第7章 自动化专业学生的工程与科研训练

现代控制工程师扮演了系统工程师的角色，负责把复杂的产品或系统内的许多组成部分连接起来。这不仅需要掌握扎实的基础知识和控制工具，而且要能够理解各学科领域的技术细节，包括物理、化学、电子学、计算机科学和运筹学。

Richard M. Murray, Control in an Information Rich World, 2002

第7章 自动化专业学生的工程与科研训练

本章介绍作为工科学生，自动化专业学生应接受的工程与科研训练，应获得的工程与科研能力，回答一个合格的自动化专业毕业生应该达到怎样的专业综合水准。期望能给学生一个比较清晰的专业学习的“奋斗目标”，为毕业后能继续成长为一名合格的自动化工程师或科学家打下坚实的基础。

§7.1 自动化专业的工科属性

第6章已介绍，自动化专业对本科生的培养目标是使每一位学生都具备自动化工程师或科学家的基本素质、基本能力和基本完整的知识结构，使每一位学生将来都有可能成为自动化工程师或科学家。

需要指出的是，“自动化科学”属于技术科学或工程科学的范畴（俗称“工学”）；“自动化技术”属于工程技术 $ ^{①} $的范畴。这就决定了自动化专业是工科专业，自动化专业高等教育划归为高等工程教育，授予的学位是工学学士。

自动化专业的工科属性决定了自动化专业人才培养过程中应遵循工程能力素质培养的主线，注重理论与实践结合，强化工程与科研训练。自动化专业培养出来的人才应具有基础扎实、知识面广、工程实践能力强的工程师素质，能够跟踪本领域新理论新技术、能在自动化领域从事工程设计、开发、管理等方面工作、能适应国民经济社会发展、具有较高的工程创新精神和能力。

近年来教育部力推的“卓越工程师教育培养计划”包含了自动化专业，

PPT7: 第7章

自动化专业学生的工程与科研训练

可称为“自动化卓越工程师”。它是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的重要举措，再次明确工科专业培养（卓越）“工程师”这一根本任务。目前，国内已有许多高校分别结合自身专业特点规划了自动化卓越工程师培养计划。一般而言，自动化卓越工程师教育的培养目标是：通过参与实践课程、企业工程项目等，培养个性健全、情操高尚、基础扎实、知识面广、工程实践能力强、掌握各种现代自动化系统控制、管理和信息处理技术、能在自动化领域从事工程设计、开发、管理等方面工作、能够跟踪本领域新技术、能适应国民经济社会发展、具有创新精神的工程技术人才——自动化卓越工程师。

§7.2 层次化的工程与科研训练

根据学生的认知过程特点和能力培养目标，自动化专业学生的工程与科研训练可以分为三个层次，贯穿整个大学四年，层层推进、分阶段实施，呈“金字塔”型结构（如图7.2.1所示）：

工程训练：工程训练贯穿于大学四年期间，自动化专业所有学生都必须接受工程训练。包括大一阶段的工业系统认识与一般机电工程训练、大学低年级开展的电气信息与计算机软硬件训练、大学二、三年级开展的控制系统设计与综合自动化训练以及大学四年级进行的专业综合设计训练，详见第7.3节。

科研创新训练：科研训练的参与主体一般是大学二～三年级、已参加过大一阶段工程训练的学生。科研创新训练的目的是提高学生的工程素质，

培养创新思维和独立动手能力。科研训练内容一般不属于学生的必修课程，但一些学校已将参与科研创新训练作为获得课外研学必要学分的方式之一。以大学生科研训练计划（SRTP，Students Research Training Program）为例，SRTP 主要是由学生自己拟定科研课题、在教师审核指导下学生自主开展的科研训练。科研主导者由教师变成学生自己，教师仅配合学生的需要给予一定指导。目前国内一些高校参加 SRTP 的本科生比例可达 40% 左右。

竞赛实战训练：竞赛实战训练一般在大学三～四年级学生中开展，参与人数一般约为20%。竞赛实战训练主要结合校级、省级、国家级的各类创新大赛进行，例如智能车竞赛、电子设计竞赛等。附录7.1列出了与自动化专业相关的部分全国性竞赛项目。这部分训练面向的对象主要是有兴趣、学有余力的优秀学生，目的在于提高他们综合运用知识的能力，进一步加强学生的综合创新能力，并鼓励他们冲击各类赛事奖项。

§7.3 工程训练

自动化专业的工程训练贯穿于大学四年期间，主要由四大模块串联而成，由浅入深，循序渐进，这四大模块主要包括：

（1）工业系统认识与一般机电工程训练——初步建立自动化一般工程概念；

（2）电气信息与计算机软硬件训练——侧重于自动化一般单元部件层次；

（3）控制系统设计与综合自动化训练——侧重于复杂装置/系统级层次；

（4）专业综合设计——达到集成/应用级的最高训练层次。

在每个大模块中，安排了多个二级训练课程，使学生充分接受自动化工程训练。自动化专业的工程训练总体组织结构如图7.3.1所示。下面围绕这四大模块展开具体介绍。

§7.3.1 工业系统认识与一般机电工程训练

受应试教育的影响，学生在进入大学学习之前，极少参与社会实践和劳动实践，更谈不上与工矿企业、工程实践接触。因此，对于刚踏入大学校门的自动化专业新生，尤为迫切需要一个良好的工程基础实践环节来弥补以上不足。

从大学一年级开始，学生就应该了解相关工程背景知识，并开始逐步培养工程意识，以便为四年的学习打下基础。机电系统认识与一般工程设计

正是为了这一目的而采取的基础性工程实践教学环节，主要包括工业系统认识实习等实习研讨环节，还包括物理实验、金工实习、工程制图等多个技能培训环节，主要在大学一年级开展。

工业系统认识，是对学生工程背景、工程意识的最初步、最基本的训练。一般是在学生入学教育阶段，结合专业介绍和展示，让学生了解一般工业系统的基本组成和原理、先进生产加工技术和最新科技发展。通过专业实验室、校内实习基地的参观，了解工业发展史及典型产品工艺，认识工业系统组成及其中典型的对象、机械结构、电子元器件、自动化装置等，了解先进数字化制造、机器人、运动控制、过程控制等典型技术应用，从而建立对工程背景和工业系统的初步了解和认识。

物理实验、金工实习和工程制图等基础工程技能培训，目的是培养学生的实际工程技能，提高学生的实践动手能力。训练以工程技能训练为主，在实践的过程中熟练掌握焊接工艺、产品的制作、仪表的使用和数据的测试与处理等关键技能。

7.3.2 电气信息与计算机软硬件训练

电气信息与计算机技术是自动化专业学生重要的工程基础技术。通过电气信息与计算机软硬件训练，使学生掌握自动化系统关键单元部件与控制器等设备的基本原理、设计与开发方法。

电气信息类设计训练：电气信息类设计训练环节一般在自动化专业学生大二期间开展实施。主要包括电工电子实践初步、电路实验、数字逻辑设计实践、模拟电子实验、网络与通信接口实验等。该环节训练的目的，是培养学生在电气信息方面的工程设计意识，提高综合运用电子技术知识的技巧和能力。学生应能通过查阅器件数据手册和使用电子设计自动化（EDA）设计工具，对典型电子电路系统进行分析、设计、开发和调试。

计算机软硬件类设计训练：计算机软件设计训练环节一般在自动化专业大学一~二年级开展实施。其中计算机软件方面的训练主要包括以C/C++为代表的高级语言程序设计训练，其训练目的是通过学习高级语言的语法和结构，掌握一般程序设计及常用算法的实现方法，并学会使用典型的集成开发环境与调试工具。计算机硬件方面的训练主要侧重于微处理器一类系统硬件结构原理及接口编程方法，需要掌握典型微处理器（x86与/或单片机、数字信号处理器、嵌入式处理器等）架构和接口技术，理解软件控制硬件的基本概念。计算机硬件方面的实验训练一般包括三个阶段：

（1）第一个阶段是单元实验：即通过微处理器各个基本单元实验，理解x86（与/或单片机、数字信号处理器、嵌入式处理器等）的基本结构特点和微机系统组成，掌握基本指令系统、程序设计方法以及典型接口编程方法；

（2）第二个阶段是提高与综合实验，即通过选做和提高自选部分，加强各种数字/模拟电路与微处理器的综合运用，在综合实验中完成基于微处理器的典型控制系统电路搭建与软件开发，表7.3.1列出了一些典型开发实例：

（3）第三个阶段是系统实验，侧重于从实际工程系统的实时性与可靠性需求出发，通过实时系统与任务调度方面的实验，掌握系统分析、测试和验证评估的完整过程。

续表

7.3.3 控制系统设计与综合自动化训练

控制系统设计与综合自动化训练一般在大学二～三年级开展，其训练目的是在之前完成的基本机电工程训练、电气信息与计算机软硬件训练的基础上，强化自动化基础理论在实际工程系统中的综合应用，学会典型工程应用中的系统分析、设计与开发方法。此类训练可以大致分为检测技术类、过程控制系统类、运动控制系统类、智能控制类、智能信息管理类、模式识别类等几个方向。表7.3.2列出了一些具体训练实例。学生应结合自身情况和兴趣，在其中突出某几个方向实践技能的培养。

检测技术类训练：通过检测技术实践环节，使学生能掌握各种常见机械、热工、化工等工程量的检测方法和技术，并了解各类工程量的典型检测仪表与自动化装置；培养学生根据检测与控制的具体要求，设计出先进实用的检测仪表与自动化装置的能力。

过程控制系统类训练：从控制系统的角度掌握典型生产过程系统的控制方案，使学生掌握生产过程自动化方面的关键技术。一方面，学生应掌握一般生产过程计算机控制系统的分析、设计、调试能力，熟悉典型应用中的过程控制策略和控制器的工程实现方法。另一方面，学生应掌握过程仪表技术、现场总线技术、组态软件开发技术、集散控制系统技术等过程控制系统的常用设计与开发技术，为学生将来从事化工、热工、冶金等行业中过程控制系统的设计、组态、运行和维护等工作打下基础。

运动控制系统类训练：通过运动控制系统类训练，学生应了解直流电机、交流电机、变压器等自动化元件的工作原理和工作特性，掌握调速系统、伺服系统的基本原理以及系统分析、工程设计方法，学会将自动控制理论方法应用到交、直流电动机调速、伺服系统中，并了解电机拖动系统、工业机器人、数控机床等应用领域中典型运动控制系统的设计与开发方法，为学生将来从事运动控制应用方面的工作打下基础。

智能控制类训练：通过智能控制技术的学习与实践，了解现代工程应用中典型对象和系统的特点，了解专家系统、模糊控制、神经网络控制、学习控

制等智能控制方法典型分支，培养能够将计算机技术、自动控制技术、人工智能技术等交叉融合的思维方法和意识，用于解决典型复杂工程对象的智能控制问题。

智能信息管理类训练：该方向的训练一般包括生产计划与自动化、优化方法及应用、制造系统分析与控制等在内的多个环节，目的是培养自动化专业学生将信息技术与先进制造技术相融合的工程设计与开发能力，了解计算机集成制造系统所包含的系统科学和系统工程方法，掌握现代制造系统的分析、设计与优化方法。

模式识别类训练：通过数字图像处理、计算机视觉、模式识别等方面的实践与训练，了解模式识别的基本理论和方法，掌握典型分类器和模式识别系统的设计与实现，使学生在熟练运用相关知识解决实际模式识别问题方面的能力得到培养。

§7.3.4 专业综合设计

自动化专业学生在经过了以上各个环节的工程训练后，在大四阶段应进行专业综合设计的训练，包括毕业实习、毕业设计、工程项目设计培训等，培养综合运用专业知识和技能、进行完整的自动化工程系统设计开发的能力。

1. 毕业实习

毕业实习是在学完全部课程之后到实习现场参与一定实际工作，通过综合运用专业知识来解决专业技术问题。毕业实习的目的在于培养学生独立工作和解决实际问题的能力。毕业实习可以与毕业设计、毕业论文联系起来，在生产实习中可以搜集资料，为毕业设计、毕业论文做好准备

工作。

2. 毕业设计

工科大学生实施毕业设计的整个过程其实就是学生对大学期间所学基础知识、专业知识的全面总结和运用的过程；更是一种将书本知识升华的过程。根据教育主管部门规定，大学毕业设计也是学校考核学生学习情况的最后一道关，是学生能否毕业和能否获得学位的最后认定依据。

3. 工程项目设计

在工程项目设计中，通过来自实际工程企业的专家就具体工程实践项目介绍典型实例，学生可以增进对工程项目组织、设计、研发、实施、检验、物流等过程的了解，强化对工程研发时效性、市场调研、成本经济性、产品可靠性等特点的认识，并培养学生工程项目组织和实施的能力。

§7.4 科研训练

本科生参加科研活动，既是作为方法和技能的学习，也是基于专业知识的一种探究性学习活动，是对所学知识的实践运用。鼓励大学生参与科研活动，对于提高他们的创新能力和培养科研品质具有重要影响和作用。目前，我国许多高校均已开展了本科生科研训练活动，但是相当一部分高校在培养大学生科研能力方面还处于起步阶段，因此有条件的学校要积极组织学生参与科研训练活动。

从事科研工作需要具备良好的科研品质，包括浓厚的科研兴趣、奉献精神、钻研毅力、协作精神等，也需要具有基本的科研素质，例如科学思维能力、观察想象能力、表达记忆能力、实际操作能力等。这些品质和能力的培养不是一蹴而就的。大学生通过参与科研训练，既可以提高分析和解决实际问题的能力，又能在科研活动中逐渐培养从事科研活动所需的科研品质和科研能力，激发创造潜力、产生创造性思维。

科研训练通常以各类研究课题项目的形式进行。目前国内已有很多高校开展的SRTP是本科实践教育教学改革的重要举措之一。SRTP通过教师或学生立项（以学生立项为主），给予一定科研经费的资助，为本科生提供科研训练的机会，使学生尽早进入各专业科研领域，接触学科前沿，了解学科发展动态。学生参加SRTP项目，不仅要学习和掌握本专业的专业知识与技能，还要培养创造性地解决本专业实际问题的基本能力，可以增强创新意识，并且可以培养团队协作精神、提高综合素质。

简述而言，自动化专业学生科研一般需要经历以下步骤 $ ^{①} $：①调研选题→②文献综述→③形成假设→④选择研究方向和题目→⑤实施研究方法→⑥制订实验方案→⑦进行实验→⑧记录整理实验数据→⑨得出结果结论→⑩撰写科研报告。

首先，科研选题通常来源于平时学习中发现的问题，或者从教师已有研究课题的延伸中获得，选题应具有一定的价值和明确的研究目标。其次，通过科技文献的收集和阅读，吸取前人成功经验及失败教训，获得有益的启示或参考，发现有价值的证据和线索并应用于自己的科研。然后，在研究国内外相关工作的基础上，明确研究需求，形成具有一定科学性的研究方法并加以实施。在实施具体研究的过程中，通过开发具体软硬件系统实现所研究的方案，再经过合理的实验设计，验证并完善相应方法。最后是对研究材料进行整理和总结，写出具有一定规范性的技术文档（例如研究报告、开发文档和软硬件使用说明书等），有条件的情况下还可以尝试撰写科研论文并投稿发表。

科研训练一般在本科生大二~大三期间开展。学生可通过学校的教务处或院系相关老师了解学校设立的科研训练活动计划。许多学校还在如何培养科研方法、如何利用图书馆资源、如何撰写学术论文等方面组织了丰富的讲座，学生应关注了解。

\$7.5 工程与科研能力评价任务

通过四年的学习，自动化专业的毕业生应是富有现代科学创新意识的宽口径、高素质、复合型的自动化工程科技人才，具备能够在工矿企业单位、科研院所等部门从事自动化工程系统设计、开发、运行与维护的能力。

那么，自动化专业学生如何自我判断通过4年学习具备了这些能力呢？作为尝试，本节给出6个自动化专业学生将来可能从事的有一定代表性的任务，学生可将能否完成这些任务（或相近的任务）来衡量自己的专业综合水准。这6个任务按难易程度可分成3类，任务1与任务2最简单，任务6难度最大。

根据作者长期从事自动化专业教学的经验，我们认为：能独立完成任务1与任务2是自动化专业毕业生的基本要求，能独立完成任务1与任务2并能独立完成任务3、任务4和任务5中的任一项可算是达到了良好的水平，再能独立完成任务6（或其他难度相当的任务）那就是自动化专业的优秀毕

业生。需要说明的是，以上评判标准仅仅根据作者的经验，并且针对的是“信息控制”类专业，期望能给学生一个比较清晰的专业学习的“奋斗目标”，仅供学生与老师参考。任课教师可根据所在学校的实际情况和自己的教学经验，给学生提出不同的要求，或给出其他的更合适评判的任务。

扩展阅读7.5.1：单片机

§7.5.1 任务1：小型电加热炉温度控制装置设计

在实际工业系统中存在大量小型被控对象，例如用于医药及食品工业的热风循环烘箱需要对烘箱温度进行自动控制；用于石油及化学工业中的小型导热油电加热炉需要对炉温进行自动控制；用于绘图的X-Y坐标仪需要对机械执行机构的位置进行自动控制等。这些小型控制装置的工作原理较为简单，通常仅包含单个控制回路，其控制系统软硬件组成并不复杂。因此，对这些一般小型被控对象设计并开发相应的控制装置，是自动化专业学生必须具备的最基本能力。

要完成此类小型自动化装置的开发任务，学生一般要能根据所学的基础专业知识，结合实际需求，选用单片机、数字信号处理器（DSP）、PLC等作为控制器，设计 $ \underline{\text{搭建}} $外围接口控制电路，通过采用一定控制算法和策略并进行软件编程，实现相应设计功能并达到性能指标。从总体上说，学生应独立地完成此类小型自动化装置的软硬件设计和开发，对所设计的电路及整个控制系统的性能指标进行测试并完善，能够查阅有关技术手册并规范地编写设计报告。

下面以小型电加热炉温度控制装置的开发为例，给出一个典型的设计任务要求和具体实现技术路线概要。

1. 背景与任务

小型电加热炉温度控制是一个典型的小型控制系统。本项任务：利用小型电炉装置开发一套基于单片机的加热炉温度控制装置，进行控制电路设计和单片机编程开发，实现炉温自动调节功能。

2. 任务具体要求

基本要求：

分析该炉温控制装置的设计需求，正确选择元器件、材料及控制器型号；

熟练运用专业电路设计软件工具，设计外围控制电路并完成电路板制图，完成信号采集和模数(A/D)、数模(D/A)转换；

采用一片 MCS-51 系列单片机作为核心控制器，编写单片机上的单回路数字 PID（比例-积分-微分）控制程序，将炉温控制在 $ 60 \pm 3 $ ℃

范围内。

提高要求：

采用上下位机模式，通过网络通信传输上、下位机的数据，实现远程温度控制；

在上位机中编制图形化用户界面，运行时通过对话框输入给定温度，并显示给定温度与实际温度曲线；

采用改进的 PID 算法，或者模糊控制等其他智能控制算法，重新编写、调试程序，并与常规 PID 算法的控制效果进行分析比较。

3. 技术路线示例

下面仅给出一个具体例子说明本任务的开发技术路线。系统结构如图7.5.1所示。以MCS-51单片机为控制系统核心，辅以采样反馈电路、驱动电路、晶闸管主电路等外围控制电路，在单片机的控制下对电炉炉温进行调节。以热电偶作为温度传感器检测加热炉内部控温点实际温度，该信号经调理电路放大、滤波后，送到模数(A/D)转换器进行模数转换，A/D转换结果送入单片机。单片机中的控制算法程序的基本工作原理是：对控温点温度和设定值进行比较，根据数字PID算法得到输出控制量，并通过由CPLD构成的脉宽调制(PWM)电路来产生一定占空比的脉冲信号，控制固态继电器的导通与截止，从而控制电炉加热丝工作，使炉温达到设定温度。

为实现提高要求，单片机与上位机（PC）采用串口RS 232通信方式，实现硬件电路所采集温度值的上传，并在PC端采用Visual C++编程语言来开发温度曲线的可视化监控界面。应注意的是，除了串口RS 232通信方式外，实际上还有许多种上下位机之间网络通信的方法，可根据应用目的来合理选用。

其控制系统结构框图可表示为如图7.5.2所示的单闭环形式，基本控制原理为：将温度设定值 $ r $（即输入量）和温度反馈值 $ y $同时送入控制电路部分

并得到误差 e，经过控制器 PID 算法调节运算，得到输出控制量 u，控制驱动电路得到电压施加到被控对象上，使电炉达到设定温度。通过应用不同 PID 改进算法，对比分析电炉温度的上升时间、稳定性、超调等控制效果。

§7.5.2 任务2：电机调速控制系统设计

运动控制系统在生产实践中的应用领域非常广泛，例如数控机床需要控制刀具的位置和运动轨迹来加工出所需要的零件，起重机需要控制转矩保证重物平稳提升，工业机器人需要对手臂各关节的位置、运动速度和加速度等进行控制，从而平滑、准确地做出各种动作。

这些功能的实现都离不开电机控制。在运动控制系统中，电机起到产生驱动转矩的重要作用，为各种机械提供动力源。电机种类繁多，例如直流电机、交流电机、步进电机、超声电机等。电机控制可以根据应用要求不同而大致分为转速控制、位置控制等。电机控制就是根据不同电机类型及其应用需求，通过对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行控制，达到电机快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出等目的。

电机控制系统的设计与开发是自动化专业学生必须掌握的重要专业能力，是学生将来在工业、国防、航空等自动化等领域从事运动控制系统设计开发工作的关键技能，需要学生综合运动电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门课程的知识。以数字式的电机控制系统为例，通常需要设计合理的驱动电路，采用单片机、DSP等微处理器，通过编写合理的控制程序来实现电机控制功能。

本小节以直流电机调速控制系统设计与开发为例，给出具体任务和典型实现方案。

1. 背景与任务

直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机，因其良好的调速性能而在运动控制系统中得到广泛应用。直流电机调速控制系统是一种典型的闭环控制系统，通常包括：① 运动控制器，用于产生控制信号；② 驱动器或放大器，用于将运动控制器发出的控制信号转换为更高功率的电流或电压信号；③ 电机，这里就是被控对象；④ 传感器，例如旋转编码器、霍尔传感

器等，用于反馈执行器的位置等信息； $ ^{⑤} $各种连动机械部件，例如齿轮箱、轴、滚珠丝杠、齿形带、联轴器等，将电机输出的运动转换为期望的运动形式。

本项任务：在熟悉直流电机结构的基础上，运用电力电子、自动化元件、运动控制等方面知识，采用直流脉宽调速控制方法 $ ^{①} $，设计开发一个小型直流电机调速控制系统。主要包括电机驱动控制电路和以DSP作为控制器的主控制电路，实现电机调速控制基本功能，并通过扩展外围接口电路实现速度给定与转速实时显示。在任务具体实施过程中，可以先借助典型实验装置（如图7.5.3所示实例）来熟悉直流电机的特性，然后再进一步进行系统开发。

2. 任务具体要求

基本要求：

采用电流-转速双闭环直流电机调速控制方案，主环（速度环）和副环（电流环）分别采用PI控制器实现。双闭环结构确保控制系统具有良好的静特性和抗干扰能力，并使得电机能够快速启动。

合理采用电子元器件，设计并开发驱动控制电路部分和主控制电路部分。在主控制电路中选用适于运动控制应用的DSP芯片，开发包括电机转速检测、电流检测、脉宽调制（PWM，Pulse Width Modulation）信号产生、键盘与LCD外围接口电路等主要硬件模块，并通过DSP编程来实现双闭环调速控制功能。

提高要求：

改进为双处理器的系统结构，由一片 DSP 作为运动控制器负责电机调速控制；一台 PC 作为上位机，通过开发软件界面将各种控制参数传送给 DSP。DSP 与上位机之间通过 SCI 接口进行串行通信。

3. 技术路线示例

小型直流电机调速控制系统的硬件部分总体结构如图7.5.4所示。其中，电流检测模块由霍尔电流传感器和零漂移精密放大器组成，实现电流信号的检测和调理，A/D转换模块选用8通道、12位A/D转换器。电机的转速信息由编码器脉冲信号提供，编码器脉冲信号通过光耦隔离后接入DSP事件管理器的计数器端口进行计数，从而实现电机转速和转向检测。DSP采用TMS320F28335数字信号处理器。在该DSP上采用C语言进行编程，其软件部分包括主程序和中断服务程序两大部分，主程序在DSP系统硬件功能初始化之后进入主循环，对键盘进行扫描、对LCD屏幕进行动态刷新；中断服务程序由定时中断触发，在中断服务程序中主要进行电流环和速度环的控制，利用PI控制算法来调整PWM信号占空比。DSP产生可控占空比的PWM信号并传送至电机驱动电路。

电机驱动电路主要包括晶体管驱动模块和H桥电路。晶体管驱动模块接收到PWM信号之后，按照信号占空比对H桥中的四个场效应晶体管（MOSFET）分别提供选通控制信号，使其按占空比通断，将接入的直流电源变换为电压连续可调的直流电，为电机提供电枢电压，从而实现直流电机的无级调速。

§7.5.3 任务3：锅炉过热蒸汽控制系统设计

工业生产中连续的或按一定周期进行的生产过程自动控制称为过程控制或过程自动化。这些表征过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。过程控制系统的设计开发，是自动化专业学生将来在化工、冶金、生化、热工等行业从事自动化方面工作的核心专业技能。典型的过程控制系统设计任务例如有水箱液位定值控制系统、锅炉蒸汽温度控制、锅炉内胆水温定值控制、精馏塔提馏段控制等。

相比前面介绍的两个小型控制系统，过程控制系统中的被控过程是多种多样的，其动态特性一般较为复杂，甚至存在多个变量相互影响（耦合），给过程参数的控制带来了较大难度。因此，设计一个过程控制系统往往需要应用各种智能化的过程仪表装置、高可靠性的控制器、先进的控制算法等，并采用现场总线等先进网络通信技术将各种控制设备连接起来，形成层次化、网络化的控制系统结构。

正是由于过程控制系统一般包含较多数量的过程仪表和装置，使得传统的控制软件开发技术已无法满足应用需求。其主要原因是传统的工业控制软件重复使用率很低，修改和维护较为困难，而且一旦实际被控过程对象发生变化，就必须修改控制系统所有的源程序，导致其开发周期长、成本高。

工业自动化组态软件的出现为解决上述问题提供了一种新方法。组态软件具有较好的封装性、通用性和可扩展性，易于实现二次开发。当现场硬件设备或用户需求发生改变时，不需要作很多修改就能完成软件的更新和升级。因此在过程控制中使用组态软件开发技术已经成为主流。

本小节以锅炉过热蒸汽控制系统开发为例，从控制系统及监控软件开发的角度，给出具体任务和典型实现方案。

1. 背景与任务

火力发电厂生产流程可由图7.5.5简要表示。蒸汽温度是火力发电厂热力系统中的重要参数。燃煤锅炉过热蒸汽控制系统的任务是维持高温过热器出口蒸汽温度在允许范围内 $ ^{①} $。控制过热蒸汽温度在给定值上并保证整个过热器不超温，是过热蒸汽温度控制系统的重要任务，也是确保锅炉、汽轮机组安全经济运行的重要保障。

参考视频7.5.1：火力发电厂原理示意

影响锅炉过热蒸汽温度变化的因素很多，例如负荷变化、燃烧量变化、减温水量变化、火焰中心位置、燃料成分等，这些因素不仅与机组的运行方式、运行状态有关，而且有些是互相关联的。通过喷水来改变过热器入口蒸汽温度，可以有效地调节过热器出口蒸汽温度，这是目前应用较广的一种汽温调节手段 $ ^{①} $。其原理是采用喷水减温器，将水直接喷入蒸汽中，喷入的水在加热、蒸发的过程中将消耗蒸汽的部分热量，使过热蒸汽温度降低。

本项任务是：在了解燃煤锅炉过热蒸汽温度调节的基本原理基础上，设计并开发基于智能仪表和组态软件的锅炉过热蒸汽控制系统，针对喷水减温方案，实现锅炉蒸汽温度定值控制以及动态可视化监控。

2. 任务具体要求

基本要求：

根据锅炉过热蒸汽温度控制要求，设计合理的控制系统，对其中智能仪表、温度传感器、温度变送器、执行器等核心设备合理选型；

采用串级控制策略，实现过热蒸汽温度调节；

采用组态软件工具，实现动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线和报表输出等功能。

提高要求：

利用智能仪表控制系统，在所设计的组态监控界面中进行相关仪表调

校和控制器参数整定，记录并分析控制结果。

3. 技术路线示例

直接喷水减温系统的简图如图7.5.6所示。采用喷水减温方法来调节过热蒸汽温度时，一般把过热器分成两个区域，导前汽温 $ \theta_{2} $测点前至减温器为导前区，过热器出口汽温 $ \theta_{1} $测点到导前汽温测点为惰性区。

由于采用喷水减温方法来调节过热蒸汽温度，因此减温水量扰动时的汽温动态特性属于对象调节通道的动态特性，该特性是汽温调节系统分析和设计的依据。对于高、中 $ \underline{\text{压锅炉}} $采用喷水减温，当减温水量扰动时，汽温对象调节通道存在的迟延和惯性比较大。若单纯根据汽温的偏差采用单回路调节方案来调节汽温，调节品质并不理想。实际应用中可引入能够提前反映扰动的导前信号，构成多回路系统，目前采用最多的是串级汽温调节系统 $ ^{①} $，如图7.5.7所示。

简而言之，串级汽温调节系统具有两个闭合回路：由被调对象的导前区、导前汽温 $ \theta_{2} $ 的变送器、副调节器、执行器和减温水阀门组成内回路或称为副回路；由被调对象的惰性区、主汽温变送器、主调节器和内回路组成外回路或称为主回路。在减温水扰动下，副调节器能快速克服扰动，使 $ \theta_{2} $ 初步

维持在一定范围内，对 $ \theta_{1} $ 进行粗调；而只要 $ \theta_{1} $ 未达到给定值，主调节器的输出信号就不断地变化，使副调节器不断地调节减温水量，直到 $ \theta_{1} $ 恢复到给定值，因此主调节器起细调作用。

为实现上述串级控制，选用内置微处理器的温度控制智能仪表，具有内部自整定PID调节计算、数据存储、LCD显示读数等多种功能，并且可靠性高，稳定性好。传感器采用接触式测温方法，根据精度及量程需求，选用合适的热电阻Pt100传感器来实现温度检测。在热电阻的接线盒内安装一体化温度变送器模块，输出与被测温度呈线性关系的4~10mA电流信号。执行器选用电动执行器，接收调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，以驱动阀门，从而控制流出的减温水流量。对主调节器和副调节器相应的智能温控仪表，分别采用PI和P控制策略实现相应的调节目标。

锅炉汽温实时监控软件的开发可以采用组态王(Kingview)等一类组态软件工具。一般的开发方法是：首先开发人机操作界面，提供整体运行监控画面以及减温水调节阀、过热蒸汽温度、PID控制参数等多种参数的动态显示功能。然后通过配置与各种智能仪表的网络通信接口，实现数据实时采集，通过构造数据库来存储系统中的各种变量，并支持组态软件查询数据库中的历史信息。最后，在该组态软件中开发时间记录、运行报警、统计报表、历史数据查询等各种丰富的监控与管理辅助功能。图7.5.8给出了一个基于组态软件的过热蒸汽温度监控软件实例。

§7.5.4 任务4：基于数字图像处理的车牌识别系统设计

模式识别技术是自动化专业学生从事模式识别与智能系统的研究、设计、开发等方面工作的重要专业技术。模式识别技术的应用领域十分广泛，例如文字识别、指纹识别、遥感图像识别、脑机接口、医学图像识别与诊断等。许多新兴的高科技领域也需要应用模式识别技术与其他自动化技术结合，例如自主驾驶车辆需要感知道路状况并判断障碍物，从而实现自动路径规划和驾驶；天气预报系统需要分析遥感图像并预测未来天气走势等。这些都离不开模式识别技术的应用。

对自动化专业学生而言，完成模式识别方向的设计任务一般需要具有一定的模式识别理论基础和较为扎实的软件编程技能，能够探索对各种信息进行处理、分类、辨识和理解的方法，并在此基础上构造模式识别系统或装置。模式识别类的任务所涉及的信息来源一般包括文字、声音、图像等具体对象，而其中尤其以视觉感知途径为主。因此，学生通常也需要掌握基本的数字图像处理、计算机视觉等相关技术。典型的模式识别类研究任务例如有车牌自动识别系统软件开发、人群监控视频目标跟踪软件开发、手写数字及文字识别软件开发等。

本小节以基于数字图像的车牌自动识别系统设计与开发为例，侧重于软件开发角度，给出具体任务要求和一个典型实现方案。

1. 背景与任务

车牌识别是现代智能交通系统中的重要组成部分之一，其应用十分广泛，例如高速公路收费管理、城市交通车辆管理、电子警察、海关边境交通监控、智能小区、智能停车场管理等。图7.5.9给出了某小区停车场出入库系统示意。

车牌识别技术是指能够检测受监控路面上的车辆并自动提取、识别车辆牌照信息的技术。车牌识别的难点在于：首先，由于背景环境复杂及光线条件变化，影响图像中车牌区域的定位和提取；其次，我国车牌特征复杂，含汉字字符、英文字母、阿拉伯数字及不同类型号牌照颜色，增加了字符分割和识别的难度；再次，车牌区域不规范，常常存在褪色、受污染、铆钉变形等情况，导致字符处理识别难度增大。

本项任务是：以小区停车场自动停车管理为应用背景，研制能够自动实时地检测经过车辆并识别汽车牌照的车牌识别系统。

扩展阅读7.5.2：车牌识别中的数字图像处理技术

2. 任务具体要求

基本要求：

搭建基于CCD彩色摄像机、图像采集卡和PC/工控机的车牌识别系统，采用光电传感器模拟车辆地感线圈，检测模拟车辆进出信号，并采用LED灯亮灭来模拟道闸放行功能；

• 设计车牌图像预处理、车牌定位、车牌字符分割和车牌字符识别四个主要软件处理模块，采用 Visual C++ 对车牌识别系统各软件功能模块进行编程开发；

设计合理的正交测试实验样本，完成实时车牌识别软件的功能测试，在较为稳定的光照条件和较为简单的背景下，验证车牌图像识别率，并分析图像处理的实时性是否满足自动停车系统需求。

提高要求：

改进车牌图像预处理方法，在光照变化较大、背景较复杂的实际条件下，提高车牌识别率，并在车牌图像定位过程中加入车牌图像区域的倾斜校正处理；

开发后台数据库管理软件，实现对识别的车辆进行自动登记、验证、监视、报警等功能。

3. 技术路线示例

针对小区停车场自动停车管理的需求，搭建如图7.5.10所示的车牌识别系统处理流程。通过车辆检测传感器触发摄像机图像采集，将采集到的视频信号送入PC或工控机进行处理，依次经过车牌预处理、车牌定位、车牌分割、车牌识别四个环节后，将识别车牌结果送入后台控制系统，控制模拟道闸放行或拦下。

各个主要软件模块的基本原理和技术方法如下。

图像预处理模块：对动态采集到的视频图像进行滤波、边缘增强等处理，以克服光照等对成像的干扰，为改善识别效果提供准备。

车牌定位模块：在采集到的图像中自动找到车牌位置，并切分出具体车牌区域的图像以供识别使用。采用经典的基于边缘检测和形态学处理，对图像中的车牌进行定位，并可结合车牌先验知识和角点检测结果来快速搜索车牌区域。

车牌字符分割：结合车牌先验知识对车牌区域图像进行粗分割和二次分割。根据我国车牌号GA36—92标准，我国车牌具有一定标准格式，包含1个汉字、6个字符和1个点符号。字符为规则印刷体，字符的长宽比、字符间隙、字符宽高比及笔画宽高均按照标准制造，可作为单个字符边框精确划分的依据。采用常见的车牌字符分割算法实现车牌字符自动提取，例如投影法、形态学处理连通区域法、灰度图像投影轮廓分割法、聚类分析法等。

车牌字符识别：通过一系列的像素运算和模式匹配方法，将图像转换为计算机编码格式的文字。车牌字符集的特点在于规模小、字符点阵分辨率低、受环境干扰大、存在结构相似的字符（例如“6、8、S”），使得识别变得复杂。常用的车牌字符识别算法例如模板匹配法、神经网络识别法、字符特征匹配法等。

另外，车牌倾斜度校正的功能采用以下方案实现：对定位之后的车牌区域图像，可以进一步进行车牌倾斜度校正。即引入图像边缘检测算子，结合Hough变换方法检测出倾斜角，对车牌图像进行有效的旋转校正。

§7.5.5 任务5：校园建筑能耗与环境管理信息系统设计

管理信息系统(MIS, Management Information System)是自动化与管理科学、计算机技术等多学科紧密相连的综合性交叉学科。管理信息系统在工厂自动化、物流自动化、企业办公自动化等多种领域都具有广泛的应用。管理信息系统的设计与开发，通常需要了解管理学、运筹学、最优控制、决策支持等理论方法中的相关基础知识，掌握数据库应用技术、网络 $ \underline{\text{编程}} $开发等关键技术。

自动化专业学生应能够完成一般中小型管理信息系统的设计、开发、运行和维护，这是自动化专业学生将来从事管理信息系统开发方面工作应具备的基础技能。典型的设计实例有：图书馆书籍借阅管理信息系统、自动化仓库出入库调度管理系统、卷烟厂管理信息系统、城市公交车辆智能调度系统等。

本小节以校园建筑物能耗与环境网络化管理信息系统的设计与开发为例，给出具体任务和典型实现方案。

1. 背景与任务

大学校园作为典型的大型公共建筑，其特点是占地面积大、建筑物种类及数量多。不少校园的能耗、水耗抄表数据不完整、不全面，且建筑物室内环境参数难以监测管理，造成能耗管理不到位、能源利用存在浪费现象。通过建立校园建筑能耗与环境网络化管理信息系统，掌握校园建筑能耗的实时数据，为校园节能提供决策依据，这对于建设节约型校园具有重要的意义。

借助校园网络对广泛分布在校园内部的多类能耗和室内环境信息进行分布式测量与集中式管理，已成为一种必然需求。这种网络化能耗与环境管理信息系统的一个重要需求就是能耗的分类、分项、分户计量，它能够实现对运行能耗和用能损耗途径的清晰、全面反映。校园能耗与环境管理系统还应能在基本的监控管理功能基础上，依据合理的统计模型对校园大型公共建筑进行能耗诊断和用能评估，为校园建筑的节能改造项目提供参考，从而使建筑节能工作从目前粗放的定性管理模式变为科学的定量化、精细化管理模式。

本项任务是：针对校园主要用能单位建筑物能耗与室内环境参数的特点，开发一种建筑能源与环境管理系统（BEEMS，Building Energy and Environment Management System）。在充分利用校园网络资源的基础上，对多种校园能耗和室内环境参数进行全方位、可视化的监测和展示，能够方便相关部门综合管理，从而最大限度地减少成本并实现节能效果。

2. 任务具体要求

基本要求：

采用客户端/服务器的模式，设计 BEEMS 的分层网络化结构，提供能耗监测和环境参数监测两大部分功能；

BEEMS 主要支持以下功能：校园建筑物地理空间信息、设备管理、能耗监测、能耗统计、报警管理、费用信息以及综合信息查询；

开发耗电量、耗水量、耗气量等能耗的分类、分项监测功能；而分户计量的策略是按校区、建筑、楼层这几个级别进行划分来提供监测功能；

室内环境监测主要包括热环境、光环境、声环境和典型室内空气质量(IAQ, Indoor Air Quality)的评价，例如甲醛含量、颗粒物含量等。

将一部分测量节点改造为可无线通信的节点，即采用 Zigbee 无线通信协议将部分不需要布线的现场传感器等设备接入控制网络；

• 开发更为丰富的 $ \underline{\text{上位}} $机软件管理功能，在建筑物能耗与环境管理信息系统中，扩展提供图形化的数据曲线显示、分析与报表功能，为校园节能管理提供决策依据。

3. 技术路线示例

图 7.5.1T 给出了一种 BEEMS 的分层网络化系统结构，其组成包括监管中心、主干通信网络、各种现场监控网络、各种现场智能计量装置和智能网关等。监管中心可以设置在校园内任何可接入网络的地方，运行监控软件界面。主干通信网络主要采用校园网作为专用的主干通信网络。现场监控网络由智能网络控制器、各类智能表计、智能网关等组成。各种智能计量装置主要包括数字式电能表、数字燃气表、热能表、数字式水表等具备数字通信功能的计量器具，一般都支持标准串行或并行电气接口；有些环境传感器还可扩展支持 Zigbee 等典型无线传输协议，能构成无线传感器环境测量节点。校园能耗监测和管理系统平台软件包括三个主要功能模块：传感器数据采集、数据库管理和交互界面模块。通过校园能耗与环境参数数据的信息管理，实现能耗、环境参数分户到校区、建筑、楼层，以及各个分户单元中

能耗、环境两大类参数的分类分项统计、查询和报表等功能。

参考视频7.5.2；

两台码垛机器人搬运饮料箱

§7.5.6 任务6：多关节工业机器人控制系统设计

工业机器人技术是现代工业中自动化技术的高度集成体现。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人已在焊接、搬运、装配、喷涂、包装、码垛、水切割等领域得到了广泛应用。

工业机器人通常由机器人本体、控制器、末端执行器和传感系统组成。其中本体结构一般包括多个关节，每个关节由单独的伺服驱动器和伺服电机来控制关节运动；控制器一般采用高性能微处理器或多级计算机系统，实现机器人多关节协调运动和外围设备输入/输出（I/O）控制；末端执行器一般根据机器人应用需要，装有各种手腕手爪、或者喷枪、焊枪等各种工具；传感系统用来获取机器人自身状态及其与操作对象、环境之间的相对关系。

工业机器人技术综合性强，涉及机器人技术、检测技术、控制技术、机器视觉、运动规划等多个相关技术领域。因此设计开发典型的工业机器人控制系统，体现了自动化专业学生对四年所学专业知识进行融会贯通、综合应用的高水平。

在实际应用中，工业机器人控制系统一般不仅限于对机器人本体控制，而是常常需要对机器人本体关节及外部运动机构进行协调控制。例如喷涂

机器人在喷房内，需要通过外部扩展轴（导轨）来对传输链上的工件进行同步跟踪，即“边走边喷”，从而提高喷涂效率；又例如焊接机器人通常需要与夹持待焊工件的变位机协调运动，以便对复杂工件灵活地进行焊接。现代的工业机器人也不再仅限于周而复始地重复特定轨迹，而是常采用各种传感器（例如视觉、触觉、力觉等）来感知外界环境并获得反馈信号，通过机器人的“手眼”协调控制，提高机器人完成任务的智能性和对环境变化的适应性。因此在工业机器人控制系统的设计开发中，往往需要集成机器视觉、协调控制等多项技术。

搬运机器人是一种常见的工业机器人，可以进行自动化搬运作业，大大减轻人类繁重的体力劳动。搬运机器人控制系统设计一般需要综合考虑以上问题。因此本小节以6关节搬运机器人控制系统设计与开发为例，给出具体任务和典型实现方案。

1. 背景与任务

目前主流的工业机器人控制系统正向着开放化、标准化、通用化的方向发展，其模块化的硬件系统方便用户根据应用进行剪裁。高性能的搬运机器人控制系统也具有这种特征，一般采用高速伺服总线式控制系统，允许控制器连接各种I/O装置、现场总线等，使得控制系统具有层次化、模块化和网络化的特征。根据应用需求，搬运机器人一般还需要利用视觉、激光等传感器，对传输带上的动态物品进行识别、定位和跟踪，如图7.5.12的示例所示。在此基础上，通过机器人的手眼配合以及机器人本体多个关节与手爪的协调控制，实现物品抓取、搬运与放置等操作功能。

本项任务是：采用高性能机器人控制器、伺服控制器、伺服电机和高速伺服总线，搭建30 kg搬运机器人控制系统，并开发面向物流搬运的应用作

业和安全监控软件。采用视觉传感器识别传输带上的动态物品，引导机器人本体6个关节与末端手爪的协调控制，实现机器人手眼配合下的抓取、搬运与放置等典型操作功能。

2. 任务具体要求

基本要求：

采用通用型机器人控制器，通过合理选取机器人示教盒、伺服驱动器、外部I/O模块等，搭建搬运机器人控制系统；

• 运用机器人控制器二次开发技术，实现机器人本体关节运动以及与手爪的协调运动等基本控制功能；

开发基于视觉传感器的物品识别、定位软件，对传输带上的运动物品进行动态跟踪，通过手眼标定和运动规划实现动态物品的抓取、搬运与放置等典型操作功能。

提高要求：

根据搬运需要和实际物品特点，编写机器人路径优化算法，提高搬运作业效率和运动安全性；

扩展机器人网络通信接口，开发搬运机器人上位机监控软件，实现机器人搬运作业过程的远程网络化实时监控。

3. 技术路线示例

图 7.5.13 是一个典型的搬运机器人控制系统总体实现方案。其中控制器采用基于 Intel x86 微处理器和实时操作系统的通用型机器人控制器，在该控制器上开发相应程序来实现机器人运动控制和外围设备的 I/O 控制等功能。每个轴相应的伺服驱动器通过高速伺服总线与控制器连接，由伺服驱动器对该轴的位置、速度、电流等进行闭环控制。在控制器上扩展了各种基本的数字量、模拟量 I/O 模块以及编码器采集模块等。一方面通过对传输带电机编码器输出的脉冲信号进行计数处理，来对当前传输带上的物品位置变化进行跟踪；另一方面利用 I/O 接口模块连接手爪控制器，发出开关信号并检测手爪末端的接触传感器反馈信号，从而实现机器人本体与手爪协调控制。示教器通过以太网与控制器连接通信，并在其上进行机器人应用程序的编写和调试，从而实现机器人示教操作、自动运行等各种功能。此外，还可以利用以太网将控制器与上位机 PC 相连，在上位机软件中开发实现搬运作业状态监视功能。

针对传输带上的动态物品，采用智能相机实现物品识别与定位。利用物品边缘、轮廓等典型结构特征组合，开发具有物品图像模板匹配功能的数字图像处理程序，实现工件类型识别与定位；通过机器人手眼标定，恢复出

摄像机坐标系与搬运机器人基坐标系之间的空间关系，从而求取机器人基坐标系下的待抓取点位姿。 $ \underline{\text{进一步采用网络通信方式，将智能相机计算的抓取点位姿信息发送给机器人控制器，经过机械臂运动规划与机器人关节逆运动求解，从而实现机器人抓取运动。}} $

思考题

1. 如何理解“自动化专业是工科专业，自动化专业高等教育划归为高等工程教育”？

1. 用你自己的语言，试述为什么自动化专业学生要进行工程与科研训练。

1. 为什么自动化专业的工程训练一般贯穿于大学整个四年？

1. 就你所知，你所在的自动化专业培养方案中，有哪些属于工程训练类的课程？

1. 有同学说，科研训练是研究生的事，与本科生无关。你的看法呢？

1. 你所在的自动化专业，学生参与科研训练有哪些途径？

1. 通过你所在学校的图书馆网站，能获得哪些电子资源？

1. 尝试了解你所在的学校组织过哪些自动化专业学生参与的竞赛。

1. 你认为，完成本章所举例的“电机调速控制系统设计”任务，需要具备哪些专业知识，有哪些必要的先修课程？

1. 你有信心（四年后）完成本章所举例的“多关节工业机器人控制系统设计”任务吗？

附录 7.1 面向自动化类专业大学生的部分竞赛项目

• 全国大学生智能汽车竞赛:是由教育部高等学校自动化 $ \underline{\text{类}} $专业教学指导委员会主办、以智能汽车为研究对象的创意 $ \underset{\cdot}{性} $科技竞赛,是面向全国大学生的一种具有探索性工程实践活动,是教育部倡导的大学生科技竞赛之一。

(网址： $ \underline{\text{http://www.smartcar.au.tsinghua.edu.cn/}} $)

全国大学生西门子杯自动化挑战赛：是由教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、西门子（中国）有限公司和中国系统仿真学会联合主办的，以模拟典型工业自动化系统为对象的工程科技竞赛，是面向全国自动化、机电一体化相关专业大学生和高职高专学生的一项创新性科技活动。

(网址： $ \underline{\text{http://www.siemenscup.buct.edu.cn/}} $)

“AB杯”全国大学生自动化系统应用大赛：是由教育部教育管理信息中心主办，教育部高等学校自动化类专业教学指导委员会、罗克韦尔自动化、中国工控网、机械工业出版社协办的自动化应用领域的创新型竞赛。

(网址： $ \underline{\text{http://www.rockwell-lab.com/}} $)

“三菱电机杯”全国大学生电气与自动化大赛：是教育部高等学校电气类专业教学指导委员会与中国自动化学会主办、旨在促进大学生工程应用能力提高的自动化创新竞赛。

(网址： $ \underline{\text{http://cn.MitsubishiElectric.com/fa/zh/ds}} $)

全国大学生电子设计竞赛：是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，其目的是促进电子信息类专业和课程的建设，加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际问题进行电子设计、制作的综合能力。

(网址： $ \underline{\text{http://www.nuedc.com.cn/}} $)

中国大学生数学建模竞赛：是教育部高等教育司主办的、全国高校规模最大的基础性学科竞赛，目的在于激励学生学习数学的积极性，提高学生建立数学模型和运用计算机技术解决实际问题的综合能力。

(网址： $ \underline{\text{http://www.mcm.edu.cn/}} $)

中国机器人大赛暨 RoboCup 公开赛：是由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会、RoboCup 中国委员会、科技部高技术研究发展中心主办的、中国最具影响力、最权威的机器人技术大赛。目前中国机器人大赛一般包括小型组、中型组、仿真组、救援组等多个分组。其宗旨是让更多的群众尤其是青少年学生了解并喜爱机器人，为我国的机器人事业培养更多的优秀人才，同时也通过机器人比赛和技术研讨，推动和促进我国机器人与自动化技术的发展与创新。

(网址： $ \underline{\text{http://www.rcccaa.org/}} $)