實驗室

 

控制理論實驗室

控制理論分室承擔校級精品課《自動控制理論》課程實驗,同時開設了校系共建精品實驗課程《控制理論專題實驗》。實驗室主要面向本科生,每年接納本科學生440人次,每年實驗學時達1萬多。實驗室主要設備有自行研制的模擬仿真實驗箱、自行研制的小功率隨動控制系統、直線倒立擺和環形倒立擺等。實驗室開設從經典控制理論到現代控制理論的各類實驗,既有基本理論的驗證實驗,也有控制理論各個分支的設計型、研究型實驗。實驗室采用開放式的管理模式,學生通過網絡平臺,可以自行選定實驗內容和實驗時間。實驗室采用課程實驗與專題實驗相互結合、驗證型實驗與綜合設計型實驗互為補充的方式,以深化學生對控制理論知識的理解,培養學生運用控制理論分析問題、解決問題的能力,鼓勵學生運用實驗手段進行創造性研究工作。

實驗室主要承擔《自動控制理論(1)》、《自動控制理論(2)》和《自動控制理論(1)(英文)》等課程的實驗內容。同時,實驗室還開設了《控制理論專題實驗(1)(2)》。專題實驗是實驗室獨立開設的校系共建精品實驗課程,面向本科生三、四年級。專題實驗開設了三個綜合設計型實驗項目:小功率隨動系統實驗、控制理論模擬實驗與Matlab仿真、倒立擺控制系統實驗。此外,實驗室還承擔了本科生綜合論文訓練和本科生研究訓練(SRT)項目。

實驗室主要成果有:“《自動控制理論》課程的教學改革與建設”2006年獲得“清華大學教學工作優秀成果獎”一等獎;“板球控制系統實驗裝置”2004年獲得“清華大學實驗技術成果獎”三等獎;發表論文8篇,編寫實驗指示書3本。


 

過程控制實驗室

過程控制實驗室是為過程控制的實驗教學和實踐教學服務的專業教學實驗室,是清華大學一級實驗室。實驗室的設備和實驗涵蓋了從典型流程對象到傳感器、執行器和控制器的過程控制系統所有主要環節,也包含了從簡單到復雜、從傳統到現代的多數典型過程控制技術。實驗室緊密配合自動化系的教學工作,承擔學校自動化專業和非自動化專業與過程控制相關的實驗教學和實踐教學環節,此外,還支持過程控制方面的科研,包括流程工業綜合自動化、過程建模與優化、先進控制、故障診斷與容錯控制、工業數據通信、現場總線技術、流程模擬與仿真、過程物流與供應鏈、以及間歇過程控制等。實驗室建筑面積400M2,擁有設備395臺件,配有專職人員3人,其中教授、副教授和工程師各1人,此外,還有多名教師與實驗室專職人員一起組織和開設實驗課程。

本實驗室目前支持9門本科生課程的總計41個實驗,包括:化工過程控制、智能優化算法及其應用、控制系列課專題實驗(2)、過程控制專題實驗(1)、過程控制專題實驗(2)、過程控制、過程控制(2)、現場總線技術及其應用、自動化專業實踐。近3年,本實驗室共支持了9個SRT項目,參加學生14人。此外,本實驗室還支持了大量的本科綜合論文訓練課題。

本實驗室主要支持過程控制工程研究所在過程控制方面的科研,包括流程工業綜合自動化、過程建模與優化、先進控制、故障診斷與容錯控制、工業數據通信、現場總線技術、流程模擬與仿真、過程物流與供應鏈、以及間歇過程控制等。過程控制工程研究所屬全國首批重點學科“控制理論與控制工程”,在過程控制領域的綜合實力位居高校前列,在流程工業系統集成的總體技術和典型應用、動態系統故障診斷、過程建模與優化、先進控制系統、現場總線控制系統等方面的研究處于國內一流水平,其中,動態系統故障診斷技術的理論研究成果在國際上處于先進行列。

過程控制實驗室為過程控制工程研究所的科研提供了良好的研究環境。近5年來,過程控制工程研究所共承擔國家級科研項目27項,以及大量的橫向科研課題,此外,近5年來,本所教師還獲得軍隊科技進步獎一等獎、軍隊科技進步獎二等獎和山東省科技進步獎二等獎。


 

電力電子與運動控制實驗室

電力電子與運動控制實驗室主要為電力電子技術和運動控制系統等課程服務。本實驗室自行設計和開發實驗平臺19套,并與美國的羅克韋爾自動化公司合作引進了大量具有先進技術的自動化設備和網絡控制平臺,如ControlLogix控制器、工業變頻器、以及EtherNet、ControlNet和DeviceNet等網絡體系設備。這些設備可以滿足不同學生的實驗要求,還可以進行課程設計專業實踐和綜合論文訓練等工作。

實驗室承擔了本科生的專業基礎課《電力電子技術》和《電力拖動與運動控制》的教學實驗工作以及本科生《運動控制系列專題實驗》的教學和實驗任務,還承擔了研究生選修課《企業網絡與系統集成》的部分實驗內容。本實驗室每年接待的學生達320人次左右,承擔教學實驗學時達160學時左右。開設實驗包括:

一、電力電子技術教學實驗:直流電力變換電路實驗(三相不可控整流電路實驗、直流斬波電路實驗、可逆直流PWM電路實驗),交流電力變換電路實驗(單相交直交變頻電路實驗)。

二、電力拖動與運動控制教學實驗:直流他勵電動機特性的測定、轉速負反饋單閉環直流調速系統的研究、三相異步電動機參數和特性的測定、異步電機矢量控制和全電壓啟動仿真實驗、雙閉環直流PWM電動機調速系統實驗、直流電機雙閉環調速系統仿真實驗、交流變頻器實驗。

三、運動控制專題實驗課程:控制器及IO模塊的配置實驗、基本編程實驗、水箱仿真實驗、EtherNet網絡配置實驗和DeviceNet網絡配置實驗、基于DeviceNet的變頻器控制實驗、在組態平臺上的變頻器項目開發。

四、企業網絡與系統集成:DeviceNet網絡的配置與使用實驗。


 

傳感器與檢測實驗室

傳感器與檢測實驗室主要從事傳感器和各種參數檢測技術以及現場總線技術的教學和研究。目前實驗室有專職高級實驗師1人,多名專業教師參加實驗室建設、管理和運行工作。實驗室多年來得到德國“倍加福公司”(P+F公司)在傳感器和AS-i總線實驗設備方面的捐贈。
實驗室開設實驗課程情況如下:本科生“檢測原理”課程實驗每年在春季學期開設,人數為180人,學時為4學時。本科生“檢測技術系列實驗”課分為(1)、(2)兩部分,每年春、秋季學期分別開設,課程設置為16學時、1學分,每次限選40~50人,每年有80 ~100名學生選修此課程。每年秋季學期還安排研究生課程“控制網絡與現場總線”的實驗,人數為20人左右,學時為8學時。

經過多年的努力,已建成了一個高水平的實驗室,開設了一批有實踐教學特色的高水平的專業實驗內容。研發了一個個完整的實驗系統,技術先進、生動有趣、動靜結合。並且有配套的教材、實驗指示書、電子輔導材料、音象視頻資料等,一應俱全。實驗室2006年獲得學校“實驗技術成果獎”二等獎,近幾年在有關雜志上發表了有關實驗室建設、實驗設備研制內容的學術論文5篇。并以“檢測技術系列實驗課”申請了校級精品課程。


 

工廠自動化與網絡化控制

工廠自動化與網絡控制實驗室主要承擔基于PLC的工業控制系統的實驗教學任務。實驗室配備了眾多的實驗教學設備,包括8套球桿控制系統、8套電梯模型、3套生產流水線模型以及西門子和羅克韋爾公司贈送的工業級PLC三層網控制系統等。

實驗室面向本科生及研究生開設課程實驗,其中包括本科生《計算機控制系統》、《運動控制專題實驗》,研究生《計算機網絡與多媒體技術》、《企業網絡與系統集成》、《微處理器應用系統設計》。

實驗室同時承擔中國自動化學會的“自動化系統工程師資格認證(ASEA)”的工作,承接“注冊自動化系統工程師”、“自動化系統工程師”和“助理自動化系統工程師”三個級別申報者的報名、資格審查、培訓、考試、技能測試和頒發資格證書等工作。

主要教學成果有:計算機基礎教學系列課程與實驗基地建設獲得“北京市優秀教學成果一等獎”;Linux環境下Socket網絡通信程序設計獲得“清華大學第八屆實驗技術成果”三等獎;基于Wonderware組態軟件開發計算機控制系統的實驗獲得“清華大學第八屆實驗技術成果三等獎”;基于人工智能技術的節水灌溉自動控制系統獲得清華大學挑戰杯一等獎及創新獎。


 

信息處理實驗室

信息處理實驗室是一個教學、科研類型的實驗室??蒲械闹饕较蛴校旱厍蛭锢砜碧叫吞柼幚砑白R別、基于人體生物特征的身份識別、指紋自識別、多媒體網絡信息系統及應用、模式識別、機器學習的理論與應用、現代信號處理的理論與應用、生物信息學、功能基因學、疾病基因組學。實驗室主要承擔本科生的“模式識別基礎”,“人工智能導論”,“數字圖像處理”等課程的實驗,本科生綜合論文訓練和本科生研究訓練(SRT)項目,以及研究生的課程“模式識別”,“現代信號處理”,“智能技術基礎”等課程的實驗。此外,實驗室還承擔了相關教師的科研工作的實驗任務。

近年來主要教學、科研成果有:海上中深層高分辨率勘探技術(國家科技進步二等獎)、復方丹參方藥效物質及作用機理研究(國家科技進步二等獎)、參數化時頻信號表示研究(全國優秀博士學位論文)、中央電視臺數字電視同密系統(國家廣電總局科技創新二等獎)、海上中深層高分辨率勘探技術(中國海洋石油總公司科技進步一等獎)、偏執型精神分裂癥易感基因組合的研究——復雜疾病研究策略及方法的探索(北京市科學技術獎)。


 

嵌入式系統實驗室

嵌入式系統分室主要承擔各類嵌入式系統的教學與研究工作。實驗室有自行研制的ARM9實驗平臺20套、美國TI公司贈送的DSP開發平臺37套以及NEC公司贈送的單片機實驗平臺30套。實驗室目前承擔的課程實驗有:嵌入式系統軟硬件設計(研)、嵌入式系統設計與應用(本)、微處理器應用系統設計(研)。

實驗室可為系內嵌入式方向的科研免費提供場地、設備、開發工具等,目前可提供的開發平臺包括:PowerPC8248平臺、ARM9平臺、DragonBall VZ328平臺、TMS320 6713DSK平臺、TMS320 2812DSK平臺、TMS320 2407DSK平臺、NEC開發系統。實驗室一直致力于與嵌入式方向的著名公司保持緊密聯系,并得到了他們的支持,這些公司包括:NEC公司、FREESCALE公司、TI公司。實驗室為學生相關活動提供支持如為智能車大賽、SRT、學生課外創新活動提供實驗場所和技術支撐。實驗室為產業界相關技術人員提供培訓。


 

機器人實驗室

機器人分室是一個“研究型”實踐教學基地,以機器人控制實驗、SRT項目、國內外機器人競賽三者相結合為特色,以RoboCup中的相關研究為手段培養本科生在實踐中掌握和綜合運用知識,并培養創新精神和合作能力。實驗室由3位教授指導,由2位專職教師(副教授2人)負責。實驗室現有面積80平方米,其中包括RoboCup人形組比賽場地一塊和四組終端實驗臺?,F有的教學機器人包括:Sony Aibo ERS210A四足機器人8臺,Aibo ERS7四足機器人8臺,自制輪式移動機器人2臺,自制人形機器人5臺,RM501機械臂1臺。實驗室開發的RoboCup四腿組比賽實驗平臺獲得2004年校學生實驗室貢獻一等獎(集體)。

實驗室進行的課程實驗有《機器人綜合控制實驗》、《實驗探究課-行走機器人的步態控制》、《機器人智能控制》,并為《控制理論引論》、《現代運動控制》、《漫話濾波》等課程實驗提供相應的實驗教學單元。

實驗室中每年參加RoboCup隊伍的本科成員4人,每學期接納SRT學生4-8人,每年接收暑期實習學生2-4人,本科畢業設計4-6人。近年來實驗室設立的SRT項目共計9項,參加人數39人,并獲得校SRT優秀成果一等獎、二等獎各一項。


 

系統建模實驗室

系統建模實驗室正在建設硬件在環的半實物混合仿真平臺,用于航空航天等多變量、非線性和強耦合系統的建模、仿真與控制問題的教學和研究。硬件在環半實物混合仿真已逐步成為研究復雜系統的建模、仿真與控制的先進試驗方法和必備研究條件。該方法具有低成本、快速性和靈活性的特點,不僅被波音、奧迪、福特和通用等國際公司用于汽車、航空器、機器人控制系統等復雜系統的設計和研究,同時也被國際上許多著名大學和研究機構用于復雜系統控制算法的教學與研究。

實驗室的建設將統一規劃、分步實施,經過2-3年的建設,將其建設成為面向全校的,處于國內外領先地位的復雜系統仿真與控制實驗室。實驗室建設主要是為自動控制理論、控制理論專題實驗課等課程以及學生實踐活動服務,開設各類研究型和綜合型實驗。

實驗室正在建設兩類實驗平臺:一是基于dSPACE平臺的三自由度直升機控制系統,該系統主要由dSPACE控制平臺和Quanser飛機模型兩個部分組成;二是無人駕駛直升飛機和四螺旋槳飛行器。

實驗室建設主要是為自動控制理論、控制理論專題實驗課等課程以及學生實踐活動服務,開設各類研究型和綜合型實驗。實驗室建設成為面向全系控制系統類本科生、研究生課程和全校研究生控制類課程的綜合訓練和研究實驗平臺,向全校研究生開出新課“半實物混合仿真技術”,以提高學生的動手能力和借助先進仿真工具進行研發的能力。實驗室還為本科生SRT項目、畢業綜合論文訓練和學生課外創新活動提供平臺。


 

系統監控演示中心

連續工業過程綜合自動化研究開發與演示平臺是在霍尼韋爾公司捐贈的管控一體化軟件的基礎上結合我中心在在連續工業過程綜合自動化方面長期研究成果,新建立的為連續工業過程提供一套具有高度逼近實際生產過程的虛擬被控對象和綜合自動化控制系統的兼具研究新理論、開發新技術和進行面向大型生產過程綜合自動化實驗設計和研究的綜合實驗研究平臺,使其成為兼具實驗研究、工程設計實踐和系統集成,并具有高度展示性的實驗研究平臺。該平臺具有如下特點:

1.涵蓋連續工業過程的主要典型生產過程,并具有靈活方便的的可擴充性;

2.涵蓋連續工業過程綜合自動化領域的主要方法、技術和產品的研究、開發、集成和測試環境,支持各種綜合自動化理論與技術的實驗研究、工程設計實踐、集成與測試工;

3.以虛擬現實技術作支撐,實現實驗研究平臺高度逼真實際生產過程而又運行安全、維護方便的目標。

該實驗研究平臺包括具有國際先進水平和市場占有率名列前茅的工業生產過程仿真軟件套件、DCS控制系統、大型實時數據庫軟件套件、先進控制與優化軟件套件、MES(生產執行系統)軟件套件和@ssetMAX資產管理軟件套件,以及我們自行開發的過程控制領域的先進技術和軟件。

該實驗研究平臺的建成,將使該領域的實驗研究環境從過去局限于小型基本物理實驗裝置的控制系統研究躍升到以基于大型工業過程的綜合自動化和信息化系統綜合性實驗研究、有利于新技術開發及應用集成,可以為本科生教學、研究生教學,以及研究生及教師的科研工作提供良好的研究平臺和實驗對象,促進我系教學科研工作的開展,提高我系教學科研水平。


 

計算機軟件實驗室

計算機軟件分室承擔了軟件課程的實驗教學任務,是學生學習軟件和計算機操作的實踐基地。同時實驗室是中心的計算機房,用于本系本科生的教學上機。 實驗室擁有有二百多平方米面積,配備了67臺計算機。實驗室還配有投影儀,方便在實驗室直接演示和講解。

該實驗室開設了《計算機原理與應用》、《數據庫系統原理》、《計算機網絡及應用》、《計算機語言與程序設計》、《C++程序設計與訓練》、《計算機控制系統》、《多媒體技術及應用》等多門課程的實驗,年實驗學時數達2萬多。


 

寬帶網數字媒體技術實驗室

寬帶網數字媒體技術實驗室以視頻處理及通信(Vedio Processing and Communications)為主要的科研方向,包括流媒體的傳輸與控制、光場處理及立體視頻、P2P流媒體應用、網絡融合及其關鍵技術研究、視頻檢索及其挖掘、分布式編碼的理論及其應用、無線視頻傳輸、信源信道聯合編碼、視頻轉碼、IP電視關鍵技術,同時還進行復雜網絡的相關研究。實驗室現有教師5名,兼職教師3名,博士后2名,研究生46名,其中博士生8名,碩士生38名。截止到2006年為止,在實驗室從事研究并畢業的碩士共有60名,在實驗室完成本科畢業設計的學生共有72名。實驗室主任為戴瓊海教授(國家杰出青年基金獲得者),副主任為爾桂花副教授。

實驗室目前承擔的課程實驗有:視頻處理基礎與應用Video Prosessing Foundations and Applications(本科生)、視頻處理與通信Video Processing and Communications(研究生,清華3年評估進入前5%)、微處理器應用系統設計(研)。

近年來主要成果有:流媒體集群系統榮獲國家廣電總局2004年度創新一等獎;在IEEE Trans. Signal Processing、IEEE Trans on Circuits and Systems for Video Technology、IEEE Trans. Automatic Control等國際權威雜志期刊上發表論文12篇;在中國科學上發表論文4篇,在國內核心期刊上發表論文40余篇;在重要國際會議上發表論文百余篇,其中SCI收錄38余篇,EI收錄60余篇;出版編著1部,譯著2部;申請中國發明專利38項,其中處在公示期25項,已獲授權13項。

 

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