控制理论实验室

控制理论分室承担校级精品课《自动控制理论》课程实验,同时开设了校系共建精品实验课程《控制理论专题实验》。实验室主要面向本科生,每年接纳本科学生440人次,每年实验学时达1万多。实验室主要设备有自行研制的模拟仿真实验箱、自行研制的小功率随动控制系统、直线倒立摆和环形倒立摆等。实验室开设从经典控制理论到现代控制理论的各类实验,既有基本理论的验证实验,也有控制理论各个分支的设计型、研究型实验。实验室采用开放式的管理模式,学生通过网络平台,可以自行选定实验内容和实验时间。实验室采用课程实验与专题实验相互结合、验证型实验与综合设计型实验互为补充的方式,以深化学生对控制理论知识的理解,培养学生运用控制理论分析问题、解决问题的能力,鼓励学生运用实验手段进行创造性研究工作。

实验室主要承担《自动控制理论(1)》、《自动控制理论(2)》和《自动控制理论(1)(英文)》等课程的实验内容。同时,实验室还开设了《控制理论专题实验(1)(2)》。专题实验是实验室独立开设的校系共建精品实验课程,面向本科生三、四年级。专题实验开设了三个综合设计型实验项目:小功率随动系统实验、控制理论模拟实验与Matlab仿真、倒立摆控制系统实验。此外,实验室还承担了本科生综合论文训练和本科生研究训练(SRT)项目。

实验室主要成果有:“《自动控制理论》课程的教学改革与建设”2006年获得“清华大学教学工作优秀成果奖”一等奖;“板球控制系统实验装置”2004年获得“清华大学实验技术成果奖”三等奖;发表论文8篇,编写实验指示书3本。


 

过程控制实验室

过程控制实验室是为过程控制的实验教学和实践教学服务的专业教学实验室,是清华大学一级实验室。实验室的设备和实验涵盖了从典型流程对象到传感器、执行器和控制器的过程控制系统所有主要环节,也包含了从简单到复杂、从传统到现代的多数典型过程控制技术。实验室紧密配合自动化系的教学工作,承担学校自动化专业和非自动化专业与过程控制相关的实验教学和实践教学环节,此外,还支持过程控制方面的科研,包括流程工业综合自动化、过程建模与优化、先进控制、故障诊断与容错控制、工业数据通信、现场总线技术、流程模拟与仿真、过程物流与供应链、以及间歇过程控制等。实验室建筑面积400M2,拥有设备395台件,配有专职人员3人,其中教授、副教授和工程师各1人,此外,还有多名教师与实验室专职人员一起组织和开设实验课程。

本实验室目前支持9门本科生课程的总计41个实验,包括:化工过程控制、智能优化算法及其应用、控制系列课专题实验(2)、过程控制专题实验(1)、过程控制专题实验(2)、过程控制、过程控制(2)、现场总线技术及其应用、自动化专业实践。近3年,本实验室共支持了9个SRT项目,参加学生14人。此外,本实验室还支持了大量的本科综合论文训练课题。

本实验室主要支持过程控制工程研究所在过程控制方面的科研,包括流程工业综合自动化、过程建模与优化、先进控制、故障诊断与容错控制、工业数据通信、现场总线技术、流程模拟与仿真、过程物流与供应链、以及间歇过程控制等。过程控制工程研究所属全国首批重点学科“控制理论与控制工程”,在过程控制领域的综合实力位居高校前列,在流程工业系统集成的总体技术和典型应用、动态系统故障诊断、过程建模与优化、先进控制系统、现场总线控制系统等方面的研究处于国内一流水平,其中,动态系统故障诊断技术的理论研究成果在国际上处于先进行列。

过程控制实验室为过程控制工程研究所的科研提供了良好的研究环境。近5年来,过程控制工程研究所共承担国家级科研项目27项,以及大量的横向科研课题,此外,近5年来,本所教师还获得军队科技进步奖一等奖、军队科技进步奖二等奖和山东省科技进步奖二等奖。


 

电力电子与运动控制实验室

电力电子与运动控制实验室主要为电力电子技术和运动控制系统等课程服务。本实验室自行设计和开发实验平台19套,并与美国的罗克韦尔自动化公司合作引进了大量具有先进技术的自动化设备和网络控制平台,如ControlLogix控制器、工业变频器、以及EtherNet、ControlNet和DeviceNet等网络体系设备。这些设备可以满足不同学生的实验要求,还可以进行课程设计专业实践和综合论文训练等工作。

实验室承担了本科生的专业基础课《电力电子技术》和《电力拖动与运动控制》的教学实验工作以及本科生《运动控制系列专题实验》的教学和实验任务,还承担了研究生选修课《企业网络与系统集成》的部分实验内容。本实验室每年接待的学生达320人次左右,承担教学实验学时达160学时左右。开设实验包括:

一、电力电子技术教学实验:直流电力变换电路实验(三相不可控整流电路实验、直流斩波电路实验、可逆直流PWM电路实验),交流电力变换电路实验(单相交直交变频电路实验)。

二、电力拖动与运动控制教学实验:直流他励电动机特性的测定、转速负反馈单闭环直流调速系统的研究、三相异步电动机参数和特性的测定、异步电机矢量控制和全电压启动仿真实验、双闭环直流PWM电动机调速系统实验、直流电机双闭环调速系统仿真实验、交流变频器实验。

三、运动控制专题实验课程:控制器及IO模块的配置实验、基本编程实验、水箱仿真实验、EtherNet网络配置实验和DeviceNet网络配置实验、基于DeviceNet的变频器控制实验、在组态平台上的变频器项目开发。

四、企业网络与系统集成:DeviceNet网络的配置与使用实验。


 

传感器与检测实验室

传感器与检测实验室主要从事传感器和各种参数检测技术以及现场总线技术的教学和研究。目前实验室有专职高级实验师1人,多名专业教师参加实验室建设、管理和运行工作。实验室多年来得到德国“倍加福公司”(P+F公司)在传感器和AS-i总线实验设备方面的捐赠。
实验室开设实验课程情况如下:本科生“检测原理”课程实验每年在春季学期开设,人数为180人,学时为4学时。本科生“检测技术系列实验”课分为(1)、(2)两部分,每年春、秋季学期分别开设,课程设置为16学时、1学分,每次限选40~50人,每年有80 ~100名学生选修此课程。每年秋季学期还安排研究生课程“控制网络与现场总线”的实验,人数为20人左右,学时为8学时。

经过多年的努力,已建成了一个高水平的实验室,开设了一批有实践教学特色的高水平的专业实验内容。研发了一个个完整的实验系统,技术先进、生动有趣、动静结合。並且有配套的教材、实验指示书、电子辅导材料、音象视频资料等,一应俱全。实验室2006年获得学校“实验技术成果奖”二等奖,近几年在有关杂志上发表了有关实验室建设、实验设备研制内容的学术论文5篇。并以“检测技术系列实验课”申请了校级精品课程。


 

工厂自动化与网络化控制

工厂自动化与网络控制实验室主要承担基于PLC的工业控制系统的实验教学任务。实验室配备了众多的实验教学设备,包括8套球杆控制系统、8套电梯模型、3套生产流水线模型以及西门子和罗克韦尔公司赠送的工业级PLC三层网控制系统等。

实验室面向本科生及研究生开设课程实验,其中包括本科生《计算机控制系统》、《运动控制专题实验》,研究生《计算机网络与多媒体技术》、《企业网络与系统集成》、《微处理器应用系统设计》。

实验室同时承担中国自动化学会的“自动化系统工程师资格认证(ASEA)”的工作,承接“注册自动化系统工程师”、“自动化系统工程师”和“助理自动化系统工程师”三个级别申报者的报名、资格审查、培训、考试、技能测试和颁发资格证书等工作。

主要教学成果有:计算机基础教学系列课程与实验基地建设获得“北京市优秀教学成果一等奖”;Linux环境下Socket网络通信程序设计获得“清华大学第八届实验技术成果”三等奖;基于Wonderware组态软件开发计算机控制系统的实验获得“清华大学第八届实验技术成果三等奖”;基于人工智能技术的节水灌溉自动控制系统获得清华大学挑战杯一等奖及创新奖。


 

信息处理实验室

信息处理实验室是一个教学、科研类型的实验室。科研的主要方向有:地球物理勘探型号处理及识别、基于人体生物特征的身份识别、指纹自识别、多媒体网络信息系统及应用、模式识别、机器学习的理论与应用、现代信号处理的理论与应用、生物信息学、功能基因学、疾病基因组学。实验室主要承担本科生的“模式识别基础”,“人工智能导论”,“数字图像处理”等课程的实验,本科生综合论文训练和本科生研究训练(SRT)项目,以及研究生的课程“模式识别”,“现代信号处理”,“智能技术基础”等课程的实验。此外,实验室还承担了相关教师的科研工作的实验任务。

近年来主要教学、科研成果有:海上中深层高分辨率勘探技术(国家科技进步二等奖)、复方丹参方药效物质及作用机理研究(国家科技进步二等奖)、参数化时频信号表示研究(全国优秀博士学位论文)、中央电视台数字电视同密系统(国家广电总局科技创新二等奖)、海上中深层高分辨率勘探技术(中国海洋石油总公司科技进步一等奖)、偏执型精神分裂症易感基因组合的研究——复杂疾病研究策略及方法的探索(北京市科学技术奖)。


 

嵌入式系统实验室

嵌入式系统分室主要承担各类嵌入式系统的教学与研究工作。实验室有自行研制的ARM9实验平台20套、美国TI公司赠送的DSP开发平台37套以及NEC公司赠送的单片机实验平台30套。实验室目前承担的课程实验有:嵌入式系统软硬件设计(研)、嵌入式系统设计与应用(本)、微处理器应用系统设计(研)。

实验室可为系内嵌入式方向的科研免费提供场地、设备、开发工具等,目前可提供的开发平台包括:PowerPC8248平台、ARM9平台、DragonBall VZ328平台、TMS320 6713DSK平台、TMS320 2812DSK平台、TMS320 2407DSK平台、NEC开发系统。实验室一直致力于与嵌入式方向的著名公司保持紧密联系,并得到了他们的支持,这些公司包括:NEC公司、FREESCALE公司、TI公司。实验室为学生相关活动提供支持如为智能车大赛、SRT、学生课外创新活动提供实验场所和技术支撑。实验室为产业界相关技术人员提供培训。


 

机器人实验室

机器人分室是一个“研究型”实践教学基地,以机器人控制实验、SRT项目、国内外机器人竞赛三者相结合为特色,以RoboCup中的相关研究为手段培养本科生在实践中掌握和综合运用知识,并培养创新精神和合作能力。实验室由3位教授指导,由2位专职教师(副教授2人)负责。实验室现有面积80平方米,其中包括RoboCup人形组比赛场地一块和四组终端实验台。现有的教学机器人包括:Sony Aibo ERS210A四足机器人8台,Aibo ERS7四足机器人8台,自制轮式移动机器人2台,自制人形机器人5台,RM501机械臂1台。实验室开发的RoboCup四腿组比赛实验平台获得2004年校学生实验室贡献一等奖(集体)。

实验室进行的课程实验有《机器人综合控制实验》、《实验探究课-行走机器人的步态控制》、《机器人智能控制》,并为《控制理论引论》、《现代运动控制》、《漫话滤波》等课程实验提供相应的实验教学单元。

实验室中每年参加RoboCup队伍的本科成员4人,每学期接纳SRT学生4-8人,每年接收暑期实习学生2-4人,本科毕业设计4-6人。近年来实验室设立的SRT项目共计9项,参加人数39人,并获得校SRT优秀成果一等奖、二等奖各一项。


 

系统建模实验室

系统建模实验室正在建设硬件在环的半实物混合仿真平台,用于航空航天等多变量、非线性和强耦合系统的建模、仿真与控制问题的教学和研究。硬件在环半实物混合仿真已逐步成为研究复杂系统的建模、仿真与控制的先进试验方法和必备研究条件。该方法具有低成本、快速性和灵活性的特点,不仅被波音、奥迪、福特和通用等国际公司用于汽车、航空器、机器人控制系统等复杂系统的设计和研究,同时也被国际上许多著名大学和研究机构用于复杂系统控制算法的教学与研究。

实验室的建设将统一规划、分步实施,经过2-3年的建设,将其建设成为面向全校的,处于国内外领先地位的复杂系统仿真与控制实验室。实验室建设主要是为自动控制理论、控制理论专题实验课等课程以及学生实践活动服务,开设各类研究型和综合型实验。

实验室正在建设两类实验平台:一是基于dSPACE平台的三自由度直升机控制系统,该系统主要由dSPACE控制平台和Quanser飞机模型两个部分组成;二是无人驾驶直升飞机和四螺旋桨飞行器。

实验室建设主要是为自动控制理论、控制理论专题实验课等课程以及学生实践活动服务,开设各类研究型和综合型实验。实验室建设成为面向全系控制系统类本科生、研究生课程和全校研究生控制类课程的综合训练和研究实验平台,向全校研究生开出新课“半实物混合仿真技术”,以提高学生的动手能力和借助先进仿真工具进行研发的能力。实验室还为本科生SRT项目、毕业综合论文训练和学生课外创新活动提供平台。


 

系统监控演示中心

连续工业过程综合自动化研究开发与演示平台是在霍尼韦尔公司捐赠的管控一体化软件的基础上结合我中心在在连续工业过程综合自动化方面长期研究成果,新建立的为连续工业过程提供一套具有高度逼近实际生产过程的虚拟被控对象和综合自动化控制系统的兼具研究新理论、开发新技术和进行面向大型生产过程综合自动化实验设计和研究的综合实验研究平台,使其成为兼具实验研究、工程设计实践和系统集成,并具有高度展示性的实验研究平台。该平台具有如下特点:

1.涵盖连续工业过程的主要典型生产过程,并具有灵活方便的的可扩充性;

2.涵盖连续工业过程综合自动化领域的主要方法、技术和产品的研究、开发、集成和测试环境,支持各种综合自动化理论与技术的实验研究、工程设计实践、集成与测试工;

3.以虚拟现实技术作支撑,实现实验研究平台高度逼真实际生产过程而又运行安全、维护方便的目标。

该实验研究平台包括具有国际先进水平和市场占有率名列前茅的工业生产过程仿真软件套件、DCS控制系统、大型实时数据库软件套件、先进控制与优化软件套件、MES(生产执行系统)软件套件和@ssetMAX资产管理软件套件,以及我们自行开发的过程控制领域的先进技术和软件。

该实验研究平台的建成,将使该领域的实验研究环境从过去局限于小型基本物理实验装置的控制系统研究跃升到以基于大型工业过程的综合自动化和信息化系统综合性实验研究、有利于新技术开发及应用集成,可以为本科生教学、研究生教学,以及研究生及教师的科研工作提供良好的研究平台和实验对象,促进我系教学科研工作的开展,提高我系教学科研水平。


 

计算机软件实验室

计算机软件分室承担了软件课程的实验教学任务,是学生学习软件和计算机操作的实践基地。同时实验室是中心的计算机房,用于本系本科生的教学上机。 实验室拥有有二百多平方米面积,配备了67台计算机。实验室还配有投影仪,方便在实验室直接演示和讲解。

该实验室开设了《计算机原理与应用》、《数据库系统原理》、《计算机网络及应用》、《计算机语言与程序设计》、《C++程序设计与训练》、《计算机控制系统》、《多媒体技术及应用》等多门课程的实验,年实验学时数达2万多。


 

宽带网数字媒体技术实验室

宽带网数字媒体技术实验室以视频处理及通信(Vedio Processing and Communications)为主要的科研方向,包括流媒体的传输与控制、光场处理及立体视频、P2P流媒体应用、网络融合及其关键技术研究、视频检索及其挖掘、分布式编码的理论及其应用、无线视频传输、信源信道联合编码、视频转码、IP电视关键技术,同时还进行复杂网络的相关研究。实验室现有教师5名,兼职教师3名,博士后2名,研究生46名,其中博士生8名,硕士生38名。截止到2006年为止,在实验室从事研究并毕业的硕士共有60名,在实验室完成本科毕业设计的学生共有72名。实验室主任为戴琼海教授(国家杰出青年基金获得者),副主任为尔桂花副教授。

实验室目前承担的课程实验有:视频处理基础与应用Video Prosessing Foundations and Applications(本科生)、视频处理与通信Video Processing and Communications(研究生,清华3年评估进入前5%)、微处理器应用系统设计(研)。

近年来主要成果有:流媒体集群系统荣获国家广电总局2004年度创新一等奖;在IEEE Trans. Signal Processing、IEEE Trans on Circuits and Systems for Video Technology、IEEE Trans. Automatic Control等国际权威杂志期刊上发表论文12篇;在中国科学上发表论文4篇,在国内核心期刊上发表论文40余篇;在重要国际会议上发表论文百余篇,其中SCI收录38余篇,EI收录60余篇;出版编著1部,译著2部;申请中国发明专利38项,其中处在公示期25项,已获授权13项。