導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇自動(dòng)控制原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

《自動(dòng)控制原理》考試大綱

一、基本要求

掌握控制系統(tǒng)分析和綜合基本方法，

主要內(nèi)容有傳遞函數(shù)和信號(hào)流圖等數(shù)學(xué)模型的建立；

系

統(tǒng)穩(wěn)定性、

動(dòng)態(tài)性能、

穩(wěn)態(tài)性能的時(shí)域分析；

頻域法和根軌跡法；

系統(tǒng)串聯(lián)校正的設(shè)計(jì)方法；

線性離散系統(tǒng)的分析；

系統(tǒng)狀態(tài)空間建模及其求解；

系統(tǒng)可控性和可觀測(cè)性；

線性定常系統(tǒng)

狀態(tài)反饋及觀測(cè)器設(shè)計(jì)；李雅普諾夫穩(wěn)定性理論。

二、考試范圍

．

自動(dòng)控制的一般概念

（）自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義、構(gòu)成；

（）自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本控制方式；自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類；

（）對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求；

．

控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

（）傳遞函數(shù)的定義、性質(zhì)及典型環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；

（）信號(hào)流圖的組成、建立及梅森增益公式；

（）閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：輸入量及擾動(dòng)量作用下的傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù)。

．線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法

（）一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能；

（）二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能：典型二階系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、欠阻尼階躍響應(yīng)、二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)、二階系統(tǒng)性能的改善；

（）控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)；

（）控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析：

穩(wěn)態(tài)誤差的定義、

系統(tǒng)類型、

穩(wěn)態(tài)誤差分析與靜態(tài)誤差系數(shù)。．

線性系統(tǒng)的根軌跡法

（）根軌跡方程：幅值條件和相角條件；

（）度根軌跡作圖的一般規(guī)則、典型的零、極點(diǎn)分布及其相應(yīng)的根軌跡；

（）系統(tǒng)性能分析：穩(wěn)定性分析、增加零、極點(diǎn)對(duì)根軌跡的影響、利用主導(dǎo)極點(diǎn)估計(jì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)；

．

線性系統(tǒng)的頻域分析法

（）頻率特性；

（）典型環(huán)節(jié)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的頻率特性；

（）奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)及應(yīng)用；

（）穩(wěn)定裕度；

．

線性系統(tǒng)的校正法

（）校正裝置：超前、滯后網(wǎng)絡(luò)的特性；

（）系統(tǒng)校正的頻率響應(yīng)法：超前、滯后校正設(shè)計(jì)；

1

/

2

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

（）控制器：控制法則及對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

.

線性離散系統(tǒng)的分析

()

信號(hào)采樣和保持；

()

離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：差分方程和脈沖傳遞函數(shù)；

()

離散系統(tǒng)穩(wěn)定性及穩(wěn)定性判據(jù)；

()

離散系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差及動(dòng)態(tài)性能分析；

.

線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間分析與綜合

()

線性系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述：建立、轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)型；線性系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析狀態(tài)方程的解；

()

線性系統(tǒng)的可控性和可觀測(cè)性；

()

線性定常系統(tǒng)的線性變換；

()

線性定常系統(tǒng)的狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置和全維狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)；

()

李雅普諾夫穩(wěn)定性分析。

2

篇2

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理；獨(dú)立學(xué)院；范例教學(xué)；結(jié)構(gòu)主義教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：周戰(zhàn)馨（1970-），女，吉林省吉林市人，常州大學(xué)信息學(xué)院，副教授；張繼（1981-），男，江蘇常州人，常州大學(xué)信息學(xué)院，講師。（江蘇 常州 213016）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）19-0113-02

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)獨(dú)立學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來(lái)源復(fù)雜，學(xué)習(xí)能力參差不齊，學(xué)習(xí)目標(biāo)各種各樣，這些都給“自動(dòng)控制原理”教學(xué)帶來(lái)很大困難。同時(shí)，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)在不斷加速中發(fā)展，尤其在電子、電氣和材料等領(lǐng)域，新材料和新技術(shù)層出不窮。但是目前高等院校開(kāi)設(shè)的“自動(dòng)控制原理”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，內(nèi)容比較抽象，更多強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手解算能力，與實(shí)際應(yīng)用有些脫節(jié)。

為了達(dá)到獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)目標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)分析實(shí)際教學(xué)情況，查閱并參考近現(xiàn)代教學(xué)理論[1]和各個(gè)學(xué)校開(kāi)展的教學(xué)改革，[2，3]在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了有益探討。

一、問(wèn)題分析

第一，獨(dú)立學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)生源復(fù)雜，學(xué)習(xí)能力偏差和學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確。由于筆者所在常州大學(xué)地處江蘇省，經(jīng)濟(jì)發(fā)展在國(guó)內(nèi)處于前列，尤其在電子、電氣和能源新材料等方面。地方經(jīng)濟(jì)逐步轉(zhuǎn)向科技型，對(duì)應(yīng)用人才需求旺盛。因此從政府、企業(yè)到普通群眾無(wú)不認(rèn)識(shí)到掌握技術(shù)、具有技能的重要性。隨著國(guó)家對(duì)高等教育改革的進(jìn)一步推進(jìn)，給更多的青年人帶來(lái)機(jī)會(huì)，面對(duì)高就業(yè)率，電氣自動(dòng)化專業(yè)得到了更廣泛的關(guān)注。這樣就形成了學(xué)生中既有理科背景的，還有少部分文科背景的；既有高考偶然因素失利的，也有勉強(qiáng)達(dá)到錄取分?jǐn)?shù)線的；既有喜愛(ài)電氣自動(dòng)化專業(yè)的，更有不少是為了就業(yè)和父母期望而來(lái)的。在教學(xué)中明確體現(xiàn)了不同生源學(xué)生的學(xué)習(xí)能力差別。前兩年的大學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程，只能基本上幫助大部分人適應(yīng)大學(xué)教學(xué)節(jié)奏，在學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)效率方面基本沒(méi)有改進(jìn)。反而不斷增加了他們的學(xué)業(yè)壓力，引發(fā)一部分人消極情緒，對(duì)自身的改進(jìn)沒(méi)有了信心。第三年進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)，少部分對(duì)知識(shí)掌握好的學(xué)生，由于外界不斷對(duì)他們的肯定，學(xué)習(xí)積極性得到提高，主動(dòng)與老師互動(dòng)；大部分學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)剛接觸，對(duì)于抽象的理論知識(shí)不知道有何用處，對(duì)自身能力的潛力認(rèn)識(shí)不夠，滿足于考試通過(guò)，拿到學(xué)分。

第二，獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)目標(biāo)不斷變化，受母體高校影響大。自獨(dú)立學(xué)院開(kāi)設(shè)之初，其培養(yǎng)目標(biāo)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)其在高等教育中作用認(rèn)識(shí)的加深，在不斷發(fā)展變化。從最初的對(duì)主流學(xué)校的有益補(bǔ)充，發(fā)展到主要培養(yǎng)技能型和技術(shù)型人才；在師資和教學(xué)設(shè)施建設(shè)上，基本都是參照所母體學(xué)校進(jìn)行。為了保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)進(jìn)度，很多師資都是從母體學(xué)校借調(diào)。所以保證了對(duì)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，滿足了學(xué)生和家長(zhǎng)對(duì)學(xué)校的期望，卻加重了任課教師的教學(xué)強(qiáng)度。任課教師要面向不同基礎(chǔ)，不同理解能力和學(xué)習(xí)能力的學(xué)生。

第三，由于我國(guó)近些年經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)技術(shù)人才需求隨之增長(zhǎng)。更多的企業(yè)為了自身的可持續(xù)發(fā)展，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)設(shè)備；越來(lái)越多的技術(shù)型小企業(yè)獲得發(fā)展空間；社會(huì)上不斷涌現(xiàn)新專業(yè)方向、新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。高中畢業(yè)生不能夠通過(guò)短時(shí)培訓(xùn)勝任崗位；普通高等學(xué)校的畢業(yè)生缺少實(shí)際動(dòng)手能力，對(duì)工作崗位待遇期望值高。獨(dú)立學(xué)院通過(guò)十年多的不斷完善，已逐步注重市場(chǎng)調(diào)研，充分結(jié)合母體學(xué)校的專業(yè)特長(zhǎng)，加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力的培訓(xùn)，但是目前仍不能滿足社會(huì)需求。

二、實(shí)踐探討

面對(duì)以上實(shí)際情況，從掌握基本知識(shí)和應(yīng)用角度出發(fā)，在以下三方面做了教學(xué)改進(jìn)。

1.實(shí)施“缺漏”教學(xué)，讓學(xué)生掌握最基本的概念和原理

心理學(xué)家M·瓦根金提出的范例教學(xué)非常適用于獨(dú)立學(xué)院“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)。他強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生掌握課程中最基礎(chǔ)、最本質(zhì)的因素。因此根據(jù)電氣自動(dòng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)背景，我們精選出最典型、最有代表性的概念和原理作為授課重點(diǎn)，并增加相應(yīng)的授課學(xué)時(shí)。對(duì)于負(fù)反饋系統(tǒng)的理解，增加實(shí)際系統(tǒng)分析，對(duì)同一個(gè)電機(jī)速度控制系統(tǒng)在不同情況下作用進(jìn)行分析。首先進(jìn)行定性分析，然后再進(jìn)行定量分析；對(duì)于控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，打破章節(jié)限制，集中講解其重要性和分析手段；對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，側(cè)重于講解思路，只把PID控制器作為重要知識(shí)點(diǎn)。

實(shí)踐證明，學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)節(jié)奏比較適中，對(duì)概念的理解比較清晰，減少了為了達(dá)到教學(xué)進(jìn)度使得部分學(xué)生跟不上的現(xiàn)象；教師對(duì)設(shè)計(jì)部分內(nèi)容降低要求，比較符合獨(dú)立學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)背景，減弱了母體高校教學(xué)要求的影響。

2.應(yīng)用“結(jié)構(gòu)主義”教學(xué)方法

作為三大教學(xué)論之一，結(jié)構(gòu)主義教學(xué)論強(qiáng)調(diào)心理學(xué)與教育學(xué)的緊密結(jié)合。要學(xué)習(xí)和掌握學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)；要組織螺旋式課程；要廣泛使用發(fā)現(xiàn)方法。將原發(fā)現(xiàn)過(guò)程再編制，應(yīng)用于教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程。發(fā)展學(xué)生的歸納、推理等思維能力。目的是讓學(xué)生形成遷移能力，這種理論特別適用于“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)。以電機(jī)速度控制系統(tǒng)為重點(diǎn)，設(shè)置多種工作狀態(tài)。首先演示控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，讓學(xué)生通過(guò)測(cè)試設(shè)備發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生分析可能的原因，提供相應(yīng)的理論分析方法，共同分析現(xiàn)象所體現(xiàn)的控制系統(tǒng)原理。因此提高了學(xué)生參與的積極性，也增強(qiáng)了他們自身理解問(wèn)題和解決問(wèn)題的自信心。由于對(duì)電機(jī)速度控制系統(tǒng)的分析對(duì)控制系統(tǒng)三個(gè)指標(biāo)——穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性完全覆蓋，使學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)原理的基本結(jié)構(gòu)有清晰的理解。許多學(xué)生不再和教師探討“自動(dòng)控制原理”課程對(duì)以后工作有什么作用，與自身生活有什么聯(lián)系，傳遞函數(shù)表示什么，畫(huà)根軌跡作用是什么等等。對(duì)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力加強(qiáng)，能夠縮短適應(yīng)工作崗位的進(jìn)程。

3.提高M(jìn)ATLAB和網(wǎng)絡(luò)的使用率

MATLAB是控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的一個(gè)平臺(tái)。[4]對(duì)于喜愛(ài)虛擬世界的年輕人而言，許多實(shí)際控制系統(tǒng)的理解難度比較大，但在虛擬世界，可以出錯(cuò)，可以隨時(shí)修改，同時(shí)不受元件成本、安裝要求的限制。教師在教學(xué)過(guò)程中，利用MATLAB即時(shí)演示控制系統(tǒng)工作現(xiàn)象。在入門階段，教師充分考慮到學(xué)生英語(yǔ)基礎(chǔ)低面導(dǎo)致獨(dú)立閱讀幫助文件進(jìn)展慢的情況，專門安排時(shí)間引領(lǐng)學(xué)生掌握基本仿真命令。

由于智能手機(jī)的普遍使用，幾乎本專業(yè)所有學(xué)生都能隨時(shí)查詢信息。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生查詢與“自動(dòng)控制原理”課程相關(guān)內(nèi)容，使學(xué)生學(xué)會(huì)正確搜索學(xué)術(shù)信息，對(duì)信息的使用要先進(jìn)行基本判斷。如對(duì)于利用SIMULINK進(jìn)行仿真驗(yàn)證，許多學(xué)生直接使用網(wǎng)絡(luò)上提供的模型。但在仿真時(shí)經(jīng)常出錯(cuò)。此時(shí)教師幫助學(xué)生分析出錯(cuò)原因，通常是在學(xué)生提出三個(gè)修改后仍不成功的情況下。由此鼓勵(lì)了一部分動(dòng)手能力強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、總結(jié)與展望

通過(guò)采用新的教學(xué)理念，緊密結(jié)合懷德獨(dú)立學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)“自動(dòng)控制原理”實(shí)際教學(xué)情況，實(shí)施了淡化理論知識(shí)推導(dǎo)，注重理論知識(shí)框架的掌握；減少對(duì)計(jì)算的要求，提高對(duì)應(yīng)用軟件的運(yùn)用能力；降低對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)要求，加強(qiáng)典型實(shí)際系統(tǒng)分析能力和對(duì)基本概念的理解。

分析當(dāng)前教學(xué)效果，可以得出學(xué)生的自信心得到提高，教師的教學(xué)能力得到提升，擺脫了以前學(xué)生面對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)沒(méi)興趣、沒(méi)信心，教師面對(duì)學(xué)生只能放慢教節(jié)奏，全面降低教學(xué)要求，課堂很少互動(dòng)的被動(dòng)局面。

當(dāng)然，要使“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)效果進(jìn)一步提高，還需要對(duì)教師的應(yīng)用能力進(jìn)行培訓(xùn)，提供機(jī)會(huì)讓他們走出學(xué)校到企業(yè)去，了解技術(shù)應(yīng)用新動(dòng)向、新需求。學(xué)生更需要走出學(xué)校，提高對(duì)本門課程在實(shí)際系統(tǒng)中重要性的認(rèn)識(shí)。這些均是我們以后需要做的工作，希望電氣自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)生能很好地符合社會(huì)需求，更快地適應(yīng)崗位。

參考文獻(xiàn)：

[1]巨瑛梅，劉旭東.當(dāng)代國(guó)外教學(xué)理論[M].北京：教育科學(xué)出版社，2004：21-163.

[2]謝志剛，齊曉慧，王永川.自動(dòng)控制原理教學(xué)中的方法論探討[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2009，（12）：31-32.

[3]宮二玲，謝紅衛(wèi)，張紀(jì)陽(yáng).融入實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)習(xí)興趣——《自

篇3

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理；教學(xué)改革；知識(shí)線索；創(chuàng)新

作者簡(jiǎn)介：陳曉燕（1979-），女，四川自貢人，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)信息與工程技術(shù)學(xué)院，講師；龐濤（1977-），男，四川射洪人，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)信息與工程技術(shù)學(xué)院，講師。（四川 雅安 625014）

基金項(xiàng)目：本文系“四川農(nóng)業(yè)大學(xué)2011年校級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目”（項(xiàng)目編號(hào)：X2011036）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）01-0016-03

“自動(dòng)控制原理”是高校自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是電氣信息類、機(jī)械類、環(huán)境工程類等專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。在整個(gè)專業(yè)知識(shí)體系中占據(jù)非常重要的地位，具有承上啟下的作用。通過(guò)對(duì)控制理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握分析、測(cè)試和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)如“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“過(guò)程控制系統(tǒng)”、“電氣控制”、“先進(jìn)控制系統(tǒng)”等專業(yè)課程提供理論基礎(chǔ)和分析設(shè)計(jì)方法。該課程內(nèi)容涉及數(shù)學(xué)、物理、電子、電機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科領(lǐng)域，還與實(shí)際工程系統(tǒng)的控制密切相關(guān)[1]，具有內(nèi)容豐富、理論性強(qiáng)、涉及知識(shí)面廣、更新發(fā)展快等特點(diǎn)[2]，有一定的深度和學(xué)習(xí)難度。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易感到枯燥乏味，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。教師在教授過(guò)程中也容易過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，忽視工程應(yīng)用。為了促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革是十分必要的。

一、優(yōu)化課程內(nèi)容，把握知識(shí)線索

1.重點(diǎn)突出

隨著專業(yè)口徑的不斷擴(kuò)寬，各門課程的教學(xué)內(nèi)容也不斷膨脹和加深，自動(dòng)控制原理課程也面臨著內(nèi)容多和課時(shí)少的矛盾，所以要精選課程內(nèi)容，突出重點(diǎn)[3]。下面將每章中的一些重點(diǎn)分別加以闡述：

“控制系統(tǒng)基本概念”重點(diǎn)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本工作原理，自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)、組成和基本環(huán)節(jié)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型。

“控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型”重點(diǎn)是動(dòng)態(tài)微分方程的建立，傳遞函數(shù)求解，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖變換。

“線性連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析”重點(diǎn)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程分析，代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)，穩(wěn)態(tài)誤差求解，根軌跡的繪制，用根軌跡法分析系統(tǒng)的性能。

“線性連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析”重點(diǎn)是頻率特性的繪制，頻率特性與系統(tǒng)時(shí)域指標(biāo)之間的關(guān)系，頻域指標(biāo)，Nyquist判據(jù)。

“線性系統(tǒng)的校正”重點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想，串聯(lián)校正的特性及作用，校正方法。

“非線性系統(tǒng)分析”重點(diǎn)是非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的特點(diǎn)，描述函數(shù)法，改善非線性系統(tǒng)性能的措施及非線性特性的利用，相平面法。

“線性離散系統(tǒng)”重點(diǎn)是離散時(shí)間函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式及采樣定理，線性常系數(shù)差分方程與脈沖傳遞函數(shù)，采樣控制系統(tǒng)的時(shí)域分析，采樣控制系統(tǒng)的頻域分析與數(shù)字校正。

2.線索清晰

自動(dòng)控制原理課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容多、涉及大量數(shù)學(xué)知識(shí)。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中常常不清楚各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，以及各個(gè)章節(jié)之間的因果關(guān)系，總感覺(jué)“不識(shí)廬山真面目”，學(xué)習(xí)起來(lái)很費(fèi)力。所以在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)理清線索。就自動(dòng)控制原理本身的內(nèi)在體系而言，是按照“系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合”這個(gè)主線展開(kāi)。系統(tǒng)建模是系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)模型有時(shí)域模型、復(fù)域模型和頻域模型。系統(tǒng)分析是圍繞穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能和瞬態(tài)性能展開(kāi)，系統(tǒng)綜合與校正用到根軌跡法和頻域法。另外以方法為線索，可以分為“時(shí)域法、根軌跡法和頻域法”。如果以系統(tǒng)為線索，可以分為“線性系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)”。這幾條線索相互交叉，教師在講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)應(yīng)抓住這幾條線索，讓同學(xué)們先從宏觀上知道各個(gè)知識(shí)板塊章節(jié)間的因果關(guān)系，再?gòu)奈⒂^上來(lái)具體消化每個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這樣學(xué)習(xí)起來(lái)就更輕松。

二、結(jié)合工程實(shí)際，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

自動(dòng)控制原理課程不僅理論性強(qiáng)，而且工程實(shí)踐性也強(qiáng)。在原理的講授中要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維習(xí)慣，不僅可以使學(xué)生更好理解理論知識(shí)，也可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意思。例如在講授反饋原理時(shí)，可以結(jié)合生活當(dāng)中的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行講解。并注意引導(dǎo)學(xué)生自己聯(lián)系生活中的事例結(jié)合控制原理的知識(shí)進(jìn)行分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在引用工程實(shí)例的同時(shí)還應(yīng)注意結(jié)合專業(yè)學(xué)科方向，針對(duì)我校是農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn)，可以對(duì)溫室大棚的控制系統(tǒng)工作原理進(jìn)行介紹。另外，還應(yīng)注意引用自動(dòng)化領(lǐng)域的一些前沿技術(shù)。例如哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向系統(tǒng)能在644km處將視野聚集在一枚硬幣上，望遠(yuǎn)鏡的偏差在一次太空任務(wù)中得到了大規(guī)模的校正。根據(jù)這個(gè)工程背景，讓學(xué)生對(duì)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行系統(tǒng)分析。對(duì)興趣濃厚的學(xué)生，還可啟發(fā)如果在控制結(jié)構(gòu)中，引入串聯(lián)PI控制器，可否進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。通過(guò)這些示例的講解，使學(xué)生對(duì)自動(dòng)控制原理實(shí)際應(yīng)用有更深刻的認(rèn)識(shí)。

三、豐富教學(xué)手段，提高教學(xué)效果

1.引入多媒體輔助教學(xué)

傳統(tǒng)的板書(shū)式教學(xué)，教師需花費(fèi)大量的時(shí)間在公式推導(dǎo)和曲線繪制上，課堂氣氛枯燥而沉悶。隨著計(jì)算機(jī)的普及，采用多媒體輔助授課方式可以在繪圖的準(zhǔn)確性和快速性方面有較大提高，從而提高教學(xué)效率，另外有助于學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解[4]。但是，任何事物都有兩面性，多媒體教學(xué)也存在教學(xué)內(nèi)容大，學(xué)生思維速度跟不上等弊端。因此，教師在講授中可以以多媒體教學(xué)為主，對(duì)于一些重點(diǎn)難點(diǎn)適當(dāng)?shù)妮o以板書(shū)，放慢速度。同時(shí)要注重師生之間的課堂互動(dòng)，充分發(fā)揮兩種教學(xué)手段的優(yōu)點(diǎn)，提高教學(xué)效果。

2.加強(qiáng)MATLAB的應(yīng)用

MATLAB軟件功能強(qiáng)大，具有先進(jìn)的視覺(jué)化功能，是一種完善的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言。通過(guò)MATLAB仿真教學(xué)，使學(xué)生對(duì)新知識(shí)印象深刻。特別是研究系統(tǒng)中某個(gè)參數(shù)或環(huán)節(jié)變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，可以很直觀的通過(guò)MATLAB展現(xiàn)出來(lái)。例如若已知某系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：，求當(dāng)K分別取1300和5200時(shí)，試?yán)L制系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過(guò)用MATLAB編程，可繪制出系統(tǒng)的奈奎斯特圖如下：

當(dāng)K=1300，系統(tǒng)穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)是衰減振蕩；K=5200，系統(tǒng)為臨界穩(wěn)定，其階躍響應(yīng)則表現(xiàn)為等幅振蕩。

筆者編寫了《MATLAB程序設(shè)計(jì)及其應(yīng)用》教材，充分發(fā)揮MATLAB在自動(dòng)控制原理教學(xué)中的應(yīng)用，取得了滿意的教學(xué)效果。

3.結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是課堂教學(xué)的延伸。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，學(xué)生可以加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，擴(kuò)大知識(shí)面，并提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì)，在增加知識(shí)面、提高效率、因材施教等方面對(duì)課堂教學(xué)起到了很好地補(bǔ)充作用，有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性[5]。

四、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化動(dòng)手能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、基本科研能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

1.仿真實(shí)驗(yàn)和物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

傳統(tǒng)的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)課程為物理實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)箱，將相應(yīng)的有源網(wǎng)絡(luò)模塊連接成典型環(huán)節(jié)或系統(tǒng)，再施加典型信號(hào)，通過(guò)示波器觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中對(duì)于所調(diào)節(jié)的參數(shù)和系統(tǒng)性能的關(guān)系難以真正理解，并且在使用中也容易損壞元件，而且元件的非線性，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果[6]。利用MATLAB軟件的SIMULINK仿真平臺(tái)作仿真實(shí)驗(yàn)，能很好解決物理實(shí)驗(yàn)的不足，并加深對(duì)課程知識(shí)的理解，還可以將實(shí)驗(yàn)延伸到課外進(jìn)行。

2.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)一般都是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，教師給出實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解是有必要的，但是按部就班的實(shí)驗(yàn)過(guò)程不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，在課程設(shè)計(jì)的形式上可開(kāi)展一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。教師給出設(shè)計(jì)題目，學(xué)生進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)、選擇、實(shí)施，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

3.課堂實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

課堂實(shí)驗(yàn)的時(shí)間是有限的，應(yīng)充分利用課外時(shí)間展開(kāi)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)應(yīng)結(jié)合工程應(yīng)用背景和教師的科研項(xiàng)目，以鍛煉學(xué)生的科研能力。

五、結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)控制原理作為理論與實(shí)踐并重的一門課程，教學(xué)過(guò)程中有相當(dāng)難度。本文結(jié)合自動(dòng)控制原理的教學(xué)實(shí)踐，按照“優(yōu)化課程內(nèi)容、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、豐富教學(xué)手段、強(qiáng)化動(dòng)手能力”的思想，闡述了在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)注意的一些問(wèn)題?？傊?，教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，要在教學(xué)中不斷總結(jié)和改進(jìn)，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝莉萍,陳瑋,章云.精品課程“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2008,(2):31-32.

[2]袁新娣,黃曉軍,謝曉春.《自動(dòng)控制原理》教學(xué)改革探索與實(shí)踐[J].江西教育學(xué)院學(xué)報(bào)(綜合),2006,(6):30-32 .

[3]李中琴,張燁.自動(dòng)控制原理課程教學(xué)改革研究[J].高等教育與學(xué)術(shù)研究,2010,(1):80-82.

[4]孟令雅.自動(dòng)控制理論教學(xué)漫談[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2006,(1):48-50.

篇4

Abstract: Based on the outstanding problems in the examination of automatic control theory and combined with our school automation features,a curriculum for students examination reform is proposed which emphasizing the application of ability to stimulate students interest in learning,semi-open-book examination methods,the theoretical knowledge and practical application of comprehensive testing,emphasizing the process of assessment. The expected results show that students' learning effects have been significantly improved on theoretical learning courses which are consistent with application-oriented and applying the knowledge of teaching philosophy.

關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制原理課程;考試改革;方案

Key words: automatic control theory;examination reform;program

中圖分類號(hào):G42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)15-0177-01

1自動(dòng)控制原理課程考試改革的目的和意義

自動(dòng)控制原理作為自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,是一門理論性很強(qiáng)的課程。同時(shí),該門課所研究的領(lǐng)域也是學(xué)生從未接觸過(guò)的知識(shí)。為了使得學(xué)生能夠在學(xué)好理論的同時(shí)將其運(yùn)用到實(shí)際中,激發(fā)興趣,強(qiáng)調(diào)過(guò)程考核,并且提高考試成績(jī)和及格率,突出教學(xué)重點(diǎn),對(duì)這門課實(shí)施考試改革以配合教學(xué)改革[1]。通過(guò)考試改革可以帶動(dòng)教學(xué)改革進(jìn)程,構(gòu)建融會(huì)貫通、緊密配合、有機(jī)聯(lián)系的課程體系。

2自動(dòng)控制原理課程考試改革的內(nèi)容

2.1 課程內(nèi)容的整合與優(yōu)化。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力,同時(shí)檢查教學(xué)效果,在一些章節(jié)后組織編排綜合型的題目,讓學(xué)生以小論文的形式提交,將其成績(jī)記錄到期末總成績(jī)的平時(shí)成績(jī)中。這門課的教學(xué)內(nèi)容可以分成兩大部分內(nèi)容的研究:前三章為控制系統(tǒng)的時(shí)域分析,偏重經(jīng)典理論的研究;后兩章為控制系統(tǒng)的頻域分析,偏重工程實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)這樣的內(nèi)容特點(diǎn),安排兩次大作業(yè),讓學(xué)生對(duì)一個(gè)生產(chǎn)生活中的實(shí)例從時(shí)域分析和頻域分析方法入手分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程和暫態(tài)過(guò)程。針對(duì)這樣的能力考核,在平時(shí)教學(xué)中,從基本概念、基本分析方法入手,結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實(shí)例,以時(shí)域分析方法為主線,時(shí)域分析和頻域分析并進(jìn),利用直觀的物理概念,使學(xué)生充分理解系統(tǒng)參數(shù)與系統(tǒng)指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系,由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握古典控制理論的精髓。把知識(shí)能力的考核放在首位。

2.2 由考試改革決定的教學(xué)方法和手段的改進(jìn)措施。實(shí)踐環(huán)節(jié)中改變以往由教師命題的一貫做法,在學(xué)期末,安排一次綜合性實(shí)驗(yàn),題目學(xué)生可自選,也可從教師提供的試題庫(kù)中抽題,所選題目需具有一定的綜合性,采取自愿參加考試的方式。該部分的成績(jī)由五個(gè)等級(jí)構(gòu)成,即不及格不加分,及格、中、良好、優(yōu)秀會(huì)分別在在期末總成績(jī)中加相應(yīng)的分?jǐn)?shù),建立一個(gè)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。這樣的考核方式可以給一部分在及格線邊緣的學(xué)生一次到達(dá)及格線的機(jī)會(huì),給一部分要提高成績(jī)績(jī)點(diǎn)的學(xué)生一次提高總成績(jī)的機(jī)會(huì),給一部分爭(zhēng)取獎(jiǎng)學(xué)金的學(xué)生一次到達(dá)優(yōu)秀成績(jī)的機(jī)會(huì),給分布在每一個(gè)分?jǐn)?shù)段的學(xué)生一次積極改進(jìn)的機(jī)會(huì),激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情,同時(shí)能夠有效的提高及格率。

2.3 知識(shí)點(diǎn)的考核。筆試考試由全閉卷改為半開(kāi)卷:改變?cè)械募兇獾睦碚摽荚?把筆試試卷分成兩部分:試卷一,基本理論知識(shí)的考核,閉卷,占試卷成績(jī)的50%;試卷二,綜合能力運(yùn)用的考核,開(kāi)卷,可以帶查閱過(guò)的相關(guān)資料占試卷成績(jī)的50%?；纠碚撝R(shí)的考核包括:①基本知識(shí)模塊;②數(shù)學(xué)模型的建立與求解模塊;③線性連續(xù)系統(tǒng)的時(shí)域分析模塊;④線性連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計(jì)。

3 考試改革的進(jìn)程安排

3.1 進(jìn)行自動(dòng)控制原理課程考試改革的調(diào)研。

3.2 制定出自動(dòng)控制原理課程綜合應(yīng)用能力考核的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.3 編制自動(dòng)控制原理課程綜合性實(shí)驗(yàn)試題庫(kù)。

3.4 在2007級(jí)自動(dòng)控制原理期末考試中進(jìn)行考試改革方案的試驗(yàn)。

3.5 進(jìn)行課程考試改革方案實(shí)施的初步總結(jié),寫出課程考試改革方案實(shí)施的初步總結(jié)報(bào)告。

3.6 修改課程綜合應(yīng)用能力考核的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3.7 修改自動(dòng)控制原理課程綜合性實(shí)驗(yàn)試題庫(kù)。

3.8 撰寫自動(dòng)控制原理課程考試改革的探索的論文。

3.9 在2008級(jí)自動(dòng)控制原理教學(xué)中實(shí)施課程考試改革方案。

3.10 進(jìn)行自動(dòng)控制原理課程考試改革方案實(shí)施的總結(jié),寫出課程考試改革方案實(shí)施的總結(jié)報(bào)告。

3.11 寫出自動(dòng)控制原理課程考試改革方案的結(jié)題報(bào)告。

4自動(dòng)控制原理課程考試改革的預(yù)期成果

4.1 學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性得到增強(qiáng),通過(guò)設(shè)置選做實(shí)驗(yàn),學(xué)生學(xué)習(xí)會(huì)更加主動(dòng),鼓勵(lì)學(xué)生提高綜合知識(shí)運(yùn)用能力,不再像以前期末考試前幾天死記硬背,造成學(xué)的好不如背的好的怪現(xiàn)象。

4.2 學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力得到了培養(yǎng),通過(guò)完成大作業(yè)網(wǎng)上查閱資料的能力明顯提高,大量查閱資料后會(huì)超出教師布置的題目范圍,大部分學(xué)生會(huì)對(duì)教師的題目給出多種分析結(jié)果,甚至?xí)鏊鶎W(xué)的范圍,突破了思維定勢(shì),即教師告訴什么就知道什么的現(xiàn)象。

4.3 學(xué)生撰寫科技論文的能力得到提高,為以后做畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫畢業(yè)論文打好基礎(chǔ)。

4.4 學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題的能力將得到提高。通過(guò)采取半開(kāi)卷的模式,學(xué)生不但需要掌握基本理論,還要學(xué)會(huì)更好的利用基本理論解決實(shí)際問(wèn)題,強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生的分析,設(shè)計(jì)能力,及尋求一題多解的發(fā)散性思維,強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用背景,立意考查靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題和創(chuàng)新思維的能力,改善了以往學(xué)生認(rèn)為“學(xué)了也沒(méi)有用”的想法。

4.5 制定出課程考核能力與技能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

4.6 撰寫課程考試改革實(shí)施效果的調(diào)研報(bào)告。

4.7 撰寫教改論文:自動(dòng)控制原理課程考試改革的探索。

4.8 提交自動(dòng)控制原理課程考試改革的結(jié)題報(bào)告。

參考文獻(xiàn):

篇5

關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制原理 課程改革 MATLAB

1前言

自動(dòng)控制原理是電氣專業(yè)的一門主干課程。該課程一方面理論性強(qiáng)，在培養(yǎng)學(xué)生抽象思維能力和邏輯能力上起著重要的作用，但是內(nèi)容多學(xué)時(shí)少、課堂信息量大，使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容難以及時(shí)進(jìn)行有效地消化，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[1]另一方面實(shí)踐性綜合性比較強(qiáng)。自動(dòng)控制原理內(nèi)容覆蓋面比較廣，要求學(xué)生有比較高的數(shù)學(xué)計(jì)算能力，電氣類的工科學(xué)生不能只停留在數(shù)學(xué)層面上理解，而是解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生熟練掌握控制理論的基礎(chǔ)知識(shí)，加強(qiáng)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，是課程建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵。因此，結(jié)合教學(xué)中存在的問(wèn)題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面提出了幾點(diǎn)建議。

2理論課改革

2.1教學(xué)方法改革

對(duì)于這門難度很高的課程，教學(xué)時(shí)應(yīng)注重概念，弱化計(jì)算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生才有進(jìn)一步自我深化的可能。而同時(shí)感性認(rèn)識(shí)獲得的方法莫過(guò)于實(shí)際的例子。例如：在第一章基本概念中講解自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義和組成的時(shí)候，首先需讓同學(xué)們明白系統(tǒng)的控制過(guò)程，因此我分別舉了一個(gè)人工水位控制系統(tǒng)和自動(dòng)水位控制系統(tǒng)來(lái)對(duì)比講解。由于比較貼近生活，同學(xué)們對(duì)于這個(gè)人工系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行原理基本都能自發(fā)自然的理解，所以稍加引導(dǎo)，就很容易理解控制對(duì)象，被控量，給定值，反饋元件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)等概念。

2.2教學(xué)內(nèi)容的改革

自動(dòng)控制原理課程是理論性較強(qiáng)、概念深的課程，學(xué)生普遍反映難學(xué)。我們將自動(dòng)控制原理內(nèi)容系統(tǒng)化、模塊化、最優(yōu)化，以解決課時(shí)少、內(nèi)容多的矛盾。我們按其理論涉及領(lǐng)域，分為經(jīng)典線性理論、非線性理論、采樣系統(tǒng)和現(xiàn)代控制理論四個(gè)模塊；按其研究的基本問(wèn)題，將其分為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)的性能分析和系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)三個(gè)基本問(wèn)題；按其課程的本質(zhì)而言，直接分為控制系統(tǒng)的特性分析方法和控制器的設(shè)計(jì)理念。例如，采用了以建立基本概念和掌握基本技能夠用為度的知識(shí)論述深度原則?；诂F(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)大量應(yīng)用的現(xiàn)狀，減低了系統(tǒng)人工分析部分的比例和重心，節(jié)約課時(shí)，提高授課效果。

2.3強(qiáng)化啟發(fā)式教學(xué)，搞好創(chuàng)新教育

傳統(tǒng)的教學(xué)模式，一般都是按照教材的自然順序按部就班地進(jìn)行講解，并且課堂授課中，教師需在黑板上做大量的數(shù)學(xué)分析推導(dǎo)，畫(huà)大量的曲線，因此課堂教學(xué)往往是索然無(wú)味的公式推導(dǎo)、定理證明和手工繪圖。在教學(xué)中，要改變多年來(lái)較為死板的授課方式，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段和生動(dòng)活潑的教學(xué)方式，使課堂教學(xué)圖文并茂、生動(dòng)活潑，發(fā)揮和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，采用啟發(fā)式教學(xué)，由淺入深。在課堂教學(xué)中，通過(guò)布置思考題和預(yù)習(xí)的形式，要求學(xué)生課前充分準(zhǔn)備，由學(xué)生上臺(tái)講述有關(guān)內(nèi)容，既考察了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和理解能力，又鍛煉了學(xué)生的表述能力，同時(shí)，還加深了對(duì)知識(shí)的理解和記憶。為了避免教師在講臺(tái)上唱獨(dú)角戲，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的局面的出現(xiàn)，應(yīng)采用了討論課的形式，進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，使課堂教學(xué)生動(dòng)活潑。為了在教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，我們一改傳統(tǒng)教學(xué)中只注重知識(shí)的傳授而忽視學(xué)生思維能力培養(yǎng)的教學(xué)方法，更注重在知識(shí)的傳授過(guò)程中來(lái)引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生積極思維的啟發(fā)式教學(xué)方法，使得學(xué)生在獲取書(shū)本知識(shí)的同時(shí)，其思維能力也有很大的提高。教學(xué)過(guò)程中掌握好教學(xué)節(jié)奏，合理的留取學(xué)生思考的時(shí)間，就能真正的實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)，充分激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.4注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化、工程化概念的強(qiáng)化

例如有意識(shí)地在教學(xué)別加強(qiáng)加深有關(guān)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型內(nèi)容的講述，深入淺出地介紹多種機(jī)電、熱力、液力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)過(guò)程和結(jié)果，使學(xué)生能更多更分地了解到一些控制問(wèn)題的實(shí)際工程背景。

2.5改革考核方式

為了使得學(xué)生能夠在學(xué)好理論的同時(shí)將其運(yùn)用到實(shí)際中，激發(fā)興趣，強(qiáng)調(diào)過(guò)程考核，并且提高考試成績(jī)和及格率，突出教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)這門課實(shí)施考試改革以配合教學(xué)改革[2]。通過(guò)考試改革可以帶動(dòng)教學(xué)改革進(jìn)程，構(gòu)建融會(huì)貫通、緊密配合、有機(jī)聯(lián)系的課程體系。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力，同時(shí)檢查教學(xué)效果，在一些章節(jié)后組織編排綜合型的題目，讓學(xué)生以小論文的形式提交，將其成績(jī)記錄到期末總成績(jī)的平時(shí)成績(jī)中。這門課的教學(xué)內(nèi)容可以分成兩大部分內(nèi)容的研究：前三章為控制系統(tǒng)的時(shí)域分析，偏重經(jīng)典理論的研究；后兩章為控制系統(tǒng)的頻域分析，偏重工程實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)這樣的內(nèi)容特點(diǎn)，安排兩次大作業(yè)，讓學(xué)生對(duì)一個(gè)生產(chǎn)生活中的實(shí)例從時(shí)域分析和頻域分析方法入手分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)程和暫態(tài)過(guò)程。大作業(yè)成績(jī)也記錄到期末總成績(jī)的平時(shí)成績(jī)中。最后卷面成績(jī)折合成60%，平時(shí)成績(jī)占40%。

3實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革

3.1將MATLAB應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)中

《自動(dòng)控制原理》是電氣專業(yè)學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。各高校對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置與投入都給予了高度重視。但是，其硬件實(shí)驗(yàn)存在著實(shí)驗(yàn)設(shè)備易損、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定等問(wèn)題，如何讓學(xué)生直觀、便捷地了解《自動(dòng)控制原理》的基礎(chǔ)知識(shí)，準(zhǔn)確、方便地從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中進(jìn)行推理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展模式，它有效地補(bǔ)充和完善了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，緩解了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足和滯后等問(wèn)題。近年來(lái)MATLAB在《自動(dòng)控制原理》虛擬實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。MATLAB包含了進(jìn)行控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)所必須的工具箱函數(shù)，可以分析連續(xù)系統(tǒng)，也可以分析離散系統(tǒng)，并可以進(jìn)行極點(diǎn)配置控制器設(shè)計(jì)和最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多項(xiàng)操作?，F(xiàn)以連續(xù)系統(tǒng)中的時(shí)域分析法、頻域分析法及根軌跡分析法為例介紹。

基于MATLAB開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，具有方便、直觀、便捷、不易損壞、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，利用MATLAB軟件建立的虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，成功地對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，也為學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)帶來(lái)便利，使學(xué)生能夠更為深刻地理解自動(dòng)控制的基礎(chǔ)理論，達(dá)到很好的實(shí)驗(yàn)效果。這種虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有效地發(fā)揮了現(xiàn)有各種信息化教育資源的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化了資源配置，便于實(shí)現(xiàn)教育資源的廣泛共享。

3.2設(shè)立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

采用設(shè)立開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生在掌握基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分利用已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增強(qiáng)動(dòng)手能力。目前開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容還在繼續(xù)完善中，已有包括多種電機(jī)控制、單容水箱模型、液位綜合實(shí)驗(yàn)、機(jī)器手模型、簡(jiǎn)單飛行器控制模型等實(shí)際系統(tǒng)的模型。學(xué)生們可以利用這些模型來(lái)檢驗(yàn)和鞏固自己課堂中所學(xué)的系統(tǒng)分析以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。

4、結(jié)束語(yǔ)

在自動(dòng)控制原理課程建設(shè)過(guò)程中，這些建議極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)自動(dòng)控制原理的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。雖然取得了比較好的教學(xué)效果，但仍需在今后的教學(xué)中作進(jìn)一步的探索與改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

篇6

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)；自動(dòng)控制理論；工程實(shí)踐能力

作者簡(jiǎn)介：任金霞（1970-），女，山西孝義人，江西理工大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院，副教授；王祖麟（1954-），男，江西南昌人，江西理工大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院，教授。（江西 贛州 341000）

基金項(xiàng)目：本文系江西省教育廳教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JXJG-11-6-16）、“基于‘3個(gè)緊密結(jié)合+全面素質(zhì)教育’的自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”（文件號(hào)：教高函[2009]27號(hào)）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G624.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）28-0090-02

“自動(dòng)控制原理”是自動(dòng)化學(xué)科重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)緊密，概念抽象，計(jì)算繁雜，與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)，該課程采用“課堂講授+驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方法，學(xué)生感到難學(xué)，而且學(xué)習(xí)后不知道如何應(yīng)用控制理論解決實(shí)際問(wèn)題。因此，探索項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)在該課程教學(xué)方法中的應(yīng)用，對(duì)提高學(xué)生應(yīng)用控制理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和工程實(shí)踐能力具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)是圍繞項(xiàng)目而開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)，將學(xué)生解決問(wèn)題的能力和社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)融入項(xiàng)目過(guò)程中，讓學(xué)生積極地學(xué)習(xí)，自主地進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)。將所有需要學(xué)習(xí)和掌握的專業(yè)知識(shí)都圍繞項(xiàng)目這個(gè)核心展開(kāi)，并與這個(gè)核心融合在一起，形成一個(gè)有機(jī)整體。項(xiàng)目過(guò)程分為學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)、教師引導(dǎo)、小組協(xié)作和公開(kāi)答辯四個(gè)部分。組建團(tuán)隊(duì)按照企業(yè)研發(fā)項(xiàng)目的模式，按照項(xiàng)目的內(nèi)容和成員的特長(zhǎng)進(jìn)行分工，明確每個(gè)成員的職責(zé)和任務(wù)，通過(guò)項(xiàng)目小組團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)，在團(tuán)隊(duì)合作的環(huán)境下，使學(xué)生的自學(xué)能力、個(gè)人能力、人際交往能力、知識(shí)運(yùn)用能力及開(kāi)發(fā)能力得到全面鍛煉和提高。教師引導(dǎo)的作用主要是組織和督促，學(xué)生遇到困難時(shí)給與指導(dǎo)，給學(xué)生提出問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生去探究，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。團(tuán)隊(duì)成員完成各自的任務(wù)，還要小組協(xié)作，相互協(xié)調(diào)交流和質(zhì)疑探討，看到問(wèn)題的解決途徑，共同完成項(xiàng)目。最后按照項(xiàng)目完成的情況，編制文檔，公開(kāi)答辯，講解項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，展示設(shè)計(jì)方案和創(chuàng)新之處，接受大家的質(zhì)疑，總結(jié)和提高。

二、“自動(dòng)控制原理”的教學(xué)目標(biāo)

“自動(dòng)控制原理”課程要求培養(yǎng)學(xué)生建立起專業(yè)知識(shí)與理論的框架，使學(xué)生具備建立控制工程項(xiàng)目的模型分析、建模的能力，具備綜合分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本能力，具備使用計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力，構(gòu)建項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的能力，進(jìn)行實(shí)物工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的能力和創(chuàng)新能力，并為運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制的能力培養(yǎng)提供理論支撐。

“自動(dòng)控制原理”課程不僅理論性強(qiáng)而且實(shí)踐性也很強(qiáng)，將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法引入到“自動(dòng)控制原理”課程，將過(guò)去以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念改變?yōu)橐越鉀Q問(wèn)題、完成任務(wù)為主的互動(dòng)式教學(xué)，有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

三、“自動(dòng)控制原理”項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)實(shí)踐

1.項(xiàng)目的選擇

項(xiàng)目的好壞直接影響到教學(xué)的效果，要圍繞控制理論的教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生對(duì)具體系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的能力、分析系統(tǒng)的能力和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的能力，同時(shí)提高文檔編寫能力和組織協(xié)調(diào)能力來(lái)選擇合適的項(xiàng)目。讓學(xué)生從解決實(shí)際工程問(wèn)題出發(fā)來(lái)進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的興趣，掌握該門課程的知識(shí)和研究手段、方法，引導(dǎo)他們探索并掌握解決問(wèn)題的途徑和方法，培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目的組織和管理能力以及溝通能力和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。項(xiàng)目的大小和難度要適中。

筆者在教學(xué)實(shí)踐中選擇電爐溫度控制系統(tǒng)為項(xiàng)目，因?yàn)闇囟仁且粋€(gè)非常重要的過(guò)程變量，溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求較高。因此該項(xiàng)目具有廣泛的應(yīng)用前景，而且體現(xiàn)了自動(dòng)控制理論的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生自己能動(dòng)手實(shí)現(xiàn)，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

2.項(xiàng)目要求

這部分由老師提出。老師綜合學(xué)生所學(xué)理論和實(shí)踐知識(shí)，以及學(xué)生的理解能力來(lái)提出項(xiàng)目要求。設(shè)計(jì)一個(gè)爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)象為電爐，里面有加熱功能。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求：溫度設(shè)定范圍為20℃～70℃；環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差≤0.5℃；采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度突變（由40℃提高到60℃）時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量；用十進(jìn)制數(shù)碼管顯示水的實(shí)際溫度；在設(shè)定溫度發(fā)生突變時(shí)，溫度能達(dá)到指定溫度并維持指定溫度。

3.系統(tǒng)分析

由于學(xué)生剛接觸爐溫控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的分析方法和總體設(shè)計(jì)步驟不是很清楚，這個(gè)部分由老師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，中間包括對(duì)系統(tǒng)要求的分析、數(shù)學(xué)模型的建立、控制方案的確定、軟件仿真、硬件軟件功能的劃分。

4.組建團(tuán)隊(duì)，收集資料和學(xué)習(xí)，做出決策

教師將一個(gè)班級(jí)劃分為多個(gè)項(xiàng)目小組，實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。項(xiàng)目小組的同學(xué)討論項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)老師的分析，結(jié)合自己的理解來(lái)畫(huà)出系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)總體框圖。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生可以通過(guò)查找文獻(xiàn)、上網(wǎng)搜索等不同的方式來(lái)搜集資料，老師進(jìn)行講解，向同學(xué)提出各種各樣的問(wèn)題來(lái)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，使學(xué)生充分理解系統(tǒng)的性能、控制方案等要求，然后小組成員一起討論，選擇各個(gè)小組認(rèn)為合適的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并按照選擇的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)該溫度控制系統(tǒng)。

5.系統(tǒng)控制方案的確定

電爐溫度控制系統(tǒng)控制的效果主要取決于控制器的設(shè)計(jì)。控制方案中控制器的選擇有三種，分別是比例控制器、比例-積分控制器和比例-積分-微分控制器。要求學(xué)生學(xué)習(xí)這三種控制器的特點(diǎn)、作用和設(shè)計(jì)方法，根據(jù)項(xiàng)目的需求選擇合適的控制器。控制器中的參數(shù)確定是一個(gè)重要的問(wèn)題，參數(shù)確定的方法很多，學(xué)生搜集資料學(xué)習(xí)討論確定。

6.系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

在確定系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)后，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件和硬件部分。每個(gè)項(xiàng)目小組按照項(xiàng)目的內(nèi)容和成員的特長(zhǎng)進(jìn)行分工，明確每個(gè)成員的職責(zé)和任務(wù)。硬件電路的設(shè)計(jì)主要有主機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)、測(cè)溫電路設(shè)計(jì)、電爐控制電路設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)幾個(gè)部分的特點(diǎn)及要求，結(jié)合學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的理解程度，proteus環(huán)境下畫(huà)出相應(yīng)的電路圖，最后把各部分的硬件電路整合。軟件部分主要完成溫度檢測(cè)、溫度控制、定時(shí)、溫度顯示等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)可以由不同的學(xué)生獨(dú)立編程完成。碰到問(wèn)題時(shí)，老師可以講解或者學(xué)生自己查資料來(lái)解決。各環(huán)節(jié)程序完成后，再設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序和中斷程序，這部分內(nèi)容由大家集體完成。

7.系統(tǒng)硬件調(diào)試

本系統(tǒng)的硬件調(diào)試分為以下階段進(jìn)行調(diào)試：邏輯錯(cuò)誤調(diào)試、器件調(diào)試、可靠性調(diào)試、電源故障。這部分內(nèi)容由大家集體完成，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題小組成員協(xié)調(diào)交流共同解決。

8.系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試

聯(lián)機(jī)調(diào)試即軟件結(jié)合硬件的整體調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中，不僅要檢查硬件的問(wèn)題，還要檢查軟件問(wèn)題。在檢查硬件沒(méi)有問(wèn)題后，然后結(jié)合硬件修改軟件程序，逐步檢查問(wèn)題，直到調(diào)試出結(jié)果。這個(gè)過(guò)程需要小組成員的協(xié)作甚至老師的指導(dǎo)，共同完成。

9.系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及軟件仿真

系統(tǒng)調(diào)試成功后，對(duì)電爐系統(tǒng)施加不同的控制信號(hào)，得到電爐溫度的輸出信號(hào)，從而對(duì)電爐進(jìn)行建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)得到的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)MATLAB 仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到控制器的參數(shù)。數(shù)學(xué)模型的建立方法可以由老師講解。

10.電爐溫度控制系統(tǒng)的在線控制

在程序中給定電爐的期望溫度，將仿真結(jié)果講到的控制器參數(shù)寫入程序中，在線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過(guò)觀察數(shù)碼管顯示的爐溫結(jié)果，確定控制的效果是否達(dá)到要求。如果沒(méi)有達(dá)到，或者性能指標(biāo)不好，要學(xué)生分析原因，并且找出解決方法。

11.總結(jié)答辯

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，各小組要討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，并討論通過(guò)這次的項(xiàng)目掌握比較好的知識(shí)點(diǎn)有哪些，還有哪些方面沒(méi)有掌握好，師生共同總結(jié)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。最后學(xué)生提交報(bào)告和作品，進(jìn)行成果展示，進(jìn)行公開(kāi)答辯，接受大家的質(zhì)疑和教師的評(píng)價(jià)。最后，在總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行改進(jìn)與完善。

四、結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)應(yīng)用在“自動(dòng)控制原理”課程中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的形成和學(xué)習(xí)方法的養(yǎng)成。學(xué)生主體作用明顯，得到了充分的工作體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)到技能的遷移，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)、理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，使學(xué)生掌握自動(dòng)控制的專業(yè)知識(shí)，具備建立控制工程項(xiàng)目的能力，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人能力與團(tuán)體協(xié)作能力，尤其是項(xiàng)目組織、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)，學(xué)生的綜合能力得到了提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]張慧平，戴波，劉娜，等.基于CDIO教育理念的自動(dòng)化課程的改革與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（S2）：138-141.

[2]李澤輝.“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，（2）：133-134.

[3]熊凡，李偉波.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的軟件工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].中國(guó)電力教育，2012，（2）：77-79.

[4]李玉鷹.工學(xué)結(jié)合一體化課程教學(xué)設(shè)計(jì)案例選編[M].北京：外語(yǔ)教學(xué)與研究出版社，2011.

篇7

關(guān)鍵詞：車輛工程；課程改革；自動(dòng)控制；系統(tǒng)辨識(shí)；M序

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）20-0035-03

一、引言

《自動(dòng)控制原理》是一門既抽象又具有很強(qiáng)實(shí)踐性的課程，但是實(shí)際上在工業(yè)界可以看到諸多從事控制的工程師并非出于自動(dòng)控制科班出身，即使有自動(dòng)控制原理基礎(chǔ)的工程師他們也幾乎很少用到經(jīng)典控制理論。這一方面是因?yàn)镻ID控制毋需系統(tǒng)模型就可以獲得較好的控制品質(zhì)，另一方面是因?yàn)椤蹲詣?dòng)控制原理》的教程中只講到了在獲得傳遞函數(shù)的情況下如何綜合控制器，而對(duì)傳遞函數(shù)的獲取且是很少提及（除了較為淺顯地談及到如何在波德圖基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)）[1，2]。許多碩士研究生在給出一個(gè)傳遞函數(shù)的情況下可以進(jìn)行各種控制算法（如模糊、神經(jīng)、預(yù)測(cè)等諸多高級(jí)控制技術(shù)），但一涉及到如何針對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，他們就會(huì)放棄各種算法轉(zhuǎn)而求助于PID，甚至有些還只會(huì)開(kāi)環(huán)控制。這迫使控制理論教學(xué)需要被經(jīng)一步創(chuàng)新。

當(dāng)前控制理論的研究新成果層出不窮，工業(yè)先進(jìn)控制技術(shù)，如自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制、魯棒控制、智能控制，最優(yōu)控制得到了飛速的發(fā)展，但工業(yè)界對(duì)控制理論的應(yīng)用且一直滯后不前。原因可能有以下三點(diǎn)。

1.過(guò)去由于受限于模擬電路去實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律，因此控制算法不宜過(guò)于復(fù)雜，這導(dǎo)致諸多復(fù)雜但優(yōu)秀的控制算法因難以實(shí)現(xiàn)而只能成為理論家們的欣賞品。這種固有的觀點(diǎn)一直被放大，但如今數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展迅猛，一些DSP處理器的單次浮點(diǎn)運(yùn)算已經(jīng)快于0.01微妙，許多高級(jí)控制算法的實(shí)現(xiàn)基本上不存在物理瓶頸。

2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程通常對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有許多要求，從大的方面它至少包括：傳感器和執(zhí)行器選擇、系統(tǒng)建?；虮孀R(shí)、控制器設(shè)計(jì)仿真、控制器軟硬件實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典《自動(dòng)控制原理》課程只包含整個(gè)過(guò)程的20%不到的知識(shí)點(diǎn)和工作量，而且往往整個(gè)過(guò)程需要一個(gè)團(tuán)隊(duì)而不是個(gè)體，這在很多中小型企業(yè)中是難以做到的。如果回顧當(dāng)前軟硬件技術(shù)的發(fā)展，這些原本需要團(tuán)隊(duì)完成的工作完全可以讓個(gè)人勝任。目前先進(jìn)的控制軟件包（Matlab中的控制工具箱）、硬件平臺(tái)以及相關(guān)代碼自動(dòng)生成技術(shù)（如dSPACE，MotorTron，ETAS，XPC-Target），已經(jīng)越來(lái)越多在汽車工業(yè)界被廣泛使用，但同樣這些技術(shù)和產(chǎn)品也適合其他工業(yè)控制器的研發(fā)。

3.控制理論教學(xué)的創(chuàng)新需要繼續(xù)發(fā)展，教材內(nèi)容和工程實(shí)踐存在一定的差距。

要克服上述三點(diǎn)必須從自動(dòng)控制的基礎(chǔ)教學(xué)抓起，在現(xiàn)存的《自動(dòng)控制原理》教材中引入合理的新章節(jié)或新實(shí)驗(yàn)使得學(xué)生在控制器設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)得到相關(guān)訓(xùn)練，從而能夠讓他們?cè)谝院蟮墓こ虒?shí)踐中借助于相關(guān)控制器設(shè)計(jì)方法而獲得較好的系統(tǒng)控制品質(zhì)，而不是憑借“萬(wàn)能的PID”進(jìn)行包羅萬(wàn)象的控制器設(shè)計(jì)，或依然停留在開(kāi)環(huán)控制階段

二、《自動(dòng)控制原理》中包含的新內(nèi)容

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，《自動(dòng)控制原理》的學(xué)習(xí)不僅僅是為了考試或停留在理論的欣賞，而更多是受惠于以后的工程實(shí)踐。但是目前《自動(dòng)控制原理》過(guò)多強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合，對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)和控制器設(shè)計(jì)過(guò)程缺少相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的介紹。為此本文針對(duì)一般控制對(duì)象，從知識(shí)點(diǎn)上對(duì)控制器設(shè)計(jì)過(guò)程的教學(xué)進(jìn)行了探討。由于控制器綜合的基礎(chǔ)是控制對(duì)象模型，因此系統(tǒng)模型的獲取是十分重要的，但同時(shí)很多時(shí)候系統(tǒng)模型是難以通過(guò)機(jī)理的方式建立，即使建立也會(huì)有很多參數(shù)待辨識(shí)；另一方面，工業(yè)過(guò)程大多較為復(fù)雜，機(jī)理難以分析，因此機(jī)理建模往往被束之高閣。通過(guò)輸入―輸出信息進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)是一種相對(duì)普適的方法，它毋需過(guò)多的機(jī)理分析，也不需要深厚建模功底，而且又能描述大多數(shù)系統(tǒng)過(guò)程。實(shí)際系統(tǒng)總是非線性的，如何用一個(gè)線性模型去逼近實(shí)際系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題，很多教材從理論上解釋了如何對(duì)微分方程線性化[1，2]。缺少?gòu)妮斎?輸出的角度去描述非線性系統(tǒng)線性化，其實(shí)這更具有工程實(shí)踐意義，同時(shí)也是容易被接受的。下面就從平衡點(diǎn)線性化和M序列系統(tǒng)辨識(shí)兩方面來(lái)解釋模型線性化和模型獲取，同時(shí)給出了實(shí)際系統(tǒng)的控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這樣就可以讓學(xué)生對(duì)模型獲取和控制器設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)過(guò)程有了一個(gè)整體了解。

（一）平衡點(diǎn)線性化

實(shí)際系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)，而且工作點(diǎn)也并非處在零點(diǎn)這個(gè)位置，這里不妨設(shè)實(shí)際系統(tǒng)為非時(shí)變且可以被描述為：x=f（x，u）y=h（x，u） （1）

其中，x為系統(tǒng)狀態(tài)，u為系統(tǒng)輸入，y為系統(tǒng)輸入，f，h均為光滑映射。

篇8

關(guān)鍵詞： 《自動(dòng)控制原理》 系統(tǒng)仿真 MATLAB 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐 教學(xué)質(zhì)量

一、引言

《自動(dòng)控制原理》是高等學(xué)校信息類專業(yè)的一門主干課程，同時(shí)也是一門理論性與實(shí)踐性結(jié)合很強(qiáng)的專業(yè)課程。但由于課程內(nèi)容抽象，計(jì)算性強(qiáng)，作圖方法多，學(xué)生往往不易理解和掌握，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為了在教學(xué)中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高課程教學(xué)質(zhì)量，取得更好的教學(xué)效果，筆者將控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB與《自動(dòng)控制原理》課程有機(jī)結(jié)合，把MATLAB/Simulink引入傳統(tǒng)教學(xué)方法中，實(shí)現(xiàn)《自動(dòng)控制原理》課堂教學(xué)的圖形化和交互化，這樣不僅可以簡(jiǎn)化課堂授課的解題過(guò)程，而且可以充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的表現(xiàn)能力，把抽象的問(wèn)題具體化，便于加深學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的理解和接受，有利于學(xué)生深入掌握該課程的實(shí)質(zhì)。

另外，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是《自動(dòng)控制原理》課程不可缺少的一部分。傳統(tǒng)的《自動(dòng)控制原理》實(shí)驗(yàn)一般僅采用自控實(shí)驗(yàn)箱，在實(shí)驗(yàn)箱面板上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)典型環(huán)節(jié)的連接，再通過(guò)示波器觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。這種單純依賴自控實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)方式雖然可以一定程度地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，但觀察效果差，操作復(fù)雜，學(xué)生只能被動(dòng)接受實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備高度集成化，可擴(kuò)展和創(chuàng)新性差，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性的培養(yǎng)。因此，結(jié)合MATLAB仿真軟件，克服傳統(tǒng)《自動(dòng)控制原理》模擬實(shí)驗(yàn)的局限性，擴(kuò)展開(kāi)發(fā)自控實(shí)驗(yàn)箱的可視化功能，利用MATLAB仿真技術(shù)促進(jìn)《自動(dòng)控制原理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是筆者要實(shí)現(xiàn)的研究目標(biāo)之一。

二、利用MATLAB仿真改進(jìn)《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)主要研究?jī)?nèi)容

1.將課堂教學(xué)與MATLAB仿真工具相結(jié)合，利用MATLAB形象、生動(dòng)的演示功能推進(jìn)演示性課堂教學(xué)的實(shí)施，使學(xué)生在文字描述的基礎(chǔ)上結(jié)合MATLAB仿真的精確圖形，更直觀、更準(zhǔn)確地理解自動(dòng)控制原理課程理論中的基本概念。

2.利用MATLAB仿真軟件改進(jìn)《自動(dòng)控制原理》課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生以MATLAB軟件為仿真工具，用計(jì)算機(jī)解決《自動(dòng)控制原理》課程中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)MATLAB語(yǔ)言編制交互性能良好的程序，加深學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3.借助MATLAB仿真軟件完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)階段，體味自動(dòng)控制仿真的樂(lè)趣和創(chuàng)造性，起到激發(fā)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)造性的作用。

三、利用MATLAB仿真改進(jìn)《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)研究的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

1.應(yīng)用MATLAB進(jìn)行模型處理。

2.利用MATLAB繪制線性控制系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)曲線，并結(jié)合MATLAB仿真結(jié)果分析系統(tǒng)時(shí)域特性。

3.利用MATLAB繪制線性控制系統(tǒng)的根軌跡圖，并根據(jù)根軌跡圖判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.利用MATLAB繪制線性控制系統(tǒng)的頻域響應(yīng)圖（含Bode圖及Nyquist曲線），并根據(jù)仿真結(jié)果研究、分析控制系統(tǒng)的頻域特性。

5.應(yīng)用MATLAB進(jìn)行離散控制系統(tǒng)分析。

6.利用MATLAB軟件的Simulink仿真工具箱，搭建一級(jí)直線倒立擺自動(dòng)控制系統(tǒng)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析研究系統(tǒng)特性。

四、利用MATLAB仿真改進(jìn)《自動(dòng)控制原理》課程解決問(wèn)題舉例

根軌跡分析法是經(jīng)典控制理論中比較成熟的一種圖解方法，它是指開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中某個(gè)參數(shù)從零變化到無(wú)窮時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)在復(fù)平面上的變化軌跡。利用根軌跡同樣可以分析系統(tǒng)的暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。顯然，如果是手動(dòng)求解特征方程，然后逐個(gè)畫(huà)出參數(shù)對(duì)應(yīng)某一個(gè)值時(shí)的閉環(huán)極點(diǎn)，再把這些點(diǎn)連成線構(gòu)成根軌跡，計(jì)算量很大，計(jì)算過(guò)程也很復(fù)雜。即使能夠繪制出系統(tǒng)的根軌跡，也只是個(gè)概略圖。如果稍有差錯(cuò)，就會(huì)影響到學(xué)生對(duì)系統(tǒng)性能的判斷，甚至產(chǎn)生誤判。因此在授課過(guò)程中，任課老師迫切希望尋找到一種方法，既根據(jù)基本法則繪出粗略的根軌跡圖，又方便快捷地得到準(zhǔn)確的根軌跡圖。

MATLAB控制系統(tǒng)仿真軟件是一個(gè)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真的軟件，具有較強(qiáng)的繪圖能力，所以可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。使用MATLAB軟件提供的rlocus函數(shù)，就可以輕松繪制開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中某個(gè)參數(shù)在變化時(shí)的準(zhǔn)確的根軌跡，這樣將避免由于手工繪制根軌跡所帶來(lái)的一些問(wèn)題。另外，通過(guò)調(diào)用rlocfind函數(shù)，還能夠輕松獲取根軌跡上某一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的閉環(huán)極點(diǎn)和開(kāi)環(huán)增益，極大地減少計(jì)算工作量。

例如：繪制開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）=■的負(fù)反饋系統(tǒng)當(dāng)K從0∞變化時(shí)的根軌跡，可調(diào)用下列程序：

num=[1]；

den=[1？搖 3 ？搖2 ？搖0]；

rlocus（num，den）

程序執(zhí)行后，所繪制根軌跡圖如下圖所示，從下圖可以容易看出根軌跡的起點(diǎn)為0、-1、-2，終點(diǎn)3個(gè)∞，根軌跡條數(shù)為3條。如果鼠標(biāo)在根軌跡上任選一點(diǎn)，都可以讀出該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的閉環(huán)極點(diǎn)P和增益K，以及根軌跡的分離點(diǎn)和相應(yīng)的根軌跡增益kg。當(dāng)K從0∞變化，兩條根軌跡隨著K的增大越過(guò)虛軸向右伸展，也就是說(shuō)系統(tǒng)有一對(duì)閉環(huán)極點(diǎn)的實(shí)部是由負(fù)數(shù)逐漸變化到正數(shù)的，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性是在變差，經(jīng)臨界穩(wěn)定最后變得不穩(wěn)定。由根軌跡圖可以很方便地求出使系統(tǒng)穩(wěn)定的開(kāi)環(huán)增益K的取值范圍。

圖 MATLAB下線性系統(tǒng)的根軌跡圖

五、結(jié)語(yǔ)

筆者利用MATLAB仿真改進(jìn)《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)，滿足了《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)方法轉(zhuǎn)換的迫切需求，且通過(guò)實(shí)踐表明，教學(xué)效果令人滿意，極大提高課堂效率、增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉軍.高職高專《自動(dòng)控制原理》課程教學(xué)的研究.現(xiàn)代企業(yè)教育，2007（22）.

[2]陳旭，余國(guó)林.自動(dòng)控制原理探索與研究.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)刊，2009，10.

篇9

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)控制原理 教學(xué)改革與實(shí)踐 MATLAB

一、引言

自動(dòng)控制原理課程是控制類和電子信息類專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，通過(guò)對(duì)控制理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的基本方法，初步掌握系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB進(jìn)行輔助分析設(shè)計(jì)的方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步深造打下必要的理論基礎(chǔ)，該課程對(duì)學(xué)生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。自動(dòng)控制原理是一門集理論性、實(shí)踐性、綜合性于一體的課程，有一定的深度和學(xué)習(xí)難度，在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易感到枯燥乏味，傳統(tǒng)的教師講授型教學(xué)方式，以教師授課為主，師生互動(dòng)較少；基本概念、基本原理闡述多，理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生難以理解。為了促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革是十分必要的。

二、自動(dòng)控制原理教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)

1.改革課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量

自動(dòng)控制原理是一門理論性和綜合性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的計(jì)算能力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過(guò)程相對(duì)困難。再加上課程在教學(xué)過(guò)程中，內(nèi)容多學(xué)時(shí)少的矛盾也較為突出，所以精選課程內(nèi)容，改革課程體系就是首當(dāng)其沖必須完成的。應(yīng)對(duì)理論性過(guò)強(qiáng)和目前工程實(shí)際中較少使用的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和刪減，做到精選課程內(nèi)容，突出重點(diǎn)。本課程的重點(diǎn)是線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、性能分析與綜合校正。課程的難點(diǎn)是性能分析與綜合校正。在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)突出重點(diǎn)和化解難點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中以建模、分析和綜合為貫穿全課程的主線，進(jìn)而展開(kāi)教學(xué)，使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，做到舉一反三，從而對(duì)自動(dòng)控制理論有一個(gè)完整清晰的理解。

針對(duì)理論性較強(qiáng)的內(nèi)容，在教學(xué)過(guò)程中淡化推導(dǎo)，淡化具體的計(jì)算過(guò)程，強(qiáng)化定性分析和認(rèn)識(shí)。以具體工程實(shí)例為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)呐e例，把抽象問(wèn)題具體化，便于學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，讓學(xué)生不再認(rèn)為是在學(xué)習(xí)一門純理論的課程，而是一門工程實(shí)踐課程，消除對(duì)課程的恐懼感，增加學(xué)習(xí)的興趣。比如控制理論中反饋是一個(gè)非常重要的概念，在講到開(kāi)環(huán)和閉環(huán)時(shí)，可以用生活中實(shí)例來(lái)說(shuō)明，一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)如果能檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源的功能，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.多種教學(xué)方法相結(jié)合，提升教學(xué)手段

自動(dòng)控制原理課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，并且計(jì)算內(nèi)容非常多，在分析的過(guò)程中還大量使用圖表，如果用傳統(tǒng)的板書(shū)式教學(xué)，會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間在公式推導(dǎo)和曲線繪制上。而多媒體教學(xué)可以在繪圖的準(zhǔn)確性和快速性方面有較大提高，還有助于學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解。在教學(xué)中以多媒體教學(xué)為主，對(duì)于一些重點(diǎn)難點(diǎn)適當(dāng)?shù)妮o以板書(shū)，同時(shí)加強(qiáng)課堂互動(dòng)，提高教學(xué)效果。

自動(dòng)控制原理是來(lái)源于控制實(shí)踐的理論課程，在學(xué)習(xí)系統(tǒng)分析和綜合校正的過(guò)程中，計(jì)算量很大，分析過(guò)程繁瑣，學(xué)生理解起來(lái)比較困難。MATLAB軟件功能強(qiáng)大，具有先進(jìn)的視覺(jué)化功能，是一種強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言。特別是研究系統(tǒng)中某個(gè)參數(shù)或環(huán)節(jié)變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，可以很直觀的通過(guò)MATLAB展現(xiàn)出來(lái)。例如，已知一偵察車速度控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，要求是用頻率響應(yīng)法選擇系統(tǒng)增益K，使偵察車速度控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)有較小的穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)量。根據(jù)勞思穩(wěn)定判據(jù)可知：使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為K>0?？蓪⑾到y(tǒng)近似為振蕩二階系統(tǒng)，取不同K，通過(guò)用MATLAB編程，可繪制出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖所示

綜合考慮圖中結(jié)果，以取K=10時(shí)系統(tǒng)的各方面性能較好。

在教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮MATLAB在自動(dòng)控制原理教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生在此過(guò)程中可以即時(shí)觀察分析結(jié)論，以加深對(duì)課程本質(zhì)的理解，全面掌握所學(xué)內(nèi)容。

3.重視實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新精神和能力的重要途徑。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程主要是利用實(shí)驗(yàn)箱做一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果受各方面影響很大，不利于學(xué)生理解和認(rèn)識(shí)。利用MATLAB軟件的SIMULINK仿真平臺(tái)作仿真實(shí)驗(yàn)，能很好解決物理實(shí)驗(yàn)的不足，加深對(duì)課程知識(shí)的理解，還可以將實(shí)驗(yàn)延伸到課外進(jìn)行。學(xué)生根據(jù)個(gè)人情況自主選擇難度等級(jí)不同的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，獨(dú)立完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)搭建和調(diào)試，記錄原始數(shù)據(jù)和圖形，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，鞏固了課程理論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，還培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，使其觀察、分析和解決問(wèn)題的能力都有很大的提高。對(duì)于鞏固和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，提高實(shí)踐能力，把理論和實(shí)踐很好的結(jié)合起來(lái)有著重要的意義。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著自動(dòng)化技術(shù)在生產(chǎn)和生活中的廣泛而深入的應(yīng)用，自動(dòng)控制原理作為一門具有“方法論”特點(diǎn)的課程也越發(fā)得到重視。實(shí)踐表明，通過(guò)以上對(duì)自動(dòng)控制理論課程的從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行的全方位、多層次的改革探索和實(shí)踐，尤其是將MATLAB引入到課程教學(xué)中，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃堅(jiān).自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]鄭明方.自動(dòng)控制理論課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].江蘇上業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，（6）：55-56.

篇10

【關(guān)鍵詞】MATLAB語(yǔ)言；GUI；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1. 研究意義

本文以典型線性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于 MATLAB 設(shè)計(jì)出實(shí)時(shí)控制統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)依托MATLAB數(shù)值計(jì)算以及數(shù)字仿真功能，可以完成控制系統(tǒng)模型分析、綜合設(shè)計(jì)、仿真研究和在線分析的整個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證性、開(kāi)放性、設(shè)計(jì)性等不同層次實(shí)驗(yàn)的要求，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)打下基礎(chǔ)。GUI的設(shè)計(jì)是基于MATLAB的GUIDE開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，達(dá)到使實(shí)驗(yàn)者可以通過(guò)簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)拖放以及參數(shù)的修改完成仿真實(shí)驗(yàn)。以二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)輸入為例，有效驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)行效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可靠的控制策略并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修改控制參數(shù)等來(lái)控制試驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2. 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)簡(jiǎn)介

分析二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性對(duì)于研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有重要意義。因?yàn)樵趯?shí)際工作中，在一定條件下，忽略一些次要因素，常常可以把一個(gè)高階系統(tǒng)降為二級(jí)系統(tǒng)來(lái)處理，仍不失其運(yùn)動(dòng)過(guò)程的基本性質(zhì)。二階系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。

圖1二階系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)電路

已知典型的單位反饋系統(tǒng)來(lái)分析二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及其動(dòng)態(tài)指標(biāo)。假

設(shè)初始條件為零，輸出量的拉氏變換為：

系統(tǒng)的特征方程為s2+2εWn+W2n=0 ；由特征方程可以解出特征方程式的根，這些根與阻尼比 ε有關(guān)?？梢苑謳追N情況來(lái)分析二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

2.1過(guò)阻尼的情況。

系統(tǒng)的特征根為

由于阻尼比大于1（ε>1） ，所以-P1 及-P2均位于根平面（即s平面）虛軸的左側(cè)，并且均在是實(shí)軸上。動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成。暫態(tài)分量又包含兩項(xiàng)衰減指數(shù)項(xiàng)，一項(xiàng)衰減指數(shù)項(xiàng)為-P1=-（ε-ε2-1） Wn ，另一項(xiàng)為-P2=-（ε+ε2-1） 。當(dāng)ε1 時(shí)，后一項(xiàng)的衰減指數(shù)比前一項(xiàng)的衰減指數(shù)衰減得快，因此后一項(xiàng)暫態(tài)分量只是在響應(yīng)的前期對(duì)系統(tǒng)有所影響，而在后期影響甚小?？梢钥闯鲞@種情況下系統(tǒng)是為無(wú)震蕩無(wú)超調(diào)的單調(diào)遞增的暫態(tài)響應(yīng)，如圖2所示。由實(shí)驗(yàn)的階躍響應(yīng)圖可以得出在過(guò)阻尼情況下，動(dòng)態(tài)特性為單調(diào)變化曲線，沒(méi)有超調(diào)和振蕩，但調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)遲緩。2.2欠阻尼的情況。

當(dāng) 0

2.3臨界阻尼的情況。

當(dāng) ε=1時(shí)為臨界阻尼，這種情況是無(wú)超調(diào)，這時(shí)的二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)為一條上升曲線，如圖4所示。

圖4臨界阻尼的階躍響應(yīng)

2.4無(wú)阻尼的情況。

（1）當(dāng)ε=0 時(shí)為無(wú)阻尼的情況，這時(shí)系統(tǒng)為無(wú)衰減的震蕩，其震蕩角頻率為 Wn，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線如圖5所示。

圖5無(wú)阻尼的階躍響應(yīng)

（2）綜上所述可以看出，在不同的阻尼比時(shí)二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)有很大的區(qū)別，因此阻尼比ε 是二階系統(tǒng)的重要參量。當(dāng)ε0 時(shí)，系統(tǒng)不能正常工作，而在 ε1時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行的又太慢。所以對(duì)于二階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，欠阻尼情況（ 0

3. 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究

（1）一個(gè)系統(tǒng)正常工作的首要條件，就是它必須是穩(wěn)定的。所謂穩(wěn)定，是指系統(tǒng)受到瞬時(shí)擾動(dòng)的作用，使被控量xc（t） 偏離了原始的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生偏差Δxc ，當(dāng)瞬時(shí)擾動(dòng)消失后， Δxc 逐漸衰減，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，Δxc 趨近于零，系統(tǒng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。反之，若Δxc 隨著事件的推移而發(fā)散，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

（2）線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)本身固有的特性而與擾動(dòng)信號(hào)無(wú)關(guān)，它取決于瞬時(shí)擾動(dòng)消失后的暫態(tài)分量的衰減與否。暫態(tài)分量的衰減與否取決于系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)（系統(tǒng)的特征根）在s平面的分布：如果所有極點(diǎn)都分布在s平面的左側(cè)，系統(tǒng)的暫態(tài)分量將逐漸衰減為零，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果有共軛極點(diǎn)分布在虛軸上，則系統(tǒng)的暫態(tài)分量做簡(jiǎn)諧震蕩，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)；如果有閉環(huán)極點(diǎn)分布在s平面的右側(cè)，系統(tǒng)具有發(fā)散震蕩的分量，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

（3）由上述分析可知，線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是：系統(tǒng)的特征方程根（即系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)）全部為實(shí)數(shù)或具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)數(shù)，也就是所有閉環(huán)特征根分布在s平面虛軸的左側(cè)。由討論結(jié)果知道：ε>0 時(shí)，系統(tǒng)的極點(diǎn)均位于s左半平面，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程呈現(xiàn)指數(shù)衰減或衰減振蕩，系統(tǒng)是穩(wěn)定的；ε0 時(shí)，系統(tǒng)的極點(diǎn)位于虛軸或s右半平面，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程呈現(xiàn)等幅振蕩或發(fā)散振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

4. GUI簡(jiǎn)介

（1）圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱為GUI）是用戶與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的窗口，它的設(shè)計(jì)是虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的主要工作之一。用戶可以通過(guò)某種方式來(lái)選擇或者激活用戶界面上菜單、對(duì)話框以及控件等圖形對(duì)象，來(lái)運(yùn)行一些特定的M文件。

（2）利用MATLAB7.0版中的圖形用戶界面設(shè)計(jì)向?qū)Ь庉嬈鱃UIDE進(jìn)行可視化編程，即可完成軟件界面的創(chuàng)建。在圖形的設(shè)計(jì)過(guò)程中，GUIDE提供了下面一些工具：菜單編輯器、對(duì)象瀏覽器、屬性編輯器、控件布置編輯器、網(wǎng)格標(biāo)尺設(shè)置編輯器和GUIDE應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器等。用戶將它提供的工具與編程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，可以方便地創(chuàng)建友好的圖形用戶界面。各級(jí)界面主要利用向?qū)Ь庉嬈鱃UIDE中提供的控件（如按鈕、文本框等）來(lái)設(shè)計(jì)友好的交互式界面。使用Property Inspector修改控件屬性，如背景色、前景色、字體及大小、位置、標(biāo)志、類型等，控件不同屬性也不相同。借助GUI設(shè)計(jì)面板提供的控件布置編輯器/Align Objects0，可以很容易的對(duì)所選對(duì)象進(jìn)行水平、垂直和間隔排列布置。

（3）通過(guò)圖形界面中的控件的操作來(lái)完成圖形界面的功能，這些操作是通過(guò)函數(shù)代碼的執(zhí)行來(lái)完成的。函數(shù)代碼的編制可以通過(guò)編寫回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在編寫時(shí)可以把該控件的函數(shù)代碼直接書(shū)寫在/Callback0屬性中，也可以把函數(shù)代碼放在一個(gè)自定義的M文件中，而在/Callback0中只寫上其文件名。當(dāng)操作該控件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行/Callback0中所要求執(zhí)行的內(nèi)容，完成相應(yīng)的功能。

圖6虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的四個(gè)模塊

圖7二階系統(tǒng)的階躍相響應(yīng)界面

圖8系統(tǒng)穩(wěn)定性分析界面