利物浦大学仪表与控制课程辅导

课程辅导内容

仪器系统介绍: 术语;传感器规格。

温度测量: 热电偶和电阻温度计。

应变测量: 应变片，测量拉伸和弯曲应变。温度补偿和信号调理。

位移和液位测量: 线性和旋转位移传感器：电容式、电感式、光学式。LVDT，同步-解析器和燃油箱传感器。

系统的一阶和二阶响应: 应用于传感器的阶跃和正弦响应：温度传感器，加速度计。

传输路径: 模拟和数字路径的带宽要求，量化误差，A-D和D-A转换的原理。

信号处理技术: 干扰噪声源，滤波和降噪方法，纠错码，ARINC429数据总线。

解决往年考试问题。

介绍: 控制系统的功能、架构、历史和应用。开环和闭环系统。控制系统的数学模型。

控制系统建模: 拉普拉斯变换，传递函数，特征方程，极点和零点。状态空间模型。传递函数和状态空间模型之间的转换。单输入单输出系统和多输入多输出系统。方框图的组成部分及其底层数学。方框图的操控和简化。负反馈控制系统的闭环传递函数。

控制系统性能: 如何使用拉普拉斯变换求解动态系统的时间响应。典型输入信号。一阶系统和二阶系统。广义二阶系统。

稳态响应设计: 广义稳态响应，稳态精度和误差。按阶数和类型数表征系统。

简单控制系统设计: 三项PID控制器。寻找开环和闭环极点和零点。PID控制器的极点和零点配置设计。

系统稳定性: 稳定性和不稳定性。极点位置和稳定性之间的关系。劳斯-赫尔维茨稳定性判据。

控制系统设计: 具有可变增益的闭环系统的根轨迹图表示。通过根轨迹设计控制系统。

频率响应: 频率响应的实验和理论确定。奈奎斯特稳定性判据。使用奈奎斯特图和波特图的图示表示。相位和增益裕度。

频率响应设计: PI、超前相位和滞后相位补偿器的频率响应。结合控制器和过程的频率响应。优化控制器参数。

辅导目标

A部分：使学生能够为特定的测量应用选择合适的传感器及相关系统，并考虑可能的替代解决方案。理解传感器操作原理及导致测量误差的因素。

B部分：使学生通过系统建模、性能分析以及控制器设计和综合，彻底理解闭环控制系统的原理。提供一个框架，帮助学生评估、开发和实施经典控制的设计方法，并应用于电气、机械和机电系统。

辅导成果

(LO1) 对一些常见电气传感器的物理基础有理解，对基本传感器规格有一般的理解并能进行解释;对典型测量系统的系统要求有理解;了解一些可能影响测量系统性能的常见因素。

(LO2) 了解线性系统的行为，推导数学模型和传递函数表示;熟悉稳定性问题，并能应用标准测试方法检测稳定性;了解闭环反馈系统在响应速度、对参数和干扰的敏感性、准确性和稳定性方面的优缺点;熟悉用于表示控制系统特性的图形技术;熟悉常见类型的系统控制器，并能为给定问题选择最合适的控制器;了解完整控制方案在硬件和软件中的实现，以及系统集成问题。

(S1) 在成功完成该模块后，学生应能展示和提升以下关键技能：独立学习、解决问题和仪器系统设计技能。

(S2) 在成功完成该模块后，学生应能展示数据收集、分析和解释的实际实验技能，并能够计算给定问题的适当控制器设置。

(S3) 部分A：在成功完成该模块后，学生应能够展示对设计典型测量系统所需考虑因素的基本理解，包括传感器的选择、相关信号调理和传输路径要求。在成功完成该模块后，学生预计能够：对一些常见电气传感器的物理基础有理解，对基本传感器规格有一般的理解并能进行解释;对典型测量系统的系统要求有理解;了解一些可能影响测量系统性能的常见因素。了解线性系统的行为，推导数学模型和传递函数表示;熟悉稳定性问题，并能应用标准测试方法检测稳定性;了解闭环反馈系统在响应速度、对参数和干扰的敏感性、准确性和稳定性方面的优缺点;熟悉用于表示控制系统特性的图形技术;熟悉常见类型的系统控制器，并能为给定问题选择最合适的控制器;了解完整控制方案在硬件和软件中的实现，以及系统集成问题。

(S4) 部分B：学生应能够展示运用模块主题知识的能力：了解线性系统的行为，推导数学模型和传递函数表示;熟悉稳定性问题，并能应用标准测试方法检测稳定性;了解闭环反馈系统在响应速度、对参数和干扰的敏感性、准确性和稳定性方面的优缺点;熟悉用于表示控制系统特性的图形技术;熟悉常见类型的系统控制器，并能为给定问题选择最合适的控制器;了解完整控制方案在硬件和软件中的实现，以及系统集成问题。

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