自動控制原理
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自動控制原理范文第1篇
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）36-0191-02
“自動控制原理”是自動化及電氣信息類專業(yè)的重要基礎課程，也是學生學習“現(xiàn)代控制理論”、“過程控制系統(tǒng)”、“運動控制系統(tǒng)”等后續(xù)課程的基礎，是工業(yè)過程控制與優(yōu)化設計的重要理論依據(jù)。[1]實驗教學是“自動控制原理”課程教學的重要組成部分，實驗教學不但可以加深對自動控制原理理論知識的理解和鞏固，更重要的是可以建立理論和工程實際之間的聯(lián)系，加強工科學生素質和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和應用，自動控制技術在制造業(yè)、交通、航空航天等眾多產(chǎn)業(yè)部門都起著越來越重要的作用。
一、“自控原理”實驗現(xiàn)狀
隨著自動控制原理教學實驗系統(tǒng)的不斷改進發(fā)展，本校在教學過程中主要采用了各種自動控制原理實驗箱，這些實驗箱基本采用模塊式結構，可以根據(jù)實驗教學需要構造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)以及簡單的控制環(huán)節(jié)，很大程度上解決了自動控制原理實驗的基礎教學設施問題。這些實驗設置主要是為了驗證課程中的基礎理論和基礎知識。對學生而言，采用這種集成式的自控實驗箱做實驗，只是按照實驗指導書的要求及步驟，逐項進行實驗和操作，進行線路連接和相關儀器連接、觀察現(xiàn)象、讀取數(shù)據(jù)、記錄與審查數(shù)據(jù)，并觀察結論是否正確，完成實驗內容，但是缺乏針對于實驗原理的分析以及對實驗過程和實驗結果的分析。這種實驗教學方式在很大程度上限制了學生的思維，限制了學生學習能動性的發(fā)揮，不能很好的將所學的理論知識與實際的控制系統(tǒng)相聯(lián)系，達不到實驗大綱要求的對學生動手能力尤其是分析問題解決問題能力的鍛煉和培養(yǎng)，并且實驗過程流于形式，失去了實驗本身的意義，不利于工科學生工程實踐能力的培養(yǎng)。[2]
二、實驗教學改革的重要性
“自動控制原理”課程不但有獨立的理論和方法，而且有相當強的實踐性和應用性，是自動化類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程。目前一些經(jīng)典的控制方法仍然廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。由于“自動控制原理”課程理論比較嚴謹，含有大量的數(shù)學公式推導，內容比較抽象，如果在學習過程中不輔以合適的實驗，在學習過程中難以將理論上所描述的系統(tǒng)和實際的自動控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，造成理論與實際工程脫節(jié)，導致學生缺乏學習這門課程的主動性和積極性，不但影響了后續(xù)專業(yè)課程的學習，而且不利于學生工程實踐意識的培養(yǎng)。[3]
“自動控制原理”實驗教學是理論教學的延伸和補充，搞好實驗教學是整個自動控制原理教學過程的重要環(huán)節(jié)，課程的實驗內容的設置、授課方式、講授效果的好壞直接影響著學生的學習效果，以及學生對專業(yè)知識的整體掌握。因此需要對“自動控制原理”的實驗教學進行探討和研究，提高學生專業(yè)課的學習效果，進一步提高專業(yè)素養(yǎng)。
為了激發(fā)學生學習“自動控制原理”課程的積極性和熱情，同時為了提高學生的分析問題的能力以及將控制理論應用于實際工程系統(tǒng)的能力，迫切需要改進自動控制原理課程的實驗內容、實驗教學方式、教學手段等。同時，在實驗改革的實施過程中，教師需要進一步提高實驗教學水平，為自動控制原理課程的教學建設的以及其它控制課程的可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎。
三、實驗教學改革探索
近年來，控制理論得到了蓬勃發(fā)展，特別在非線性控制、分布參數(shù)控制、魯棒控制、自適應控制、智能控制等方向上取得了重要進展，但先進的控制理論在實際生產(chǎn)中的應用卻受到限制。為了能夠處理好理論與實踐之間的關系，在“自動控制原理”實驗教學過程中需要及時將所學理論知識及時與實驗內容以及工程實踐相結合，培養(yǎng)學生將理論應用到實際工程領域的能力，同時將新技術新理論及時介紹給學生，保持課程內容的先進性的同時，引導學生開闊眼界，從整體高度把握專業(yè)發(fā)展方向。在如下方面對“自動控制原理”的實驗教學進行了探討：
1.實驗進度安排
根據(jù)實驗大綱要求，對實驗進度進行合理設計，以提高學生學習興趣和能動性為目的，進而達到學生動手能力的培養(yǎng)。首先可以設置簡單工程實例作為演示實驗內容，讓學生直觀的對理論與實際系統(tǒng)相結合有全面的認識；其次根據(jù)學生的學習進度，逐步設置不同級別的實驗項目，使學生對基本實驗儀器、設備單元的用途和使用方法有足夠的了解和掌握后，再要求學生做到能夠獨立分析和排除實驗用儀器、設備單元的常見故障，能夠利用現(xiàn)有實驗裝置和儀器、儀表正確獲取、處理實驗數(shù)據(jù)；最后要求學生按照實驗項目的要求和指標，自行擬定實驗提綱，自行設計組織實驗，自行設計實驗方案，自行設計實驗表格，自行決定需要測取的實驗數(shù)據(jù)，自行決定實驗小組人數(shù)，自行安排實驗進程。在實驗過程中充分鍛煉學生的實踐動手能力，啟發(fā)學生的思維。
在講解實驗教學內容時，應該讓學生理解控制系統(tǒng)的設計過程以及實際的控制系統(tǒng)設計時應該注意的問題，并且鼓勵學生根據(jù)其他專業(yè)課程知識以及相應的資料和網(wǎng)絡資源自主設計實驗內容。
2.實驗內容設置
實驗課的目的不僅僅是為了掌握一些儀器設備的操作使用以及一些測定的技術方法，更重要的是通過實驗培養(yǎng)學生的思維能力、創(chuàng)新能力、實踐能力。以往對實驗的重視不足直接導致實驗內容陳舊，設計型、綜合型實驗比例偏少，忽視對實驗現(xiàn)象的認真分析等。[4]
為了培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，可以將實驗內容分為基礎性實驗、綜合性實驗和研究性實驗。在課程的前期，可以根據(jù)實驗進度開設基礎性實驗?；A性實驗包括一些基礎性的驗證和仿真實驗，如典型環(huán)節(jié)的時域、頻域分析實驗等，主要讓學生鞏固和驗證所學理論知識，熟練掌握實驗設備的使用和調試。在課程中期可以開設一些綜合性實驗。綜合性實驗可以結合檢測技術等專業(yè)課程，設置一些基于實際系統(tǒng)的實驗， 如水箱控制系統(tǒng)及溫濕度檢測與控制系統(tǒng)等，要求學生能夠正確運用所學的理論知識，在實驗過程中熟悉控制系統(tǒng)的設計和調試方法，重點培養(yǎng)學生將理論應用于工程實際的能力。在課程后期可以讓學生組成團隊，開設有一定難度的創(chuàng)新及研究型實驗?？梢越Y合電子技術課程和電機拖動等課程，讓學生自己設計一個完整的控制系統(tǒng)，如倒立擺實驗、機械臂控制實驗等，主要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、動手分析問題解決問題以及團隊協(xié)作能力。
3.學生實驗引導
在實驗教學過程中突出學生的主體地位。緊密結合本課程以及實驗課程培養(yǎng)目標和計劃，設計引導學生們學習實驗過程，擺脫老師演示，學生照搬的教學模式。比如“PID控制器的特性”實驗，可以鼓勵學生通過調節(jié)PID參數(shù)，觀察不同的比例系數(shù)、積分、微分時間常數(shù)對系統(tǒng)的靜態(tài)及動態(tài)性能的影響，讓學生主動學習PID控制器參數(shù)的調試方法。在實驗過程中以學生為主體，指導學生進行實驗預習，實驗的每一步都由學生自己完成。適當設計實踐過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題的一些環(huán)節(jié)，鼓勵學生嘗試解決實驗中遇到的問題，如示波器調試、電路檢查、程序測試等，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。[5]
4.仿真工具應用
在實驗過程中要充分利用Matlab等一些先進的仿真工具，Matlab是目前國際控制領域最流行的語言，具有強大的數(shù)值計算能力以及系統(tǒng)建模仿真等功能。將Matlab仿真應用到“自動控制原理”實驗中，學生通過對比實際實驗現(xiàn)象（如電路模擬）和Matlab仿真的結果，學習實際工程與理論仿真之間的區(qū)別與聯(lián)系，逐步培養(yǎng)實際動手能力和計算機輔助分析能力。一些綜合性和創(chuàng)新性實驗可以使學生通過Matlab搭建仿真模型，設計控制系統(tǒng)結構，調節(jié)控制參數(shù)，來仿真驗證控制系統(tǒng)的可行性，培養(yǎng)將控制理論應用到實際控制系統(tǒng)中的能力，進一步培養(yǎng)學生對實際控制系統(tǒng)的整體把握能力和工程意識。
5.實驗報告改革
改進現(xiàn)有的實驗報告形式。改變學生花費大量的時間抄寫實驗指導書撰寫實驗報告的現(xiàn)狀，注重學生對實驗設計、實驗過程、以及實驗結論的分析和理解，留給學生足夠的思考和分析問題的時間和空間，對于基礎的驗證性實驗，重點放在對實驗原理的理解和對實驗結果的分析方面；對于綜合性實驗，主要培養(yǎng)學生將理論知識應用到實際控制工程的能力，以及專業(yè)知識的結合能力，培養(yǎng)學生對專業(yè)知識的整體把握能力；對于創(chuàng)新型實驗，要注重實驗的整體設計思想，細節(jié)部分的實現(xiàn)方法，具體的調試步驟，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力，增強對控制理論的認識和應用，進一步拓展專業(yè)知識應用范圍，為以后的工作打下堅實的基礎。
四、結論
“自動控制原理”是自動化專業(yè)以及電子電氣類專業(yè)的核心課程。目前控制理論已廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、居民生活、航空航天等各個方面，還在向更縱深、更廣闊的領域發(fā)展，無論在數(shù)學工具、理論基礎、還是在研究方法上都產(chǎn)生了實質性的飛躍，在實際中的應用也越來越廣泛和深入。結合目前控制理論和技術的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，在制定“自動控制原理”實驗計劃和實驗內容時一定要注重理論和實踐相結合，引導學生將控制理論應用到實際系統(tǒng)中，通過不同類型的實驗，培養(yǎng)學生通過專業(yè)的學習將“信息、控制和系統(tǒng)”相結合的能力，以及對控制系統(tǒng)的整體把握，為走上工作崗位打下堅實的基礎。
參考文獻：
[1]胡壽松.自動控制原理[M].第五版.北京：科學出版社，2007
[2]王柯，周延延，等.“自動控制原理”課程實驗教學改革與探索[J].中國電力教育，2013，（34）：140-149.
[3]胡皓.軟硬結合的實驗教學模式探討[J].2011SEHVE： 382-385
[4]李發(fā)榮等.在實驗課教學中加強學生能力培養(yǎng)的探索及思考[J].高等理科教育，2006，（6）：125-127.
自動控制原理范文第2篇
關鍵詞：自動控制原理；“穩(wěn)、準、快”；預期目標
一、自動控制原理在班級管理中的應用
自動控制技術在高科技發(fā)展中起著極為重要的作用，大到航天、宇宙飛船，小到工業(yè)自動化生產(chǎn)，都離不開自動控制技術的發(fā)展。自動控制系統(tǒng)具有反應速度快、控制準確、控制效果平穩(wěn)的特點，班級管理如果能夠當作被控系統(tǒng)，通過控制器和執(zhí)行裝置以及反饋裝置（或檢測監(jiān)控裝置）達到我們期望的目標值，使班級管理趨于平穩(wěn)狀態(tài)，提高學生科學文化、道德文化水平以及職業(yè)素養(yǎng)。一個完整的自動控制系統(tǒng)通常包括控制器、執(zhí)行器、控制對象和反饋檢測監(jiān)控裝置幾個部分。自動控制系統(tǒng)是一個閉合回路，即控制裝置與受控對象之間存在信息反饋環(huán)節(jié)，從而進行信息往返傳遞。這樣，班級控制的效果隨時可以檢測到，通過控制器發(fā)出命令給受控對象，執(zhí)行機構使受控部分的狀態(tài)發(fā)生改變或者目標值隨時進行調整，檢測裝置不斷地將受控對象的狀態(tài)反饋信息送回控制器部分，通過不斷糾正和調整控制器對受控對象的影響，從而達到精確調節(jié)受控對象并一直維持平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。控制器是整個自動系統(tǒng)的核心，從始至終參與整個管理過程。檢測裝置負責監(jiān)督、檢查工作是否按預定的計劃、方法和標準進行，如果一旦和預期發(fā)生偏差，控制器立刻分析原因，進行糾正，發(fā)出指令，讓執(zhí)行器去控制受控對象以保證組織目標的實現(xiàn)。一是控制目的是讓班級各項活動按預先設定的計劃進行；二是控制是通過監(jiān)督反饋信息和偏差校正來實現(xiàn)的。要求自控系統(tǒng)具有良好的信息檢測裝置，班級管理控制目標的實現(xiàn)是一個過程，控制結果與預定計劃的關系是緊密聯(lián)系的，預定計劃為控制目標提供依據(jù)，控制執(zhí)行器是預期計劃實現(xiàn)的保證。
二、閉環(huán)控制在班級管理中的作用
班級單閉環(huán)控制管理模式，即班級管理預期目標制定后，由控制器發(fā)出命令給執(zhí)行器，通過執(zhí)行器最終完成管理目標。在班級管理任務完成的過程中有自我管理過程控制，有班級信息反饋，糾正調整后，控制器采取必要措施以保證班級管理控制目標的實現(xiàn)。1.設定班級管理的控制目標。班級管理目標設定為：班委會管理、班級衛(wèi)生管理、班級紀律管理、班級出勤管理、學生成績管理、課堂管控管理等等。目標確定后，從定性定量分析，既要考慮管理的易實施性，也要考慮管理的易考核性。2.班級學生是班級管理的執(zhí)行機構。自動控制系統(tǒng)中，班級學生是班級管理的執(zhí)行機構。最了解自己的還是學生自己本身，“看你一時不能看你一世”，學生的自我管理則是一種很有效的管理方式，管理者即是被管理者，被管理者也是管理者。老師管理班級最有效的方法是成立班級委員會，班委會作為班級管理者，班委會中產(chǎn)生一名班長作為控制機構，班級自動控制系統(tǒng)中，關鍵的是班委會成員要及時發(fā)現(xiàn)同學中的問題并及時反映，或對班級不正之風及時發(fā)現(xiàn)并處理。3.自我發(fā)現(xiàn)與班委會監(jiān)督是班級的重要監(jiān)測系統(tǒng)。當班級監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了班級中存在的問題，反饋給控制器，這時出現(xiàn)偏差，偏差是控制器開始工作的前提，控制器開始逐漸減小與預期目標的偏差，指導教育，并通過班級同學這個執(zhí)行器去調節(jié)，使班級系統(tǒng)預期目標趨于穩(wěn)定。班級自控管理是個復雜的系統(tǒng)，“偏差等于班級管理預期值減去班級管理中實際情況”。這時要設定預期的班級標準，控制器又要對照比較分析偏差，找出原因，給出辦法，讓執(zhí)行器執(zhí)行。分析原因時，注意產(chǎn)生偏差的大小，如果偏差結果大，那么控制器就要優(yōu)化參數(shù)，調節(jié)措施要加大；若是小的偏差，控制調節(jié)器很容易達到平衡。
三、班級管理的雙閉環(huán)控制
班級管理的閉環(huán)控制不是弱化甚至忽視班主任的管理作用，而是要求班主任能正確把握班級預期目標發(fā)展趨勢，避免班級管理隨意化、無序化，以致陷入班級自我管理的誤區(qū)。因此班主任要嚴格要求自己，嚴格把控班委會，通過督促、指導，使班級管理沿著正確的預期軌道正常發(fā)展。在班級管理工作中我們以雙閉環(huán)控制為例。1.班級管理中雙閉環(huán)控制的目標。從宏觀的角度出發(fā)，班級管理的控制目標，是要建立一個團結、有組織紀律性、積極上進的班集體。2.充分發(fā)揮班委會、班主任老師在反饋信息中的重要作用。班級管理中班委會成員是班主任老師的重要助手，并且作為班級管理中的“眼睛”起著監(jiān)測反饋信息的作用。（1）優(yōu)化班委會成員，組成一支強有力的隊伍。一個好的班級，離不開班委的支撐，一個強有力的班委會隊伍，能夠準確地貫徹學校領導下達的指令，有效地組織實施，并能起到模范帶頭作用，能夠及時地處理班級出現(xiàn)的不穩(wěn)定因素，即很好的抗干擾作用。比如，同學中的消極情緒，同學關系的社交問題，學習上的問題，曠課打游戲問題等等。班委會干部要具有敏銳的洞察力，積極地引領并及時將信息反饋給班主任老師。（2）班級管理離不開任課老師，任課老師也是班級管理中的重要分支。任課教師與學生的接觸最為直接親密，在班級管理中充分發(fā)揮任課老師的引導帶頭作用，比其他方法更為直接有效。教學活動是每節(jié)課的重頭戲，學生中存在的問題會不經(jīng)意地從教學活動中表現(xiàn)出來。比如課堂紀律、學習情況、學習態(tài)度、專業(yè)技術、班級合作與團結等問題，解決了這些問題，班級管理中很多問題就迎刃而解了。所以任課教師更容易發(fā)現(xiàn)問題所在，在教學中適當引導，注意調節(jié)，課后及時將信息反饋給班主任老師，更好地為預期的班級管理效果服務。3.班主任老師是班級管理中的控制者。運用自控原理中的雙閉環(huán)控制，班主任老師在班級管理的自控系統(tǒng)中，是班級管理中的領導者、監(jiān)督者、調控者、策劃者等。針對任課老師、班委會成員反饋的問題，從多方面去觀察了解，并結合學生的實際情況，比如家庭信息、最近身體情況、學習生活狀態(tài)等，分析、做出判斷并調整。對于班級中大部分學生出現(xiàn)的問題，可以組織專業(yè)指導會，要求專家心理學學者共同討論給出解決措施。班主任要充分支持班委會干部，發(fā)揮他們的積極主動和創(chuàng)造性；在班級管理的實際工作中，要指引幫助，放手讓班委干部去做并從實際班級管理中總結經(jīng)驗教訓，在班級管理中真正起到承上啟下的作用。
自動控制原理范文第3篇
【關鍵詞】《自動控制原理》；多媒體課件；教學模式
《自動控制原理》是一門理論性很強的課程，教師在教學過程中就要滿足本科教育的需要，讓學生通過學習這門課程，既能學會分析系統(tǒng)性能指標的基本方法，又能應用自動控制理論對實際控制系統(tǒng)進行分析和改善。因此多媒體課件作為教學輔助的手段，在開發(fā)前，必須進行必要的需求分析。
一、建立課件系統(tǒng)的整體框架
多媒體課件開發(fā)平臺由多媒體軟件工具來完成，按其功能可分為多媒體加工軟件如Word、Photoshop、Free-hand、Corel Draw、Animator Pro、Flash、Cool Edit、Cakewalk等；多媒體編著軟件如Authorware、Powerpoint、Dreamweaver、Visual Basic等；VCD光盤刻錄軟件如Video Pack4.0、Easy CD Creator、Winon
-CD3.X等。由于每個多媒體軟件工具的特點以及功能各不相同，所以目前課件的制作都是根據(jù)課件開發(fā)的具體情況，如課程特點和課件規(guī)模，教學課件使用對象來選擇合適的軟件工具。但事實往往是單一的制作工具很難滿足課件開發(fā)的全部需要，而自行開發(fā)專用的平臺又費時費力，成本過高，并且在多媒體課件開發(fā)過程中，常由于對教學規(guī)律了解不夠，對教學大綱把握不準，對學生接受知識的規(guī)律掌握不夠全面，且又不做認真的需求分析，缺乏完備的文檔資料和審查，因而開發(fā)的課件常難以滿足實際教學需要，又難以維護。因此，本課題根據(jù)《自動控制原理》課程的特點，以三本院校學生為對象采取一種折中而有效的方法：采用多種平臺相結合，即選取一種通用的制作工具作為多媒體課件制作的主要平臺或主環(huán)境，再根據(jù)需要選另一、兩種工具作為輔助平臺，二者在功能上形成互補。以軟件工程作為課件開發(fā)的一種工程思想，從而有效的合理組織整個課件開發(fā)過程，以提高和保證課件的質量，較好滿足實際教學需要。還可大大提高開發(fā)的成功率和可靠性、可維護性，共同滿足開發(fā)的要求。
二、課件局部及細節(jié)的技術實現(xiàn)
《自動控制原理》需要描繪大量曲線，比如伯德圖，奈氏曲線，根軌跡等。所以我們開發(fā)的多媒體課件將采用Flash等工具，將曲線繪制過程制作成動畫形式。繪圖的每一步驟可制作一個動畫，通過動畫的連續(xù)播放使學生掌握繪圖的動態(tài)過程。同時將會使教學過程變得輕松活潑，學生學習起來也更加容易。例如緒論我們就可以采用多媒體教學，用它來展示自動控制理論和系統(tǒng)的發(fā)展，自動控制技術的應用。通過演示水位自動控制系統(tǒng)和爐溫自動控制系統(tǒng)的工作過程，用圖像、動畫、聲音，使學生置于生動、形象的立體化教學環(huán)境中，從而引出自動控制原理、自動控制系統(tǒng)的概念，可以激發(fā)學生的學習興趣，使他們進入學習本課程的最佳狀態(tài)。
三、測試使用效果，課件系統(tǒng)的維護
在整個開發(fā)過程中，會對課件的各個部分進行多次調試，以確保效果，盡管如此，在整個課件合成后仍有很多問題，所以有必要進行反復調試，從而發(fā)現(xiàn)并修改各種不穩(wěn)定因素和難以發(fā)現(xiàn)的錯誤，特別是基于多種平臺制作的多媒體課件系統(tǒng)，通過多次調試可以避免多種平臺在匹配的過程中產(chǎn)生的問題。測試方法可以從幾個方面進行：錯誤測試、功能測試及效果測試。經(jīng)過調試沒有錯誤的多媒體教學系統(tǒng)就可以投入運行使用。在運行使用中，要定期對課件使用效果進行評價，課件評價是課件設計不可缺少的一部分，它既是課件設計的結束，也是軟件設計的開始。對課件的評價主要檢查它是否達到預期的教育、教學要求和技術要求。所以必須根據(jù)軟件使用人員（主要是學生和教師）的意見，對軟件進行升級維護，不斷提高軟件的質量。
四、總結
本課件開發(fā)以Authorware為主要開發(fā)平臺，文本、圖形、圖像、動畫、視頻等媒體的綜合使用使教學內容表現(xiàn)得豐富多彩、形象生動。仿真平臺的創(chuàng)建使學習過程簡單化，并且能夠充分調動學生學習的積極性和創(chuàng)造性，從而有效地提高課程的教學質量。另外，該課件系統(tǒng)界面設計友好，導航措施完善，能夠清晰簡潔地呈現(xiàn)課件內容，方便地實現(xiàn)各知識點間的選擇與跳轉，既有助于教師教學，也能提供給學生一個輕松自學的平臺。論文中的制作課件的方法，可使教師在教學過程中針對高職學生層次的高低，調整課件中實例的難易程度，使學生能“聽得懂，會分析”，對后續(xù)課件的使用與發(fā)展有著積極的作用。
參 考 文 獻
自動控制原理范文第4篇
[關鍵詞]自動控制原理 教學改革 教學方法 實踐教學
[中圖分類號] TP13-4；G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0124-02
一、引言
自動控制原理是控制類及電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程[1]，在控制科學與工程學科中占有重要地位。該課程對工程技術有重要的指導作用，而且對培養(yǎng)學生的辯證思維能力、綜合分析問題的能力以及建立理論聯(lián)系實際的科學觀點都具有重要的作用。本文結合自動控制原理的課程特點及教學中存在的問題，對自動控制原理課程的理論教學、實踐教學和考核方式三方面進行改革的具體措施進行探討。
二、課程特點及教學中存在的問題
自動控制原理課程有以下特點：第一，涉及面廣，綜合性強?？刂评碚摰膽妹鎻V，實際的控制系統(tǒng)可能涉及力學、電學、光學和熱學等學科的知識以及電路、電力電子、電機等技術。系統(tǒng)控制模型的建立不僅需要有較強的建模能力，還要求有靈活運用知識解決實際問題的能力。課程的學習要求扎實的數(shù)學功底，微積分、復變函數(shù)理論、矩陣論等知識的應用貫穿全課程。第二，內容豐富，概念抽象。課程內容主要包含經(jīng)典控制理論。經(jīng)典控制理論研究的主要對象是線性定常系統(tǒng)、單輸入單輸出系統(tǒng)的分析與設計，它以傳遞函數(shù)為數(shù)學模型來討論問題，采用多個評價指標對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準確性進行分析，內容較抽象，原理概念較難理解且一環(huán)套一環(huán)。第三，它是一門方法論的課程。[2]課程內容隱含從定性的物理系統(tǒng)轉化為定量的數(shù)學分析的解決問題的途徑和“利用誤差消除誤差”的核心控制思想，以及體現(xiàn)了信息論、系統(tǒng)論、控制論的一套方法。這種方法論思想的建立對學習該課程的同學尤為重要。
課程內容豐富，但學時有限，我院“自動控制原理”教學計劃是64課時，同時開設16課時的自動控制原理實驗。目前選用的教材里增加了Matlab輔助設計，因而學時少，信息量大的矛盾更顯突出，不利于學生對教學內容進行有效消化，教學效果受到影響，但由于學生考研的需要，難以在課程內容上進行取舍。
課程理論性強且涉及面廣，但理論與實踐結合不密切。除了在數(shù)學模型的建立部分有實際系統(tǒng)的抽象簡化外，整個內容并沒有真正觸及實際系統(tǒng)。另外課程的理論分析與實際情況存在一定的差距，自動控制原理的主要研究對象是線性系統(tǒng)，而任何實際系統(tǒng)都不可能是真正線性的。受理論框架的限制，實驗課也難以把理論和實踐之間的差距暴露出來[4]，學生知道理論是實踐的抽象，但實際應用中碰到簡化過度、實際與理論不符的情況時，難以找到辦法對分析、綜合結果進行修正，這就造成理論與實踐的脫節(jié)。[3]
三、理論教學改革
（一）合理安排教學內容，注重內容的系統(tǒng)性
授課內容以系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計為重點，突出系統(tǒng)分析和設計中公共的規(guī)律和基本方法，在保證內容系統(tǒng)性的前提下，淡化繁復的推導過程，強調推導思路，重點解釋結論的內涵和物理意義，力求簡練卻不失嚴謹、直觀易懂。系統(tǒng)建模是系統(tǒng)分析和設計的基礎，系統(tǒng)分析準確與否又直接影響系統(tǒng)設計[2]，因此在每個環(huán)節(jié)的講授過程中，不僅要講清各個知識點的原理，還要注重知識點之間的聯(lián)系和過渡。例如講解根軌跡分析方法前先給出一個高階系統(tǒng)，并采用先學的時域分析方法進行分析，當沒有辦法用時域法解決問題時，引出根軌跡分析方法，這不僅能讓學生弄清楚這兩種分析方法的區(qū)別與各自的優(yōu)勢，而且能引導學生思考如何利用各種方法分析問題，有助于提高學生分析問題的能力。
（二）靈活應用教學方法，提高教學質量
在教學過程中，應充分尊重學生在教學中的主體地位，采用各種教學方法激發(fā)學生的學習興趣和積極性，加強創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。通過對比教學方法，加深學生的印象，例如在講頻率特性時，將極坐標圖和對數(shù)坐標圖進行對比，找出聯(lián)系與區(qū)別，使學生更好地掌握兩種圖的應用。通過啟發(fā)式教學方法，適當?shù)卦O置一些小問題，讓學生帶著問題去學，促進學生積極思考，不僅可以提高學生的學習興趣，而且可以培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題的意識，提高他們自主探索解決問題的方法的能力。比如在講系統(tǒng)性能分析時，讓學生考慮閉環(huán)零、極點對系統(tǒng)性能有何影響，可以讓他們利用所學知識來分析問題，同時也是對已學知識的溫習和鞏固，并提高他們的綜合分析、解決問題的能力。
（三）多樣化的教學方式，提高教學效率
傳統(tǒng)的采用板書和講解結合的教學方式，學生邊聽邊做筆記，這種方式在自動控制原理中多數(shù)方程式和傳遞函數(shù)的推導時應用效果不錯，便于師生交流。[5]但這種方式常常讓學生感到內容抽象，不知道所學理論知識在工程中的實踐應用，而且在根軌跡和頻率特性等圖較多的章節(jié)時，采用純板書需要花費大量時間。與傳統(tǒng)教學方式相比，多媒體動畫、語音、圖形、圖像直觀新穎，能有效激發(fā)學生的學習興趣，為課堂提供活力，提高課堂效率，使有意識的學習和無意識的學習相結合。此外，由于自動控制原理課程的復雜性，引入具有先進的視覺化功能、計算功能和仿真能力的Matlab軟件可以方便地完成系統(tǒng)模型的建立、分析和設計中各種復雜的運算，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的仿真。[5] [6]雖然后續(xù)將開設“Matlab語言與控制系統(tǒng)仿真”，但在自動控制原理講授時引入Matlab仿真軟件，可以輕松繪制各種曲線，且能動態(tài)演示曲線的生成，便于理解和掌握，也可以引導學生在Matlab平臺上驗證自己的分析結果，激發(fā)學習積極性，且可以教會學生利用這個工具進行系統(tǒng)的分析與設計，為后續(xù)的學習和工作做好準備。
四、實踐教學的改革
為了提高實踐教學質量，結合本課程的特點，在基礎實驗的基礎上，綜合課程重點和難點，增加一些綜合性實驗。基礎實驗主要加強學生對理論知識點的理解，使學生把課堂教學中的理論模型所描述的系統(tǒng)與實際控制系統(tǒng)聯(lián)系起來；綜合性實驗以典型控制系統(tǒng)為實驗對象，要求學生運用已有的知識分析系統(tǒng)結構，建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，觀察并記錄系統(tǒng)的運行特性，對系統(tǒng)各性能指標進行全面的分析、綜合。
在與理論課時匹配的16課時實驗課中，主要利用自動控制原理實驗箱，結合課堂教學知識展開實驗，加深對概念的理解和方法的掌握，要求學生有一定的動手能力。例如在頻率特性實驗中，要求學生能夠利用實驗箱提供的模擬電路單元和信號發(fā)生器，設計并搭建好模擬電路，利用示波器觀察系統(tǒng)的性能，完成一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)的開、閉環(huán)頻率特性測量。而學生對各種控制系統(tǒng)的認知在后續(xù)課程中將得到更好的拓展，例如在計算機控制系統(tǒng)的學習中，學生可以對模擬工業(yè)現(xiàn)場的過程控制裝置進行現(xiàn)場調試與控制，將學過的控制系統(tǒng)分析、設計和調試方法應用于實踐，為畢業(yè)后的實際工作打下良好的基礎。
五、考核方式的改革
由于自動控制原理課程題目計算量大，難以憑兩個小時考試的結果考查學生對相關概念的理解和對控制系統(tǒng)分析、設計方法的掌握，我們在考核方式上進行了一些必要的改革?？己朔譃槠綍r成績和考試成績，平時成績占總分的30%，主要包括課堂考勤、課前預習情況、課堂參與情況及作業(yè)成績，考試采用閉卷考試，由任課教師出題，按學校規(guī)定進行考試，重點考核系統(tǒng)分析、設計方法的應用和基本概念的理解，占總成績的70%。將自動控制原理實驗獨立出來作為一門課程，其考核同樣包括平時成績和考試成績，平時成績占50%，根據(jù)實驗考勤、動手能力、創(chuàng)新能力和實驗報告綜合評定。這樣要取得好的成績就需要在平時的學習過程中下功夫，僅靠考試前的突擊不再可行。
六、結語
自動控制原理是自動化專業(yè)及相關專業(yè)的一門基于實踐的理論基礎課[3]，只有在教學過程中不斷學習教育理論、積極研究教學方法、靈活運用多種教學方式，不斷提升自身素質，在理論與實踐結合的原則下，以培養(yǎng)學生解決實際問題的能力為基準，才能深化自動控制原理教學改革，進一步提高教學質量。
[ 注 釋 ]
[1] 胥布工主編.自動控制原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.
[2] 鄭長勇.自動控制原理課程教學改革探索與實踐[J].內蒙古農(nóng)業(yè)大學學報（社會科學版），2009（4）.
[3] 段納，高慶爭.自動控制原理教學中的問題及對策探討[J].曲阜師范大學學報（自然科學版），2011（2）.
[4] 田思慶，吳桂云.“自動控制原理”課程的教學研究與實踐[J].電氣電子教學學報，2008（1）.
自動控制原理范文第5篇
Teaching Reform of Automatic Control Theory Course
LI Ke， ZHAO Dean
（School of Electrical and Information Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）
Abstract "Automatic Control Theory" is an important foundation course with theory and strong， broad knowledge and so on. Through the study of aspects of teaching practice teaching methods， assessment methods found instances throughout the process of teaching the theory， can stimulate students' interest in school， help them improve analyze and solve problems overall resilience. Through practice showed significantly improve teaching effectiveness.
Key words automatic control theory； teaching content； teaching reform； example
0 引言
自動控制原理作為高等院校工科類學生必修的基礎課程，在電氣、機械、熱能等專業(yè)中處于非常重要的地位。自動控制原理是研究控制系統(tǒng)在控制過程中動、靜態(tài)性能的理論工具，理論性強、綜合性大，需要教師認真設置授課內容，組合多種教學方法，以達到傳遞課程知識點的目的。對已有控制系統(tǒng)性能分析、評價以及根據(jù)要求設計系統(tǒng)是學生掌握該課程的最終目標。本文從課程整體出發(fā)，針對教學過程中存在的弊端，提出在實踐中應加以實際系統(tǒng)為對象，建立數(shù)學模型，分析系統(tǒng)性能，評價并進行必要校正，將理論基礎與實際應用有效結合，以幫助學生提高其綜合應用專業(yè)知識分析工程問題的能力。
1 梳理課程內容，建立知識框架
自動控制原理主要以帶有負反饋裝置的閉環(huán)系統(tǒng)為討論對象。課程內容分為自動控制的基本概念、自控系統(tǒng)的數(shù)學模型、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計與校正、非線性系統(tǒng)以及離散控制系統(tǒng)分析等幾部分。以線性系統(tǒng)為研究對象，可以在時域（變量）、復數(shù)域（變量）、頻域（變量）等不同的數(shù)學環(huán)境中進行分析求解。對應系統(tǒng)的數(shù)學模型分別為：微分方程，傳遞函數(shù)及頻率表達式，三種數(shù)學表達式可以根據(jù)不同域中變量間的關系進行相互轉化。環(huán)境不同，系統(tǒng)的分析方法也有所區(qū)別，有時域法、根軌跡法、頻域法三種。對控制系統(tǒng)三個最基本的要求為穩(wěn)定性、動態(tài)性能（快速性和平穩(wěn)性）、準確性。三種性能相互制約、相互影響，分析并解決這類矛盾，是研究控制系統(tǒng)的重要內容。圖1建立了線性系統(tǒng)的主要知識框架圖。
2 教學中實際存在的問題及改革措施
2.1 實際存在的問題
通過教學實踐，從學生掌握課本知識的程度以及對考核方式的分析來看，在教學過程中實際存在以下一些問題：
（1）基礎知識面廣、教學方式與考核方式的單一。自動控制原理涉及的學科較多，如數(shù)學、物理、電路、數(shù)模電、電機、機械等。前期基礎知識掌握不牢固，后期加上本課程理論性強，內容量大，課程課時少等多方面因素，學生會覺得本課程較難學習。目前的授課方式主要以理論講解和推導公式為主，通常忽略理論與控制系統(tǒng)實例的結合。課后學生機械地記定理、背公式、做習題，期末以一張試卷幾道計算題定期末成績。部分學生只需在考前一兩行記憶計算題型即可以輕松通過考試，對問題的來龍去脈一概不知。這些情況都客觀地反映出現(xiàn)有教學方式和考核方式的局限性和不合理性。
（2）理論知識與實際應用脫節(jié)。基于教學方式與考核方式的局限性，學生在學習過程中對實用性認識模糊，忽視了自動控制原理的工程意義，它需要解決的是實際工程項目問題。學生在面對某一具體問題時，從理論上不知如何運用相關知識去分析、解決問題，實踐中不能將實驗分析方法很好地結合到理論研究中，理論與實際應用脫節(jié)，不能培養(yǎng)具有綜合應用能力的實干型人才，造成學無所用的現(xiàn)象。
2.2 教學改革的具體措施
針對實際教學中存在的問題，為了從本質上提高教學水平和質量，提高學生的積極主動性，有必要對自動控制原理授課方式和內容作出改革和創(chuàng)新，在牢固學生的專業(yè)基礎上，應當從系統(tǒng)的角度改變學生的傳統(tǒng)解題思維，培養(yǎng)學生的獨立分析、解決問題的方法，提高學生的綜合應變能力。具體措施如下：
（1）明確本課程的教學目的。教師應以系統(tǒng)的觀點傳遞本課程的中心思想，要以概要性、引導性的講解帶領學生建立控制理論的概念，學會控制系統(tǒng)的分析方法。在教學中應當注重基本概念和基本原理的講解，淡化其中的計算過程。借助數(shù)學工具，發(fā)現(xiàn)各種理論方法的關聯(lián)性，觸類旁通，靈活應用。
（2）改變考核方式。轉變用一卷定成績的方式來判斷學生對本課程的掌握程度，把傳統(tǒng)的考試方式改為對學生綜合能力的考核。經(jīng)過一個學期的學習和積累，串通各類知識點，開拓解決問題的新思路，掌握系統(tǒng)的分析方法，提出多個可行的解決方案。
（3）將理論知識和實際工程緊密聯(lián)系。注重介紹控制學科發(fā)展的最新動態(tài)，選取控制工程中的典型實例，通過實例了解控制系統(tǒng)的結構、理論分析和設計技術，能更好地學習掌握自動控制的理論，具備對系統(tǒng)進行定性分析、定量估算和動態(tài)仿真的能力，為專業(yè)課學習和參加控制工程實踐打下必要的基礎。
3 “實例+原理”分析控制系統(tǒng)
基于本課程理論性較強，知識點覆蓋面廣，學生對分析控制系統(tǒng)的思路不明了的特點，引入一個實例用于自動控制原理的講解過程。以實例加深理論應用，培養(yǎng)學生以系統(tǒng)的觀點綜合分析解決問題。以某轉速控制系統(tǒng)為例介紹分析過程，主要包括以下四個步驟：
（1）建立轉速控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。根據(jù)控制系統(tǒng)原理圖，畫出系統(tǒng)方塊圖，確定輸入輸出量及中間變量，由于微分方程在高階系統(tǒng)求解過程中的復雜性，可直接將各變量寫成拉氏變換型，根據(jù)元件的工作原理和作用，求得各部分的傳遞函數(shù)，最后消除中間變量得出總的傳遞函數(shù)表達式，即為轉速控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。
（2）分析控制系統(tǒng)性能。鑒于頻率特性分析法的優(yōu)點及在工程中的廣泛使用，本例可選取頻率法分析系統(tǒng)。根據(jù)Nyquist穩(wěn)定判據(jù)，利用Nyquist曲線在坐標圖中的分布可判斷該轉速控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相對穩(wěn)定性亦可計算相角裕度、幅值裕度得出。分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，可參照半對數(shù)坐標系中Bode曲線的各分段直線，其中以穿過零分貝線的中頻段尤為重要。中頻段直線的斜率越小，平穩(wěn)性越好；截止頻率越大，快速性越高。
（3）評價系統(tǒng)性能好壞，確定對系統(tǒng)進行校正與否。常用的幾種電氣校正裝置方式有超前、滯后以及滯后―超前校正裝置，根據(jù)對控制系統(tǒng)性能要求，如需改善系統(tǒng)動態(tài)性能則選取超前校正裝置；如需改善系統(tǒng)靜態(tài)性能則選擇滯后校正裝置；對于在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能均要求很高的系統(tǒng)則應選取滯后―超前校正裝置。
（4）對校正后的系統(tǒng)進行性能分析，驗證校正的合理性。校驗校正后系統(tǒng)是否滿足給定指標的要求，如果校正后已全部滿足性能指標的要求，則根據(jù)校正網(wǎng)絡的參數(shù)選定合適的電氣元件的數(shù)值，設計工作結束。反之，則需再次選擇合理參數(shù)，重新計算，直至滿足系統(tǒng)的指標要求。
