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篇1

《自動控制原理》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)和信號流圖等數(shù)學(xué)模型的建立；

系

統(tǒng)穩(wěn)定性、

動態(tài)性能、

穩(wěn)態(tài)性能的時域分析；

頻域法和根軌跡法；

系統(tǒng)串聯(lián)校正的設(shè)計方法；

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)可控性和可觀測性；

線性定常系統(tǒng)

狀態(tài)反饋及觀測器設(shè)計；李雅普諾夫穩(wěn)定性理論。

二、考試范圍

．

自動控制的一般概念

（）自動控制系統(tǒng)的定義、構(gòu)成；

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

（）對控制系統(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)：輸入量及擾動量作用下的傳遞函數(shù)、誤差傳遞函數(shù)。

．線性系統(tǒng)的時域分析法

（）一階系統(tǒng)動態(tài)性能；

（）二階系統(tǒng)的動態(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)的動態(tài)性能指標、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、極點對根軌跡的影響、利用主導(dǎo)極點估計系統(tǒng)的性能指標；

．

線性系統(tǒng)的頻域分析法

（）頻率特性；

（）典型環(huán)節(jié)與開環(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；

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個人整理精品文檔，僅供個人學(xué)習(xí)使用

（）控制器：控制法則及對系統(tǒng)性能的影響。

.

線性離散系統(tǒng)的分析

()

信號采樣和保持；

()

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、標準型；線性系統(tǒng)的運動分析狀態(tài)方程的解；

()

線性系統(tǒng)的可控性和可觀測性；

()

線性定常系統(tǒng)的線性變換；

()

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

()

李雅普諾夫穩(wěn)定性分析。

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篇2

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

作者簡介：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：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）19-0113-02

在多年的教學(xué)實踐中，我們發(fā)現(xiàn)獨立學(xué)院電氣自動化專業(yè)的學(xué)生來源復(fù)雜，學(xué)習(xí)能力參差不齊，學(xué)習(xí)目標各種各樣，這些都給“自動控制原理”教學(xué)帶來很大困難。同時，進入21世紀以來，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設(shè)的“自動控制原理”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，內(nèi)容比較抽象，更多強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生動手解算能力，與實際應(yīng)用有些脫節(jié)。

為了達到獨立學(xué)院培養(yǎng)目標，通過系統(tǒng)分析實際教學(xué)情況，查閱并參考近現(xiàn)代教學(xué)理論[1]和各個學(xué)校開展的教學(xué)改革，[2，3]在實際教學(xué)實踐中進行了有益探討。

一、問題分析

第一，獨立學(xué)院電氣自動化專業(yè)生源復(fù)雜，學(xué)習(xí)能力偏差和學(xué)習(xí)目標不明確。由于筆者所在常州大學(xué)地處江蘇省，經(jīng)濟發(fā)展在國內(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)濟逐步轉(zhuǎn)向科技型，對應(yīng)用人才需求旺盛。因此從政府、企業(yè)到普通群眾無不認識到掌握技術(shù)、具有技能的重要性。隨著國家對高等教育改革的進一步推進，給更多的青年人帶來機會，面對高就業(yè)率，電氣自動化專業(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，也有勉強達到錄取分數(shù)線的；既有喜愛電氣自動化專業(yè)的，更有不少是為了就業(yè)和父母期望而來的。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)效率方面基本沒有改進。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，對自身的改進沒有了信心。第三年進入專業(yè)課學(xué)習(xí)，少部分對知識掌握好的學(xué)生，由于外界不斷對他們的肯定，學(xué)習(xí)積極性得到提高，主動與老師互動；大部分學(xué)生對專業(yè)知識剛接觸，對于抽象的理論知識不知道有何用處，對自身能力的潛力認識不夠，滿足于考試通過，拿到學(xué)分。

第二，獨立學(xué)院培養(yǎng)目標不斷變化，受母體高校影響大。自獨立學(xué)院開設(shè)之初，其培養(yǎng)目標隨著社會經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展和人們對其在高等教育中作用認識的加深，在不斷發(fā)展變化。從最初的對主流學(xué)校的有益補充，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)校進行。為了保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)進度，很多師資都是從母體學(xué)校借調(diào)。所以保證了對人才的培養(yǎng)質(zhì)量，滿足了學(xué)生和家長對學(xué)校的期望，卻加重了任課教師的教學(xué)強度。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，由于我國近些年經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，對技術(shù)人才需求隨之增長。更多的企業(yè)為了自身的可持續(xù)發(fā)展，引進先進技術(shù)設(shè)備；越來越多的技術(shù)型小企業(yè)獲得發(fā)展空間；社會上不斷涌現(xiàn)新專業(yè)方向、新技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。高中畢業(yè)生不能夠通過短時培訓(xùn)勝任崗位；普通高等學(xué)校的畢業(yè)生缺少實際動手能力，對工作崗位待遇期望值高。獨立學(xué)院通過十年多的不斷完善，已逐步注重市場調(diào)研，充分結(jié)合母體學(xué)校的專業(yè)特長，加強學(xué)生的應(yīng)用能力的培訓(xùn)，但是目前仍不能滿足社會需求。

二、實踐探討

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

1.實施“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)非常適用于獨立學(xué)院“自動控制原理”的教學(xué)。他強調(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，并增加相應(yīng)的授課學(xué)時。對于負反饋系統(tǒng)的理解，增加實際系統(tǒng)分析，對同一個電機速度控制系統(tǒng)在不同情況下作用進行分析。首先進行定性分析，然后再進行定量分析；對于控制系統(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；對于控制系統(tǒng)設(shè)計部分，側(cè)重于講解思路，只把PID控制器作為重要知識點。

實踐證明，學(xué)生認為學(xué)習(xí)節(jié)奏比較適中，對概念的理解比較清晰，減少了為了達到教學(xué)進度使得部分學(xué)生跟不上的現(xiàn)象；教師對設(shè)計部分內(nèi)容降低要求，比較符合獨立學(xué)院電氣自動化專業(yè)學(xué)生的實際學(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)過程再編制，應(yīng)用于教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)過程。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“自動控制原理”的教學(xué)。以電機速度控制系統(tǒng)為重點，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)生通過測試設(shè)備發(fā)現(xiàn)問題，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，也增強了他們自身理解問題和解決問題的自信心。由于對電機速度控制系統(tǒng)的分析對控制系統(tǒng)三個指標——穩(wěn)定性、快速性和準確性完全覆蓋，使學(xué)生對控制系統(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“自動控制原理”課程對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，畫根軌跡作用是什么等等。對學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力加強，能夠縮短適應(yīng)工作崗位的進程。

3.提高MATLAB和網(wǎng)絡(luò)的使用率

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

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

三、總結(jié)與展望

通過采用新的教學(xué)理念，緊密結(jié)合懷德獨立學(xué)院電氣自動化專業(yè)“自動控制原理”實際教學(xué)情況，實施了淡化理論知識推導(dǎo)，注重理論知識框架的掌握；減少對計算的要求，提高對應(yīng)用軟件的運用能力；降低對控制系統(tǒng)設(shè)計的學(xué)習(xí)要求，加強典型實際系統(tǒng)分析能力和對基本概念的理解。

分析當前教學(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)生面對理論知識學(xué)習(xí)沒興趣、沒信心，教師面對學(xué)生只能放慢教節(jié)奏，全面降低教學(xué)要求，課堂很少互動的被動局面。

當然，要使“自動控制原理”課程的教學(xué)效果進一步提高，還需要對教師的應(yīng)用能力進行培訓(xùn)，提供機會讓他們走出學(xué)校到企業(yè)去，了解技術(shù)應(yīng)用新動向、新需求。學(xué)生更需要走出學(xué)校，提高對本門課程在實際系統(tǒng)中重要性的認識。這些均是我們以后需要做的工作，希望電氣自動化專業(yè)的畢業(yè)生能很好地符合社會需求，更快地適應(yīng)崗位。

參考文獻：

[1]巨瑛梅，劉旭東.當代國外教學(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.自動控制原理教學(xué)中的方法論探討[J].中國教育技術(shù)裝備，2009，（12）：31-32.

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

篇3

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

作者簡介：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）

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

中圖分類號：G642     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）01-0016-03

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

一、優(yōu)化課程內(nèi)容，把握知識線索

1.重點突出

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

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

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

“線性連續(xù)系統(tǒng)的時域分析”重點是自動控制系統(tǒng)的暫態(tài)過程分析，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”重點是頻率特性的繪制，頻率特性與系統(tǒng)時域指標之間的關(guān)系，頻域指標，Nyquist判據(jù)。

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

“非線性系統(tǒng)分析”重點是非線性系統(tǒng)動態(tài)過程的特點，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)”重點是離散時間函數(shù)的數(shù)學(xué)表達式及采樣定理，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

自動控制原理課程理論性強、內(nèi)容多、涉及大量數(shù)學(xué)知識。同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中常常不清楚各個知識點之間的相互聯(lián)系，以及各個章節(jié)之間的因果關(guān)系，總感覺“不識廬山真面目”，學(xué)習(xí)起來很費力。所以在教學(xué)過程中，教師應(yīng)當理清線索。就自動控制原理本身的內(nèi)在體系而言，是按照“系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合”這個主線展開。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，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，教師在講授知識點時應(yīng)抓住這幾條線索，讓同學(xué)們先從宏觀上知道各個知識板塊章節(jié)間的因果關(guān)系，再從微觀上來具體消化每個知識點，這樣學(xué)習(xí)起來就更輕松。

二、結(jié)合工程實際，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

自動控制原理課程不僅理論性強，而且工程實踐性也強。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，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，可以結(jié)合生活當中的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)工作原理進行講解。并注意引導(dǎo)學(xué)生自己聯(lián)系生活中的事例結(jié)合控制原理的知識進行分析，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在引用工程實例的同時還應(yīng)注意結(jié)合專業(yè)學(xué)科方向，針對我校是農(nóng)業(yè)院校的特點，可以對溫室大棚的控制系統(tǒng)工作原理進行介紹。另外，還應(yīng)注意引用自動化領(lǐng)域的一些前沿技術(shù)。例如哈勃太空望遠鏡指向系統(tǒng)能在644km處將視野聚集在一枚硬幣上，望遠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)這個工程背景，讓學(xué)生對哈勃太空望遠鏡指向系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并按照設(shè)計要求進行系統(tǒng)分析。對興趣濃厚的學(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，可否進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能。通過這些示例的講解，使學(xué)生對自動控制原理實際應(yīng)用有更深刻的認識。

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)的板書式教學(xué)，教師需花費大量的時間在公式推導(dǎo)和曲線繪制上，課堂氣氛枯燥而沉悶。隨著計算機的普及，采用多媒體輔助授課方式可以在繪圖的準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)生對抽象知識的理解[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，對于一些重點難點適當?shù)妮o以板書，放慢速度。同時要注重師生之間的課堂互動，充分發(fā)揮兩種教學(xué)手段的優(yōu)點，提高教學(xué)效果。

2.加強MATLAB的應(yīng)用

MATLAB軟件功能強大，具有先進的視覺化功能，是一種完善的科學(xué)計算語言。通過MATLAB仿真教學(xué)，使學(xué)生對新知識印象深刻。特別是研究系統(tǒng)中某個參數(shù)或環(huán)節(jié)變化時對系統(tǒng)的影響，可以很直觀的通過MATLAB展現(xiàn)出來。例如若已知某系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，求當K分別取1300和5200時，試繪制系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過用MATLAB編程，可繪制出系統(tǒng)的奈奎斯特圖如下：

當K=1300，系統(tǒng)穩(wěn)定，對應(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)計及其應(yīng)用》教材，充分發(fā)揮MATLAB在自動控制原理教學(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。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，學(xué)生可以加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，擴大知識面，并提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢，在增加知識面、提高效率、因材施教等方面對課堂教學(xué)起到了很好地補充作用，有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性[5]。

四、改進實驗教學(xué)，強化動手能力

實驗教學(xué)不僅是對理論知識的驗證，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、基本科研能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

1.仿真實驗和物理實驗相結(jié)合

傳統(tǒng)的自動控制原理實驗課程為物理實驗，利用實驗箱，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，通過示波器觀察實驗結(jié)果。學(xué)生在實驗中對于所調(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，也會影響實驗結(jié)果[6]。利用MATLAB軟件的SIMULINK仿真平臺作仿真實驗，能很好解決物理實驗的不足，并加深對課程知識的理解，還可以將實驗延伸到課外進行。

2.驗證實驗和設(shè)計實驗相結(jié)合

傳統(tǒng)的實驗一般都是驗證實驗，教師給出實驗?zāi)繕撕鸵?，學(xué)生根據(jù)實驗步驟來進行實驗，這類實驗對于知識點的學(xué)習(xí)和理解是有必要的，但是按部就班的實驗過程不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，在課程設(shè)計的形式上可開展一些設(shè)計性的實驗。教師給出設(shè)計題目，學(xué)生進行方案的設(shè)計、選擇、實施，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

3.課堂實驗和開放實驗相結(jié)合

課堂實驗的時間是有限的，應(yīng)充分利用課外時間展開開放性實驗。開放性實驗應(yīng)結(jié)合工程應(yīng)用背景和教師的科研項目，以鍛煉學(xué)生的科研能力。

五、結(jié)語

自動控制原理作為理論與實踐并重的一門課程，教學(xué)過程中有相當難度。本文結(jié)合自動控制原理的教學(xué)實踐，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、強化動手能力”的思想，闡述了在教學(xué)過程中教師應(yīng)注意的一些問題?？傊虒W(xué)改革是一個長期的過程，要在教學(xué)中不斷總結(jié)和改進，以適應(yīng)時代的發(fā)展。

參考文獻：

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

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

[3]李中琴,張燁.自動控制原理課程教學(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.自動控制理論教學(xué)漫談[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,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:G42文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)15-0177-01

1自動控制原理課程考試改革的目的和意義

自動控制原理作為自動化及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,是一門理論性很強的課程。同時,該門課所研究的領(lǐng)域也是學(xué)生從未接觸過的知識。為了使得學(xué)生能夠在學(xué)好理論的同時將其運用到實際中,激發(fā)興趣,強調(diào)過程考核,并且提高考試成績和及格率,突出教學(xué)重點,對這門課實施考試改革以配合教學(xué)改革[1]。通過考試改革可以帶動教學(xué)改革進程,構(gòu)建融會貫通、緊密配合、有機聯(lián)系的課程體系。

2自動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)能力和實踐能力,同時檢查教學(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,將其成績記錄到期末總成績的平時成績中。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,偏重工程實際應(yīng)用。針對這樣的內(nèi)容特點,安排兩次大作業(yè),讓學(xué)生對一個生產(chǎn)生活中的實例從時域分析和頻域分析方法入手分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程。針對這樣的能力考核,在平時教學(xué)中,從基本概念、基本分析方法入手,結(jié)合生產(chǎn)和生活中的實例,以時域分析方法為主線,時域分析和頻域分析并進,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)方法和手段的改進措施。實踐環(huán)節(jié)中改變以往由教師命題的一貫做法,在學(xué)期末,安排一次綜合性實驗,題目學(xué)生可自選,也可從教師提供的試題庫中抽題,所選題目需具有一定的綜合性,采取自愿參加考試的方式。該部分的成績由五個等級構(gòu)成,即不及格不加分,及格、中、良好、優(yōu)秀會分別在在期末總成績中加相應(yīng)的分數(shù),建立一個具體的評價指標體系。這樣的考核方式可以給一部分在及格線邊緣的學(xué)生一次到達及格線的機會,給一部分要提高成績績點的學(xué)生一次提高總成績的機會,給一部分爭取獎學(xué)金的學(xué)生一次到達優(yōu)秀成績的機會,給分布在每一個分數(shù)段的學(xué)生一次積極改進的機會,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情,同時能夠有效的提高及格率。

2.3 知識點的考核。筆試考試由全閉卷改為半開卷:改變原有的純粹的理論考試,把筆試試卷分成兩部分:試卷一,基本理論知識的考核,閉卷,占試卷成績的50%;試卷二,綜合能力運用的考核,開卷,可以帶查閱過的相關(guān)資料占試卷成績的50%?；纠碚撝R的考核包括:①基本知識模塊;②數(shù)學(xué)模型的建立與求解模塊;③線性連續(xù)系統(tǒng)的時域分析模塊;④線性連續(xù)系統(tǒng)的頻域分析與設(shè)計。

3 考試改革的進程安排

3.1 進行自動控制原理課程考試改革的調(diào)研。

3.2 制定出自動控制原理課程綜合應(yīng)用能力考核的評價指標體系。

3.3 編制自動控制原理課程綜合性實驗試題庫。

3.4 在2007級自動控制原理期末考試中進行考試改革方案的試驗。

3.5 進行課程考試改革方案實施的初步總結(jié),寫出課程考試改革方案實施的初步總結(jié)報告。

3.6 修改課程綜合應(yīng)用能力考核的評價標準。

3.7 修改自動控制原理課程綜合性實驗試題庫。

3.8 撰寫自動控制原理課程考試改革的探索的論文。

3.9 在2008級自動控制原理教學(xué)中實施課程考試改革方案。

3.10 進行自動控制原理課程考試改革方案實施的總結(jié),寫出課程考試改革方案實施的總結(jié)報告。

3.11 寫出自動控制原理課程考試改革方案的結(jié)題報告。

4自動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)的主動性得到增強,通過設(shè)置選做實驗,學(xué)生學(xué)習(xí)會更加主動,鼓勵學(xué)生提高綜合知識運用能力,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,大量查閱資料后會超出教師布置的題目范圍,大部分學(xué)生會對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,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)計撰寫畢業(yè)論文打好基礎(chǔ)。

4.4 學(xué)生獨立分析問題的能力將得到提高。通過采取半開卷的模式,學(xué)生不但需要掌握基本理論,還要學(xué)會更好的利用基本理論解決實際問題,強調(diào)提高學(xué)生的分析,設(shè)計能力,及尋求一題多解的發(fā)散性思維,強調(diào)工程應(yīng)用背景,立意考查靈活運用所學(xué)知識解決實際問題和創(chuàng)新思維的能力,改善了以往學(xué)生認為“學(xué)了也沒有用”的想法。

4.5 制定出課程考核能力與技能的評價指標體系。

4.6 撰寫課程考試改革實施效果的調(diào)研報告。

4.7 撰寫教改論文:自動控制原理課程考試改革的探索。

4.8 提交自動控制原理課程考試改革的結(jié)題報告。

參考文獻:

篇5

關(guān)鍵詞：自動控制原理 課程改革 MATLAB

1前言

自動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，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)時少、課堂信息量大，使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容難以及時進行有效地消化，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[1]另一方面實踐性綜合性比較強。自動控制原理內(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，而是解決工程實際問題能力的培養(yǎng)。如何在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生熟練掌握控制理論的基礎(chǔ)知識，加強創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，是課程建設(shè)過程中的關(guān)鍵。因此，結(jié)合教學(xué)中存在的問題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式等方面提出了幾點建議。

2理論課改革

2.1教學(xué)方法改革

對于這門難度很高的課程，教學(xué)時應(yīng)注重概念，弱化計算。只有掌握了基本的概念，有了充分的感性認識，學(xué)生才有進一步自我深化的可能。而同時感性認識獲得的方法莫過于實際的例子。例如：在第一章基本概念中講解自動控制系統(tǒng)的定義和組成的時候，首先需讓同學(xué)們明白系統(tǒng)的控制過程，因此我分別舉了一個人工水位控制系統(tǒng)和自動水位控制系統(tǒng)來對比講解。由于比較貼近生活，同學(xué)們對于這個人工系統(tǒng)的自動運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象，被控量，給定值，反饋元件，執(zhí)行機構(gòu)等概念。

2.2教學(xué)內(nèi)容的改革

自動控制原理課程是理論性較強、概念深的課程，學(xué)生普遍反映難學(xué)。我們將自動控制原理內(nèi)容系統(tǒng)化、模塊化、最優(yōu)化，以解決課時少、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)代控制理論四個模塊；按其研究的基本問題，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)計三個基本問題；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論述深度原則?；诂F(xiàn)代計算機輔助分析設(shè)計技術(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，提高授課效果。

2.3強化啟發(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)，畫大量的曲線，因此課堂教學(xué)往往是索然無味的公式推導(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)手段和生動活潑的教學(xué)方式，使課堂教學(xué)圖文并茂、生動活潑，發(fā)揮和調(diào)動學(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，通過布置思考題和預(yù)習(xí)的形式，要求學(xué)生課前充分準備，由學(xué)生上臺講述有關(guān)內(nèi)容，既考察了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性和理解能力，又鍛煉了學(xué)生的表述能力，同時，還加深了對知識的理解和記憶。為了避免教師在講臺上唱獨角戲，學(xué)生被動接受知識的局面的出現(xiàn)，應(yīng)采用了討論課的形式，進行教學(xué)互動，使課堂教學(xué)生動活潑。為了在教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，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，更注重在知識的傳授過程中來引導(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)生在獲取書本知識的同時，其思維能力也有很大的提高。教學(xué)過程中掌握好教學(xué)節(jié)奏，合理的留取學(xué)生思考的時間，就能真正的實現(xiàn)教與學(xué)的互動，充分激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.4注重對學(xué)生進行系統(tǒng)化、工程化概念的強化

例如有意識地在教學(xué)別加強加深有關(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電、熱力、液力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)過程和結(jié)果，使學(xué)生能更多更分地了解到一些控制問題的實際工程背景。

2.5改革考核方式

為了使得學(xué)生能夠在學(xué)好理論的同時將其運用到實際中，激發(fā)興趣，強調(diào)過程考核，并且提高考試成績和及格率，突出教學(xué)重點，對這門課實施考試改革以配合教學(xué)改革[2]。通過考試改革可以帶動教學(xué)改革進程，構(gòu)建融會貫通、緊密配合、有機聯(lián)系的課程體系。為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實踐能力，同時檢查教學(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，將其成績記錄到期末總成績的平時成績中。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，偏重工程實際應(yīng)用。針對這樣的內(nèi)容特點，安排兩次大作業(yè)，讓學(xué)生對一個生產(chǎn)生活中的實例從時域分析和頻域分析方法入手分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程。大作業(yè)成績也記錄到期末總成績的平時成績中。最后卷面成績折合成60%，平時成績占40%。

3實驗課教學(xué)改革

3.1將MATLAB應(yīng)用于虛擬實驗中

《自動控制原理》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)。各高校對該課程實驗設(shè)置與投入都給予了高度重視。但是，其硬件實驗存在著實驗設(shè)備易損、實驗結(jié)果不穩(wěn)定等問題，如何讓學(xué)生直觀、便捷地了解《自動控制原理》的基礎(chǔ)知識，準確、方便地從實驗結(jié)果中進行推理是實驗教學(xué)改革的一個重要問題。虛擬實驗是現(xiàn)代實驗教學(xué)的發(fā)展模式，它有效地補充和完善了傳統(tǒng)實驗，緩解了實驗設(shè)備不足和滯后等問題。近年來MATLAB在《自動控制原理》虛擬實驗中得到了廣泛的應(yīng)用。MATLAB包含了進行控制系統(tǒng)分析與設(shè)計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)，并可以進行極點配置控制器設(shè)計和最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計等多項操作。現(xiàn)以連續(xù)系統(tǒng)中的時域分析法、頻域分析法及根軌跡分析法為例介紹。

基于MATLAB開發(fā)的虛擬實驗仿真系統(tǒng)，具有方便、直觀、便捷、不易損壞、操作簡單等優(yōu)點。根據(jù)實驗要求，利用MATLAB軟件建立的虛擬實驗仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了人機交互，通過對相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，成功地對控制系統(tǒng)進行仿真，便于學(xué)生對知識的理解，也為學(xué)生學(xué)習(xí)和實驗帶來便利，使學(xué)生能夠更為深刻地理解自動控制的基礎(chǔ)理論，達到很好的實驗效果。這種虛擬實驗系統(tǒng)有效地發(fā)揮了現(xiàn)有各種信息化教育資源的優(yōu)勢，優(yōu)化了資源配置，便于實現(xiàn)教育資源的廣泛共享。

3.2設(shè)立開放實驗室

采用設(shè)立開放實驗室，使學(xué)生在掌握基本實驗的基礎(chǔ)上，充分利用已有的實驗設(shè)備，增強動手能力。目前開放實驗室內(nèi)容還在繼續(xù)完善中，已有包括多種電機控制、單容水箱模型、液位綜合實驗、機器手模型、簡單飛行器控制模型等實際系統(tǒng)的模型。學(xué)生們可以利用這些模型來檢驗和鞏固自己課堂中所學(xué)的系統(tǒng)分析以及系統(tǒng)設(shè)計的方法。

4、結(jié)束語

在自動控制原理課程建設(shè)過程中，這些建議極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)自動控制原理的主動性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。雖然取得了比較好的教學(xué)效果，但仍需在今后的教學(xué)中作進一步的探索與改進。

參考文獻：

篇6

關(guān)鍵詞：項目驅(qū)動教學(xué)；自動控制理論；工程實踐能力

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

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

中圖分類號：G624.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）28-0090-02

“自動控制原理”是自動化學(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，計算繁雜，與工程實際聯(lián)系緊密，是學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的重要基礎(chǔ)。長期以來，該課程采用“課堂講授+驗證性實驗”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)用控制理論解決實際問題。因此，探索項目驅(qū)動教學(xué)在該課程教學(xué)方法中的應(yīng)用，對提高學(xué)生應(yīng)用控制理論知識解決實際問題的能力和工程實踐能力具有現(xiàn)實意義。

一、項目驅(qū)動教學(xué)法

項目教學(xué)是圍繞項目而開展的教學(xué)活動，將學(xué)生解決問題的能力和社會責(zé)任感的培養(yǎng)融入項目過程中，讓學(xué)生積極地學(xué)習(xí)，自主地進行知識的建構(gòu)。將所有需要學(xué)習(xí)和掌握的專業(yè)知識都圍繞項目這個核心展開，并與這個核心融合在一起，形成一個有機整體。項目過程分為學(xué)生組建團隊、教師引導(dǎo)、小組協(xié)作和公開答辯四個部分。組建團隊按照企業(yè)研發(fā)項目的模式，按照項目的內(nèi)容和成員的特長進行分工，明確每個成員的職責(zé)和任務(wù)，通過項目小組團隊的學(xué)習(xí)，在團隊合作的環(huán)境下，使學(xué)生的自學(xué)能力、個人能力、人際交往能力、知識運用能力及開發(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)生遇到困難時給與指導(dǎo)，給學(xué)生提出問題，驅(qū)動學(xué)生去探究，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。團隊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，看到問題的解決途徑，共同完成項目。最后按照項目完成的情況，編制文檔，公開答辯，講解項目的實現(xiàn)過程，展示設(shè)計方案和創(chuàng)新之處，接受大家的質(zhì)疑，總結(jié)和提高。

二、“自動控制原理”的教學(xué)目標

“自動控制原理”課程要求培養(yǎng)學(xué)生建立起專業(yè)知識與理論的框架，使學(xué)生具備建立控制工程項目的模型分析、建模的能力，具備綜合分析和設(shè)計自動控制系統(tǒng)的基本能力，具備使用計算機輔助分析和設(shè)計自動控制系統(tǒng)的能力，構(gòu)建項目驅(qū)動的能力，進行實物工程設(shè)計實踐的能力和創(chuàng)新能力，并為運動控制、過程控制的能力培養(yǎng)提供理論支撐。

“自動控制原理”課程不僅理論性強而且實踐性也很強，將項目驅(qū)動教學(xué)法引入到“自動控制原理”課程，將過去以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念改變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務(wù)為主的互動式教學(xué)，有利于實現(xiàn)教學(xué)目標。

三、“自動控制原理”項目驅(qū)動教學(xué)實踐

1.項目的選擇

項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，提高學(xué)生對具體系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的能力、分析系統(tǒng)的能力和設(shè)計控制系統(tǒng)的能力，同時提高文檔編寫能力和組織協(xié)調(diào)能力來選擇合適的項目。讓學(xué)生從解決實際工程問題出發(fā)來進行專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生對實際工程問題的興趣，掌握該門課程的知識和研究手段、方法，引導(dǎo)他們探索并掌握解決問題的途徑和方法，培養(yǎng)學(xué)生項目的組織和管理能力以及溝通能力和團隊意識。項目的大小和難度要適中。

筆者在教學(xué)實踐中選擇電爐溫度控制系統(tǒng)為項目，因為溫度是一個非常重要的過程變量，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、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。因此該項目具有廣泛的應(yīng)用前景，而且體現(xiàn)了自動控制理論的教學(xué)目標，學(xué)生自己能動手實現(xiàn)，提高了學(xué)生的工程實踐能力和綜合素質(zhì)。

2.項目要求

這部分由老師提出。老師綜合學(xué)生所學(xué)理論和實踐知識，以及學(xué)生的理解能力來提出項目要求。設(shè)計一個爐溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為電爐，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)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。系統(tǒng)設(shè)計具體要求：溫度設(shè)定范圍為20℃～70℃；環(huán)境溫度降低時溫度控制的靜態(tài)誤差≤0.5℃；采用適當?shù)目刂品椒?，當設(shè)定溫度突變（由40℃提高到60℃）時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量；用十進制數(shù)碼管顯示水的實際溫度；在設(shè)定溫度發(fā)生突變時，溫度能達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)，對系統(tǒng)的分析方法和總體設(shè)計步驟不是很清楚，這個部分由老師引導(dǎo)學(xué)生對系統(tǒng)進行分析，中間包括對系統(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.組建團隊，收集資料和學(xué)習(xí)，做出決策

教師將一個班級劃分為多個項目小組，實行組長負責(zé)制。項目小組的同學(xué)討論項目的實現(xiàn)方法，根據(jù)老師的分析，結(jié)合自己的理解來畫出系統(tǒng)的硬件設(shè)計總體框圖。在這個過程中學(xué)生可以通過查找文獻、上網(wǎng)搜索等不同的方式來搜集資料，老師進行講解，向同學(xué)提出各種各樣的問題來了解學(xué)生對知識的掌握程度，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，選擇各個小組認為合適的硬件結(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?？刂品桨钢锌刂破鞯倪x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、作用和設(shè)計方法，根據(jù)項目的需求選擇合適的控制器?？刂破髦械膮?shù)確定是一個重要的問題，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

在確定系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)后，設(shè)計系統(tǒng)的軟件和硬件部分。每個項目小組按照項目的內(nèi)容和成員的特長進行分工，明確每個成員的職責(zé)和任務(wù)。硬件電路的設(shè)計主要有主機系統(tǒng)的設(shè)計、鍵盤和顯示電路設(shè)計、測溫電路設(shè)計、電爐控制電路設(shè)計、電源設(shè)計、A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)幾個部分的特點及要求，結(jié)合學(xué)生對系統(tǒng)的理解程度，proteus環(huán)境下畫出相應(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、溫度控制、定時、溫度顯示等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)可以由不同的學(xué)生獨立編程完成。碰到問題時，老師可以講解或者學(xué)生自己查資料來解決。各環(huán)節(jié)程序完成后，再設(shè)計系統(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)試分為以下階段進行調(diào)試：邏輯錯誤調(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)問題小組成員協(xié)調(diào)交流共同解決。

8.系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試

聯(lián)機調(diào)試即軟件結(jié)合硬件的整體調(diào)試，在調(diào)試過程中，不僅要檢查硬件的問題，還要檢查軟件問題。在檢查硬件沒有問題后，然后結(jié)合硬件修改軟件程序，逐步檢查問題，直到調(diào)試出結(jié)果。這個過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，對電爐系統(tǒng)施加不同的控制信號，得到電爐溫度的輸出信號，從而對電爐進行建立數(shù)學(xué)模型。根據(jù)得到的數(shù)學(xué)模型，通過MATLAB 仿真軟件進行仿真實驗，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，在線對系統(tǒng)進行控制。通過觀察數(shù)碼管顯示的爐溫結(jié)果，確定控制的效果是否達到要求。如果沒有達到，或者性能指標不好，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)計完成以后，各小組要討論系統(tǒng)設(shè)計過程中出現(xiàn)的各種問題，并討論通過這次的項目掌握比較好的知識點有哪些，還有哪些方面沒有掌握好，師生共同總結(jié)知識點和技能點。最后學(xué)生提交報告和作品，進行成果展示，進行公開答辯，接受大家的質(zhì)疑和教師的評價。最后，在總結(jié)的基礎(chǔ)上，對設(shè)計成果進行改進與完善。

四、結(jié)束語

項目驅(qū)動教學(xué)應(yīng)用在“自動控制原理”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，促進了學(xué)生學(xué)習(xí)動力的形成和學(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，實現(xiàn)學(xué)生知識到技能的遷移，實現(xiàn)教與學(xué)、理論與實踐的緊密結(jié)合，使學(xué)生掌握自動控制的專業(yè)知識，具備建立控制工程項目的能力，培養(yǎng)學(xué)生的個人能力與團體協(xié)作能力，尤其是項目組織、設(shè)計、開發(fā)和實施能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、工程實踐能力和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，學(xué)生的綜合能力得到了提高。

參考文獻：

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

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）20-0035-03

一、引言

《自動控制原理》是一門既抽象又具有很強實踐性的課程，但是實際上在工業(yè)界可以看到諸多從事控制的工程師并非出于自動控制科班出身，即使有自動控制原理基礎(chǔ)的工程師他們也幾乎很少用到經(jīng)典控制理論。這一方面是因為PID控制毋需系統(tǒng)模型就可以獲得較好的控制品質(zhì)，另一方面是因為《自動控制原理》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)上進行系統(tǒng)辨識）[1，2]。許多碩士研究生在給出一個傳遞函數(shù)的情況下可以進行各種控制算法（如模糊、神經(jīng)、預(yù)測等諸多高級控制技術(shù)），但一涉及到如何針對真實系統(tǒng)進行控制器設(shè)計，他們就會放棄各種算法轉(zhuǎn)而求助于PID，甚至有些還只會開環(huán)控制。這迫使控制理論教學(xué)需要被經(jīng)一步創(chuàng)新。

當前控制理論的研究新成果層出不窮，工業(yè)先進控制技術(shù)，如自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、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)界對控制理論的應(yīng)用且一直滯后不前。原因可能有以下三點。

1.過去由于受限于模擬電路去實現(xiàn)控制規(guī)律，因此控制算法不宜過于復(fù)雜，這導(dǎo)致諸多復(fù)雜但優(yōu)秀的控制算法因難以實現(xiàn)而只能成為理論家們的欣賞品。這種固有的觀點一直被放大，但如今數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展迅猛，一些DSP處理器的單次浮點運算已經(jīng)快于0.01微妙，許多高級控制算法的實現(xiàn)基本上不存在物理瓶頸。

2.自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程通常對設(shè)計團隊有許多要求，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、控制器設(shè)計仿真、控制器軟硬件實現(xiàn)。經(jīng)典《自動控制原理》課程只包含整個過程的20%不到的知識點和工作量，而且往往整個過程需要一個團隊而不是個體，這在很多中小型企業(yè)中是難以做到的。如果回顧當前軟硬件技術(shù)的發(fā)展，這些原本需要團隊完成的工作完全可以讓個人勝任。目前先進的控制軟件包（Matlab中的控制工具箱）、硬件平臺以及相關(guān)代碼自動生成技術(shù)（如dSPACE，MotorTron，ETAS，XPC-Target），已經(jīng)越來越多在汽車工業(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)容和工程實踐存在一定的差距。

要克服上述三點必須從自動控制的基礎(chǔ)教學(xué)抓起，在現(xiàn)存的《自動控制原理》教材中引入合理的新章節(jié)或新實驗使得學(xué)生在控制器設(shè)計的所有環(huán)節(jié)得到相關(guān)訓(xùn)練，從而能夠讓他們在以后的工程實踐中借助于相關(guān)控制器設(shè)計方法而獲得較好的系統(tǒng)控制品質(zhì)，而不是憑借“萬能的PID”進行包羅萬象的控制器設(shè)計，或依然停留在開環(huán)控制階段

二、《自動控制原理》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踐。但是目前《自動控制原理》過多強調(diào)系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合，對系統(tǒng)辨識和控制器設(shè)計過程缺少相關(guān)知識點的介紹。為此本文針對一般控制對象，從知識點上對控制器設(shè)計過程的教學(xué)進行了探討。由于控制器綜合的基礎(chǔ)是控制對象模型，因此系統(tǒng)模型的獲取是十分重要的，但同時很多時候系統(tǒng)模型是難以通過機理的方式建立，即使建立也會有很多參數(shù)待辨識；另一方面，工業(yè)過程大多較為復(fù)雜，機理難以分析，因此機理建模往往被束之高閣。通過輸入―輸出信息進行系統(tǒng)辨識是一種相對普適的方法，它毋需過多的機理分析，也不需要深厚建模功底，而且又能描述大多數(shù)系統(tǒng)過程。實際系統(tǒng)總是非線性的，如何用一個線性模型去逼近實際系統(tǒng)是一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，很多教材從理論上解釋了如何對微分方程線性化[1，2]。缺少從輸入-輸出的角度去描述非線性系統(tǒng)線性化，其實這更具有工程實踐意義，同時也是容易被接受的。下面就從平衡點線性化和M序列系統(tǒng)辨識兩方面來解釋模型線性化和模型獲取，同時給出了實際系統(tǒng)的控制器拓撲結(jié)構(gòu)。這樣就可以讓學(xué)生對模型獲取和控制器設(shè)計以及實現(xiàn)過程有了一個整體了解。

（一）平衡點線性化

實際系統(tǒng)都是非線性系統(tǒng)，而且工作點也并非處在零點這個位置，這里不妨設(shè)實際系統(tǒng)為非時變且可以被描述為：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。

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關(guān)鍵詞： 《自動控制原理》 系統(tǒng)仿真 MATLAB 實驗實踐 教學(xué)質(zhì)量

一、引言

《自動控制原理》是高等學(xué)校信息類專業(yè)的一門主干課程，同時也是一門理論性與實踐性結(jié)合很強的專業(yè)課程。但由于課程內(nèi)容抽象，計算性強，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《自動控制原理》課程有機結(jié)合，把MATLAB/Simulink引入傳統(tǒng)教學(xué)方法中，實現(xiàn)《自動控制原理》課堂教學(xué)的圖形化和交互化，這樣不僅可以簡化課堂授課的解題過程，而且可以充分利用計算機強大的表現(xiàn)能力，把抽象的問題具體化，便于加深學(xué)生對抽象理論知識的理解和接受，有利于學(xué)生深入掌握該課程的實質(zhì)。

另外，實驗環(huán)節(jié)是《自動控制原理》課程不可缺少的一部分。傳統(tǒng)的《自動控制原理》實驗一般僅采用自控實驗箱，在實驗箱面板上實現(xiàn)相應(yīng)典型環(huán)節(jié)的連接，再通過示波器觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。這種單純依賴自控實驗箱的實驗方式雖然可以一定程度地鍛煉學(xué)生的動手能力，但觀察效果差，操作復(fù)雜，學(xué)生只能被動接受實驗，實驗設(shè)備高度集成化，可擴展和創(chuàng)新性差，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性的培養(yǎng)。因此，結(jié)合MATLAB仿真軟件，克服傳統(tǒng)《自動控制原理》模擬實驗的局限性，擴展開發(fā)自控實驗箱的可視化功能，利用MATLAB仿真技術(shù)促進《自動控制原理》實驗教學(xué)改革是筆者要實現(xiàn)的研究目標之一。

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

1.將課堂教學(xué)與MATLAB仿真工具相結(jié)合，利用MATLAB形象、生動的演示功能推進演示性課堂教學(xué)的實施，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、更準確地理解自動控制原理課程理論中的基本概念。

2.利用MATLAB仿真軟件改進《自動控制原理》課程實驗內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生以MATLAB軟件為仿真工具，用計算機解決《自動控制原理》課程中的相關(guān)知識點問題。實驗過程中通過MATLAB語言編制交互性能良好的程序，加深學(xué)生對抽象理論知識的理解，增強學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

3.借助MATLAB仿真軟件完成創(chuàng)新性實驗，讓學(xué)生直觀地進入實驗的本質(zhì)階段，體味自動控制仿真的樂趣和創(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《自動控制原理》課程教學(xué)研究的關(guān)鍵技術(shù)點

1.應(yīng)用MATLAB進行模型處理。

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

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，搭建一級直線倒立擺自動控制系統(tǒng)，并通過仿真實驗分析研究系統(tǒng)特性。

四、利用MATLAB仿真改進《自動控制原理》課程解決問題舉例

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，它是指開環(huán)系統(tǒng)中某個參數(shù)從零變化到無窮時，閉環(huán)極點在復(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，如果是手動求解特征方程，然后逐個畫出參數(shù)對應(yīng)某一個值時的閉環(huán)極點，再把這些點連成線構(gòu)成根軌跡，計算量很大，計算過程也很復(fù)雜。即使能夠繪制出系統(tǒng)的根軌跡，也只是個概略圖。如果稍有差錯，就會影響到學(xué)生對系統(tǒng)性能的判斷，甚至產(chǎn)生誤判。因此在授課過程中，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確的根軌跡圖。

MATLAB控制系統(tǒng)仿真軟件是一個對控制系統(tǒng)進行建模、分析和仿真的軟件，具有較強的繪圖能力，所以可以很好地解決這個問題。使用MATLAB軟件提供的rlocus函數(shù)，就可以輕松繪制開環(huán)傳遞函數(shù)中某個參數(shù)在變化時的準確的根軌跡，這樣將避免由于手工繪制根軌跡所帶來的一些問題。另外，通過調(diào)用rlocfind函數(shù)，還能夠輕松獲取根軌跡上某一點所對應(yīng)的閉環(huán)極點和開環(huán)增益，極大地減少計算工作量。

例如：繪制開環(huán)傳遞函數(shù)為G（s）=■的負反饋系統(tǒng)當K從0∞變化時的根軌跡，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為0、-1、-2，終點3個∞，根軌跡條數(shù)為3條。如果鼠標在根軌跡上任選一點，都可以讀出該點對應(yīng)的閉環(huán)極點P和增益K，以及根軌跡的分離點和相應(yīng)的根軌跡增益kg。當K從0∞變化，兩條根軌跡隨著K的增大越過虛軸向右伸展，也就是說系統(tǒng)有一對閉環(huán)極點的實部是由負數(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

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

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關(guān)鍵詞： 自動控制原理 教學(xué)改革與實踐 MATLAB

一、引言

自動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，通過對控制理論知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)分析、設(shè)計的基本方法，初步掌握系統(tǒng)實驗技能，學(xué)會運用MATLAB進行輔助分析設(shè)計的方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和進一步深造打下必要的理論基礎(chǔ)，該課程對學(xué)生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。自動控制原理是一門集理論性、實踐性、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，師生互動較少；基本概念、基本原理闡述多，理論與實踐脫節(jié)，學(xué)生難以理解。為了促進教學(xué)質(zhì)量的提高，對該課程進行教學(xué)改革是十分必要的。

二、自動控制原理教學(xué)中的幾點體會

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

自動控制原理是一門理論性和綜合性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識和較強的計算能力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程相對困難。再加上課程在教學(xué)過程中，內(nèi)容多學(xué)時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其沖必須完成的。應(yīng)對理論性過強和目前工程實際中較少使用的內(nèi)容進行適當?shù)恼{(diào)整和刪減，做到精選課程內(nèi)容，突出重點。本課程的重點是線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、性能分析與綜合校正。課程的難點是性能分析與綜合校正。在教學(xué)過程中，應(yīng)當突出重點和化解難點，在教學(xué)過程中以建模、分析和綜合為貫穿全課程的主線，進而展開教學(xué)，使學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。

針對理論性較強的內(nèi)容，在教學(xué)過程中淡化推導(dǎo)，淡化具體的計算過程，強化定性分析和認識。以具體工程實例為出發(fā)點，通過恰當?shù)呐e例，把抽象問題具體化，便于學(xué)生對抽象概念的理解，讓學(xué)生不再認為是在學(xué)習(xí)一門純理論的課程，而是一門工程實踐課程，消除對課程的恐懼感，增加學(xué)習(xí)的興趣。比如控制理論中反饋是一個非常重要的概念，在講到開環(huán)和閉環(huán)時，可以用生活中實例來說明，一臺真正的全自動洗衣機如果能檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源的功能，它就是一個閉環(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

自動控制原理課程理論性強，內(nèi)容抽象，并且計算內(nèi)容非常多，在分析的過程中還大量使用圖表，如果用傳統(tǒng)的板書式教學(xué)，會花費大量的時間在公式推導(dǎo)和曲線繪制上。而多媒體教學(xué)可以在繪圖的準確性和快速性方面有較大提高，還有助于學(xué)生對抽象知識的理解。在教學(xué)中以多媒體教學(xué)為主，對于一些重點難點適當?shù)妮o以板書，同時加強課堂互動，提高教學(xué)效果。

自動控制原理是來源于控制實踐的理論課程，在學(xué)習(xí)系統(tǒng)分析和綜合校正的過程中，計算量很大，分析過程繁瑣，學(xué)生理解起來比較困難。MATLAB軟件功能強大，具有先進的視覺化功能，是一種強大的科學(xué)計算語言。特別是研究系統(tǒng)中某個參數(shù)或環(huán)節(jié)變化時對系統(tǒng)的影響，可以很直觀的通過MATLAB展現(xiàn)出來。例如，已知一偵察車速度控制系統(tǒng)的開環(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時系統(tǒng)的各方面性能較好。

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

3.重視實驗實訓(xùn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力

實驗教學(xué)不僅是對理論知識的驗證，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新精神和能力的重要途徑。傳統(tǒng)的實驗課程主要是利用實驗箱做一些驗證性實驗，實驗結(jié)果受各方面影響很大，不利于學(xué)生理解和認識。利用MATLAB軟件的SIMULINK仿真平臺作仿真實驗，能很好解決物理實驗的不足，加深對課程知識的理解，還可以將實驗延伸到課外進行。學(xué)生根據(jù)個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，獨立完成系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)搭建和調(diào)試，記錄原始數(shù)據(jù)和圖形，寫出實驗報告。不僅調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，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)生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。對于鞏固和應(yīng)用所學(xué)知識，提高實踐能力，把理論和實踐很好的結(jié)合起來有著重要的意義。

三、結(jié)束語

隨著自動化技術(shù)在生產(chǎn)和生活中的廣泛而深入的應(yīng)用，自動控制原理作為一門具有“方法論”特點的課程也越發(fā)得到重視。實踐表明，通過以上對自動控制理論課程的從教學(xué)內(nèi)容、方法及形式、教材建設(shè)、實踐教學(xué)等方面進行的全方位、多層次的改革探索和實踐，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)生的實際應(yīng)用能力，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻：

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

篇10

【關(guān)鍵詞】MATLAB語言；GUI；虛擬實驗平臺

1. 研究意義

本文以典型線性實驗系統(tǒng)為研究對象，基于 MATLAB 設(shè)計出實時控制統(tǒng)一的實驗平臺。該實驗平臺依托MATLAB數(shù)值計算以及數(shù)字仿真功能，可以完成控制系統(tǒng)模型分析、綜合設(shè)計、仿真研究和在線分析的整個過程，實現(xiàn)驗證性、開放性、設(shè)計性等不同層次實驗的要求，為設(shè)計開發(fā)實驗平臺打下基礎(chǔ)。GUI的設(shè)計是基于MATLAB的GUIDE開發(fā)環(huán)境，利用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，達到使實驗者可以通過簡單的鼠標拖放以及參數(shù)的修改完成仿真實驗。以二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)輸入為例，有效驗證虛擬實驗平臺的運行效果。通過實驗設(shè)計可靠的控制策略并根據(jù)實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)修改控制參數(shù)等來控制試驗系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2. 二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)簡介

分析二階系統(tǒng)的動態(tài)特性對于研究自動控制系統(tǒng)的動態(tài)特性有重要意義。因為在實際工作中，在一定條件下，忽略一些次要因素，常?？梢园岩粋€高階系統(tǒng)降為二級系統(tǒng)來處理，仍不失其運動過程的基本性質(zhì)。二階系統(tǒng)的實驗電路如圖1所示。

圖1二階系統(tǒng)的實驗電路

已知典型的單位反饋系統(tǒng)來分析二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及其動態(tài)指標。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情況來分析二階系統(tǒng)的動態(tài)特性。

2.1過阻尼的情況。

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)，并且均在是實軸上。動態(tài)響應(yīng)曲線由穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量組成。暫態(tài)分量又包含兩項衰減指數(shù)項，一項衰減指數(shù)項為-P1=-（ε-ε2-1） Wn ，另一項為-P2=-（ε+ε2-1） 。當ε1 時，后一項的衰減指數(shù)比前一項的衰減指數(shù)衰減得快，因此后一項暫態(tài)分量只是在響應(yīng)的前期對系統(tǒng)有所影響，而在后期影響甚小?？梢钥闯鲞@種情況下系統(tǒng)是為無震蕩無超調(diào)的單調(diào)遞增的暫態(tài)響應(yīng)，如圖2所示。由實驗的階躍響應(yīng)圖可以得出在過阻尼情況下，動態(tài)特性為單調(diào)變化曲線，沒有超調(diào)和振蕩，但調(diào)節(jié)時間較長，系統(tǒng)反應(yīng)遲緩。2.2欠阻尼的情況。

當 0

2.3臨界阻尼的情況。

當 ε=1時為臨界阻尼，這種情況是無超調(diào)，這時的二階系統(tǒng)的動態(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無阻尼的情況。

（1）當ε=0 時為無阻尼的情況，這時系統(tǒng)為無衰減的震蕩，其震蕩角頻率為 Wn，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)曲線如圖5所示。

圖5無阻尼的階躍響應(yīng)

（2）綜上所述可以看出，在不同的阻尼比時二階系統(tǒng)的動態(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ε0 時，系統(tǒng)不能正常工作，而在 ε1時，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)進行的又太慢。所以對于二階系統(tǒng)來說，欠阻尼情況（ 0

3. 線性系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究

（1）一個系統(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)受到瞬時擾動的作用，使被控量xc（t） 偏離了原始的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生偏差Δxc ，當瞬時擾動消失后， Δxc 逐漸衰減，經(jīng)過足夠長的時間，Δxc 趨近于零，系統(tǒng)恢復(fù)到原來的平衡狀態(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信號無關(guān)，它取決于瞬時擾動消失后的暫態(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（系統(tǒng)的特征根）在s平面的分布：如果所有極點都分布在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；如果有共軛極點分布在虛軸上，則系統(tǒng)的暫態(tài)分量做簡諧震蕩，系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)；如果有閉環(huán)極點分布在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）全部為實數(shù)或具有負實部的共軛復(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，系統(tǒng)的極點均位于s左半平面，系統(tǒng)的動態(tài)過程呈現(xiàn)指數(shù)衰減或衰減振蕩，系統(tǒng)是穩(wěn)定的；ε0 時，系統(tǒng)的極點位于虛軸或s右半平面，系統(tǒng)的動態(tài)過程呈現(xiàn)等幅振蕩或發(fā)散振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

4. GUI簡介

（1）圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡稱為GUI）是用戶與計算機進行信息交流的窗口，它的設(shè)計是虛擬實驗仿真平臺的主要工作之一。用戶可以通過某種方式來選擇或者激活用戶界面上菜單、對話框以及控件等圖形對象，來運行一些特定的M文件。

（2）利用MATLAB7.0版中的圖形用戶界面設(shè)計向?qū)Ь庉嬈鱃UIDE進行可視化編程，即可完成軟件界面的創(chuàng)建。在圖形的設(shè)計過程中，GUIDE提供了下面一些工具：菜單編輯器、對象瀏覽器、屬性編輯器、控件布置編輯器、網(wǎng)格標尺設(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)驗結(jié)合起來，可以方便地創(chuàng)建友好的圖形用戶界面。各級界面主要利用向?qū)Ь庉嬈鱃UIDE中提供的控件（如按鈕、文本框等）來設(shè)計友好的交互式界面。使用Property Inspector修改控件屬性，如背景色、前景色、字體及大小、位置、標志、類型等，控件不同屬性也不相同。借助GUI設(shè)計面板提供的控件布置編輯器/Align Objects0，可以很容易的對所選對象進行水平、垂直和間隔排列布置。

（3）通過圖形界面中的控件的操作來完成圖形界面的功能，這些操作是通過函數(shù)代碼的執(zhí)行來完成的。函數(shù)代碼的編制可以通過編寫回調(diào)函數(shù)實現(xiàn)，在編寫時可以把該控件的函數(shù)代碼直接書寫在/Callback0屬性中，也可以把函數(shù)代碼放在一個自定義的M文件中，而在/Callback0中只寫上其文件名。當操作該控件時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行/Callback0中所要求執(zhí)行的內(nèi)容，完成相應(yīng)的功能。

圖6虛擬實驗平臺的四個模塊

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