1、第一講 自動化學科的發展與挑戰 孫長銀問題1：為什么要研究基于數據的控制理論及其方法？隨著科學技術、特別是信息科學技術的快速，發展, 化工、冶金、機械、電子、電力、交通運輸和物流等企業發生了重大變化. 企業的規模越來越大,生產工藝、生產設備和生產過程越來越復雜. 傳統方法, 即依據物理化學機理建立精確數學模型, 并對生產過程和設備進行控制、預報和評價已變得越來越困難. 相當數量的企業每天都在產生并存儲著大量的生產、設備和過程數據, 這些數據隱含著工藝變動和設備運行等信息. 如何有效利用大量的在線數據和知識,建立受控系統較準確機理模型實現對生產過程和設備的優化控制、預報和評價, 已成為控制理論界

2、迫切需要解決的問題. 因此, 發展數據驅動控制理論與方法是新時期控制理論發展與重大應用的必然要求, 具有重要的理論與現實意義.問題2：什么是基于數據的控制理論及其方法？數據驅動控制定義: 控制器設計不包含受控過程數學模型信息, 僅利用受控系統的在線和離線I/O 數據以及經過數據處理而得到的知識來設計控制器, 并在一定的假設下, 有收斂性、穩定性保障和魯棒性結論的控制理論與方法。或者簡單地講, 就是直接從數據到控制器設計的控制理論和方法。目前, 國內外已存在的數據驅動控制理論和方法主要有8 種. 按照對數據的利用特點, 這些方法又可以分為三類, 分別是: 基于在線數據的數據驅動控制理論與方法;

3、基于離線數據的數據驅動控制理論與方法; 基于在線和離線數據相結合的數據驅動控制理論與方法.問題3：基于數據的控制理論及其方法的研究面臨的挑戰有哪些？1. 基于數據的控制理論和方法的框架體系的建立.2. 面向控制任務的數據處理及其在基于數據控制系統設計中的應用是一個具有標志性意義的研究方向.3. 基于數據控制的魯棒性定義和分析方法也是基于數據控制理論和方法的建立及發展必須要解決的重要問題之一.第二講 遺傳算法及其在路徑規劃中的應用 李擎問題：車內導航系統和移動機器人路徑規劃遺傳算法有何不同？所謂車載導航系統路徑規劃，就是在電子地圖中找到一條從起點到終點在距離（或時間）上最短的路徑。所謂移動機器人

4、路徑規劃，就是在規劃空間中找到一條從起點到終點，滿足某一性能指標（如距離最短、時間最短、能量消耗最小、轉彎次數最少等）且和障礙物無碰的路徑。車內導航系統的路徑是確定的，移動機器人路徑是隨機的。車內導航系統的編碼采用的是字符編碼，但是移動機器人采用的是數字編碼。因為需求指標的不同，如最短路徑、最少時間等，它們的適應性算法可能會不同。兩者的交叉方式也不一樣，為了避免產生回路或者是斷路，車內導航系統必須采用特殊的單點交叉。第三講 太赫茲檢測技術 張朝輝問題：時域太赫茲脈沖的寬度僅在皮秒數量級，如何采集出如此短暫的波形？THz頻率很高，遠遠超出了傳統的電采樣示波器的分辨率，光電導和電光取樣成為了目前最

5、主要的兩種相干THz波探測技術。光電導采樣是光電導發射機理的逆過程：光選通脈沖在光電導介質中激發產生自由載流子，THz電場作為偏置電場，促使載流子運動產生電流，盡管電流I(t)只在0.3ps內積分，非常微弱，但當平臺stage移動一次時會有多次電荷累積在電容內，因此可以達到nA級別的電流。對該電流進行測量可以得到THz電場的信息。由于待測THz場的頻率太高，實時采樣存在困難，所以超短脈沖的采樣采用等效時間采樣，即通過在周期信號的不同周期上抽取采樣點來重新構建待測信號的波形，新組成的信號的形狀與原始信號相似，可以在時間刻度上比原來的信號寬展了若干倍。考題：太赫茲定性測定化學成分，有何優勢？答：與

6、可見光相比，投射能力比較強；與X光、伽馬射線比較，不會導致生物細胞電離損傷，是一種安全的檢測；與紅外線比較，頻率分辨率更細，對于大分子更適宜。第四講 無限傳感器網絡 肖文棟問題：無線傳感器網絡WSN的硬件結構分析無線傳感器網絡的硬件組成，主要研究其節點的硬件組成上。節點在硬件設計上一般由傳感器模塊（感知模塊）、處理器模塊、無線收發模塊、能量模塊、外部存儲器模塊五部分組成。傳感器模塊：主要用于監控區域內的信息采集和數據交換。處理器模塊：處理整個傳感器節點的操作，存儲和處理傳感器采集、其他節點傳送的數據。無線通信模塊：用于與其他節點進行無線通信，包括接收與發送收集信息等。能量模塊：主要為傳感器提供

7、運行所需的能量。外部存儲模塊：用于存儲用戶的數據和程序運行所需的數據。這與具體的應用相掛鉤。試題，當前無線傳感器網絡的研究中有哪些主要的挑戰？為什么需要信息驅動的網絡設計？答：應用的信息需求與有限傳感、通信、網絡與計算資源的矛盾：信息驅動的跨層優化設計；各種不確定性：需要高效的信號處理算法；動態環境：自適應、自組織；可擴展到大規模（Scalability）：分層遞階、分布式設計與實現；網絡的互連互通與信息共享；基于傳感信息的大數據處理。第二問不知道。11. 第五講 中立性延時系統的穩定性判據胡廣大資料：無考題：中立型延時系統與線性定常系統的穩定性定義以及區別和聯系。答：不會。第六講 write

8、 a research paper? 穆志純不考第七講 分布式發電、儲能與微電網控制 孫瞿問題1：什么是分布式發電？結構和特點？分布式發電（Distributed Generation）是指功率不大（一般幾十kW到幾十MW）、建設在負荷中心附近的、模塊式采用先進信息控制技術的、清潔環保、經濟、高效、可靠的自主智能發電形式。結構：該系統由分布式電源、儲能裝置、AC/DC、DC/DC轉換器等4個單元組成，各單元通過直流總線連接，自主控制。特點：接近終端用戶容量很小（幾十kW 至幾十M W）以孤立方式或與配電網并網方式，運行在380V 或10kV采用潔凈或可再生能源(天然氣、沼氣、太陽能、生物質能、

9、風能小風電、或水能小水電)。問題2：什么是微電網？結構和特點微電網是以分布式發電技術為基礎，以靠近分散型資源或用戶的小型電站為主，結合終端用戶電能質量管理和能源梯級利用技術形成的小型模塊化、分散式的供能網絡。微電網是智能電網的重要組成部分，能實現內部電源和負荷的一體化運行，并通過和主電網的協調控制，可平滑接入主網或獨立自治運行，充分滿足用戶對電能質量、供電可靠性和安全性的要求。微電網可能組成中壓或低壓配電網的一部分，負荷通過分布式電源供電。根據微電網的運行特性，微電網可能通過PCC連接到大電網并網運行，也可與之斷開進入孤網運行模式（IsolatedGrid，IG）。當微電網并網的時候，微電網的

10、運行和控制模式也在兩種狀態之間轉換，即依賴于大電網的模式（Grid Dependent，GD）和獨立于大電網的模式（Grid Independent，GI）。GD與GI模式的區別在于微電網與大電網之間是否有功率交換。它們接在用戶側，具有成本低、電壓低以及污染小等特點。 第八講 高爐爐內料形監測與重構技術 陳先中資料：無PPT考題：好像是雷達測量原理？微波測量原理？以及獲取這些數據有什么好處？答案：老師提示要和效率和可視化方面結合。問題：高爐爐頂面料檢測方法？檢測特點？a 采用微波發射器、接收器和天線組成的微波高度計； b 60Co放射性同位素檢測儀 c爐頂工業電視，攝像儀傳統上對封閉高爐料面的

11、監視一般僅限于用機械探尺采集數據; 機械探尺雖然準確可靠, 但缺點是不能遍歷爐頂料面的每一點, 造成分析爐內料面分布的難度較大;爐窯的視頻監測系統, 在高溫下可以看見爐內的布料狀態、爐內火焰和爐邊火焰的發展情況, 但在光線較暗、料位很低時, 看不見爐內的布料情況;紅外成像技術, 對料面表面的紅外圖像進行分析, 通過檢測高爐料面的溫度分布來間接推算高爐料面的分布, 優點是可以根據像素值和像素之間的關系構造三維圖像, 全面反映爐頂料面形狀, 缺點是在低溫區效果不好，同時容易受到高溫氣流的干擾；由于微波信號的傳播特點,使得雷達料位測量比起紅外、超聲、激光等料位計在某些特殊環境下更具有優越性, 能夠承

12、受高溫、壓力、粉塵的影響, 回波數據穩定,距離分辨率高, 料面仿真度好, 可靠性高。同時，雷達的布置和維護困難。檢測特點：（不全面）采用LFMCW（線性調頻連續波）雷達測量原理高頻發射模塊產生頻率隨時間線性變化的連續高頻等幅波，經功放后由發射通路連接到天線向空間發射，接到目標平面后發射并由天線接收，通過接收通路與本振信號施加到混頻器上，在微波傳播到目標并返回天線的這段時間內，發射信號相比回波已經有了頻率的變化，混頻器輸出端便得到頻率與待測距離線性相關的差拍信號，通過濾波放大和信號處理（FFT）測出差拍信號頻率就可以推導出目標的距離。第九講 非線性梯形建模理論及方法 PPt尹怡欣問題：非線性動態

13、系統和線性動態系統的主要特點？主要有哪幾種非線性系統模型？非線性系統辨識的主要思路和方法？1. 非線性動態系統和線性系統的主要特點：a.非線性系統：不適用疊加定理；穩定性分析復雜，非線性系統的穩定性不僅與系統的結構和參數有關，也與初始條件以及系統的輸入信號的類型和幅值有關；可能存在自持振蕩（極限環）現象，自持振蕩是指沒有外界周期變化信號的作用時，系統內部產生的具有固定振幅和頻率的穩定周期運動；頻率響應發生畸變，非線性系統的頻率響應除了含有與輸入同頻率的正弦信號分量外，還含有w的高次諧波分量，使輸出波形發生非線性畸變；G(s)、G(jw)對非線性系統不適用。b.線性系統：線性系統的穩定性只與系統

14、的結構形式和參數有關，而與外作用及初始條件無關；線性系統響應的形式與輸入的幅值、系統的初始狀態無關；可能會產生自由周期運動，但是振幅和相位取決于初始狀態，一旦受到擾動，振幅和相位都會發生變化，這種周期運動是不穩定的。當輸入是正弦信號時，系統的輸出是同頻率的正弦信號，僅幅值和相位不同。2. 主要有哪幾種非線性系統模型：典型的非線性環節包括：死區非線性、飽和非線性、間隙非線性、繼電器非線性等。3. 非線性系統辨識的主要思路和方法：aHammerstein模型辨識法主要分為3 類：第1 類采用傳統迭代法這種方法計算復雜, 并且不一定收斂.第2 類方法利用分離原理, 將穩態估計和動態辨識相結合, 但這

15、種方法需要嚴格假設輸入為白噪聲最新的研究中, 是一種基于最小二乘法和特征值分解的辨識方法(L sE一S v D 法), 僅需假設輸入為持續激勵, 并可獲得在有噪聲情況下系統的有效辨識.bWiener-Hammerstein 模型辨識方法：最小二乘神經網絡非線性優化cNARMAX模型辨識方法：可以拿神經網絡進行辨識第十講 非線性系統的工程控制方法 童朝南問題： 關于“模糊控制對于一個系統一定比精確控制帶來的誤差大”這種說法對嗎？為什么？這種說法不一定正確，模糊控制是利用模糊集合來刻畫人們日常所使用的概念中的模糊性，使控制器更能逼真地模仿熟練操作人員和專家的控制經驗與方法。模糊控制屬于智能控制的范

16、疇，它的最大優勢在于它不需要對象的精確數學模型。由于模糊控制本質上是非線性和自適應控制，對于具有參數波動或者檢測信號不太精確的復雜非線性多變量模糊控制也能很好的處理，對于參數波動和負載干擾的影響具有很強的魯棒性。精確控制追求對系統精確的數值分析和描述,用統一的數學表達式,特別是用微分方程配合大量參數對系統結構及特性進行描述,并通過解方程求解系統從而進行控制.是以精確數學為前提的.在精確控制中,在建立數學模型時,為了簡便計算,總是要做一些假設,忽略一些次要因素.這樣,精確的描述中就包含了模糊的描述,數學模型中就包含了模糊的因素.同時,當系統處在的環境發生變化,系統的參數也會跟著變化,這時控制會發

17、生偏差,也可以說精確控制就不是絕對精確了,其中也存在模糊化的因素. 而且許多工業被控對象或過程往往具有非線性、時變性、變結構、多層次、多因素等各種不確定性，難于建立精確的數學模型。第十一講 復雜工業系統的故障診斷與預測 彭開香資料：手機上有部分PPT照片 考題：PCA模型基本思路及解決的問題，具體見PPT？答：PCA監測模型基本原理：PCA統計過程監測模型描述了正常工況下個過程變量之間的關系，這種變量間的內在聯系是由物料平衡、能量平衡以及操作限制等約束條件所形成的，具體建模方法是將過程數據向量投影到兩個正交的子空間（主元空間和殘差空間）上，并分別建立相應的統計向量進行假設檢驗，以判斷過程的運行

18、狀況。PCA監測模型作用：PCA監測模型本身只具有檢測過程變化的功能，不具有明確的、定量的故障重構、識別和分離等高級功能。主要是提供一種“經驗模型”，這種由數據驅動方法建立的模型與精確的機理模型在過程檢測中作用地位是類似的；在數據驅動的過程檢測方法中PCA模型是用于提供變量和正常范圍或控制限。第十二講 雷達技術 藍金輝 問題：ATR(Automatic Target Recognition)的主要關鍵技術：傳感器技術、處理器、存儲技術、數據庫、算法與程序。考題：目標識別關鍵技術相關的內容，并舉出該技術的實用例子。答：傳感器技術：包括紅外凝視焦平面陣列技術，固體激光雷達技術等；處理器DSP芯片和FPGA芯片，如果采用兩種傳感器還需開發MSP（多傳感器處理器）芯片；存儲技術：微處理器技術和相關的存儲器技術與器件；數據庫：相關目標區域的數字基準圖數據庫，包括可見光圖像、紅外圖像、激光圖像等數據庫；算法與程序：與自動目標識別相關的算法和軟件系統。第十三講 紅外技術 付冬梅無題目 有課件第十四講 多模控制 李曉理1 直接多模型自適應控制：特點是：有一個預先給定的控制序列；如何切