4]。
1.1 实验内容固定传统的实验主要是按章节进行验证性实验,实验仪器功能固定,实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中,对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析,不利于学生创新能力的培养。
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Harbin Institute of Technology自动控制原理课程设计论文课程名称:自动控制原理课程设计设计题目:控制系统的设计与仿真院系:班级:设计者:学号:指导教师:设计时间:哈尔滨工业大学自动控制原理课程设计任务书 设计题目:控制系统的设计与仿真一 题目要求1.已知控制系统直流电机的主要参数如下:电机转动惯量=m J 1.1B.FTS^2 负载转动惯量=l J 35kg.m^2 电机转矩灵敏度=t K 6B.FT/A 反电势系数=e K 8.1v/rad/s 电机电枢电阻=a R 4 电机电枢电感=a L 0.03H2.控制系统固有传递函数(或框图)待求;3.性能指标A(1)开环放大倍数60≥K (2)剪切频率 9040≤≤C ω (3)相位裕度50≥γ (7)角速度=•θ97°/s (8)角加速度=••θ350°/s ² (9)稳态误差≤SS e 0.5° 性能指标B(1)开环放大倍数400100≤≤K (2)剪切频率 10050≤≤C ω (3)相位裕度 60≥γ (7)角速度=•θ80°/s (8)角加速度=••θ300°/s ² (9)稳态误差≤SS e 0.2°二 设计过程 2.0固有传递函数已知控制系统直流电机的主要参数如下:电机转动惯量=m J 1.1B.FTS^2 负载转动惯量=l J 35kg.m^2 电机转矩灵敏度=t K 6B.FT/A 反电势系数=e K 8.1v/rad/s 电机电枢电阻=a R 4Ω 电机电枢电感=a L 0.03H根据已知参数可以根据自动控制元件书上有关直流电动机上的内容, 结合起来求出控制系统的固有传递函数,如图2.0 其中1m=3.281ft(英尺),J=Jm+Jl图2.0经过计算,得出固有函数的方框图)1049.0)(133(725.1)(0++=s s s G2.1人工设计2.1.1分析与选择校正方法原传递函数进行标准化化简得)11049.0/1)(1133/1(12367.0)1049.0)(133(725.1)(0++=++=s s s s s G可轻易得出原传递函数无剪切频率任务要求中对开环放大倍数K 的要求为开环放大倍数60≥K原放大倍数K0=0.12367,放大环节需要增加,设定开环放大倍数增致K=150,得到G1,则Kc=1212.9)11049.0/1)(1133/1(150)(2++=s s s G2.1.2总体设计方案—基于图解法合理运用校正环节析图像可知,需要加积分环节,而且放大环节需要增加 设定开环放大倍数增致K=150,得到G2 其中Kc=150/0.12367=1212.9)11049.0/1)(1133/1(150)(2++=s s s s G计算此时剪切频率c ω以及相角裕度γ11)1049.0/1(1)133/1(150)(222=++=c c c c j j j j G ωωωω相位裕度 ︒-=192.0γ 剪切频率 97.3=c ω分析Bode 图可知,仍需要加入环节使得剪切频率增大,且相位裕度增大, 所以加入一阶微分环节5s+1,经过整理加入校正环节11)1049.0/1(1)133/1()15(150)(22=+++=c c c c c j j j j j Ge ωωωωω当前的放大倍数 K=150 相位裕度 ︒=3.62γ 剪切频率 7.69=c ω 性能指标要求A 为:(1)开环放大倍数60≥K (2)剪切频率 9040≤≤C ω(3)相位裕度50≥γ性能指标B(1)开环放大倍数400100≤≤K (2)剪切频率 10050≤≤C ω (3)相位裕度 60≥γ可知现在已经达成性能指标A 和B 的要求 此时有ss s Gc )15(9.1212)(+=2.1.3顺馈校正性能指标A 要求:角速度=•θ97°/s ,角加速度=••θ350°/s ²,稳态误差≤SS e 0.5° 性能指标B 要求:角速度=•θ80°/s ,角加速度=••θ300°/s ²,稳态误差≤SS e 0.2° 设输入信号为R (t )=ASinwt ,带入=•θAw ,=••θAw^2 稳态误差为)(w ss j E A e =加入顺馈环节可以有效减小系统稳态误差 设顺馈环节为Gb(s),有)(1)()(1)(2s G s G s G s E b +-=应有)()(2s G s G b =1时误差减小,15)(+=s ss G b2.1.4人工绘制校正前,后以及校正装置的Bode 图校正前开环传递函数)11049.0/1)(1133/1(12367.0)(0++=s s s G校正后)11049.0/1)(1133/1()15(150)(+++=s s s s s Ge校正装置ss s Gc )15(9.1212)(+=2.2计算机辅助设计2.2.1对被控对象仿真(1)被控对象开环传递函数仿真框图系统在Simulink 下的框图如图 2.1图2.1其Bode 图形如图2.2-200-150-100-50M a g n i t u d e (d B )10-310-210-110101102103104-180-135P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = InfFrequency (rad/sec)图2.22.2.2加入放大环节后的仿真(1)加入放大环节后开环传递函数的仿真框如图2.3图2.32.2.3加入积分环节后校正系统的仿真(2)加入积分环节后开环传递函数的仿真框如图图2.4图2.4其Bode 图如图2.5-150-100-50050M a g n i t u d e (d B )10-110101102103-270-225-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = -1.04 dB (at 3.74 rad/sec) , Pm = -0.192 deg (at 3.97 rad/sec)Frequency (rad/sec)图2.5可以看出当前的放大倍数 K=150 相位裕度 ︒-=192.0γ 剪切频率 97.3=c ω2.2.4加入微分环节后系统的仿真(1)加入微分环节后开环传递函数的仿真框如图2.6图2.6Bode 图如图2.7-100-5050100M a g n i t u d e (d B )10-210-110101102103104-180-135-90P h a s e (d e g )Bode DiagramGm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 62.3 deg (at 69.7 rad/sec)Frequency (rad/sec)图2.7可以看出当前的放大倍数K=150;相位裕度︒=3.62γ;剪切频率7.69=c ω所以也是校正后的开环传递函数2.2.5校正环节的仿真校正环节的仿真框如图2.8图2.8对应Bode 图如图2.97580859095100105M a g n i t u d e (d B )10101010-90-45P h a s e (d e g )Bode Diagram Gm = Inf , Pm = InfFrequency (r ad/sec)图2.92.2.6校正后闭环系统的仿真(1)校正后闭环系统的仿真方框图如图2.10图2.10(2)对稳态误差的仿真输入A:26.883 Sin3.608t情况下稳态误差的仿真,如图2.11图2.11输入B:21.333 Sin3.75t情况下稳态误差的仿真,如图2.12图2.12通过读取scope观察稳态误差极小,满足条件3 校正装置电路图3.1校正装置的方框图校正环节的电路图,如图3.1TsTs K s Gc )1()(+=图3.14总结1.在这次自动控制原理课程设计中,通过已经得到了的实际的工程背景,我学会了利用Matlab 绘制Bode 图以及仿真的手段来分析以及解决实际问题的方法。
2.本次课程实验我的课题并没有直接给予系统固有传递函数,只是告诉了相关的的电机参数,由于并未开始自动控制元件的学习,所以需要自行学习相关的知识,并合理运用已知的电机参数来求出系统固有传递函数。
3.在经过了对固有传递函数的简单分析与仿真,本系统采用了较为简单的加入放大环节,积分环节与微分环节的方法有效的改善了系统的性能且达到了任务给定的参数要求。
4.经过校正后的系统稳态误差略大,所以加入了简单的顺馈环节,有效减小稳态误差。
5 设计心得学习的过程是一个积累的过程,而学习本身是广义的,并不是只在教室里学习,只在老师的传授下学习。
通过这次课程设计,我对上学期自动控制原理所学内容有了更深层次的了解。
课程设计,让我学会了如何学以致用,把学过的知识,书本中的方法以及老师所传授的经验,用解决实际问题的方式加以诠释,这样不仅加深印象,更是对知识的验证,对能力的提升。
课程设计旨在活学活用,如果学生仅仅止步于考试做题,那永远不会有任何能力的改变与突破,学习也就失去了原本应有的意义。
学习的过程是一个积累的过程,而学习本身是广义的,并不是只在教室里学习,只在老师的传授下学习。
经过这次课程设计,虽然最后勉强完成设计要求,但依旧有许多问题只得再次思考。
在实际应用的过程中,我发现应对考试的知识与策略已经完全不使用,需要的,是在应用中积累的经验,以及灵活的处理方式。
活到老,学到老,在今后的学习工作中,我会朝着这个方向前进。