自动控制原理
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自动控制原理范文第1篇
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0191-02
“自动控制原理”是自动化及电气信息类专业的重要基础课程，也是学生学习“现代控制理论”、“过程控制系统”、“运动控制系统”等后续课程的基础，是工业过程控制与优化设计的重要理论依据。[1]实验教学是“自动控制原理”课程教学的重要组成部分，实验教学不但可以加深对自动控制原理理论知识的理解和巩固，更重要的是可以建立理论和工程实际之间的联系，加强工科学生素质和创新能力的培养。随着计算机技术的迅猛发展和应用，自动控制技术在制造业、交通、航空航天等众多产业部门都起着越来越重要的作用。
一、“自控原理”实验现状
随着自动控制原理教学实验系统的不断改进发展，本校在教学过程中主要采用了各种自动控制原理实验箱，这些实验箱基本采用模块式结构，可以根据实验教学需要构造出各种型式和阶次的模拟环节以及简单的控制环节，很大程度上解决了自动控制原理实验的基础教学设施问题。这些实验设置主要是为了验证课程中的基础理论和基础知识。对学生而言，采用这种集成式的自控实验箱做实验，只是按照实验指导书的要求及步骤，逐项进行实验和操作，进行线路连接和相关仪器连接、观察现象、读取数据、记录与审查数据，并观察结论是否正确，完成实验内容，但是缺乏针对于实验原理的分析以及对实验过程和实验结果的分析。这种实验教学方式在很大程度上限制了学生的思维，限制了学生学习能动性的发挥，不能很好的将所学的理论知识与实际的控制系统相联系，达不到实验大纲要求的对学生动手能力尤其是分析问题解决问题能力的锻炼和培养，并且实验过程流于形式，失去了实验本身的意义，不利于工科学生工程实践能力的培养。[2]
二、实验教学改革的重要性
“自动控制原理”课程不但有独立的理论和方法，而且有相当强的实践性和应用性，是自动化类专业的重要专业基础课程。目前一些经典的控制方法仍然广泛应用于工业控制的各个领域。由于“自动控制原理”课程理论比较严谨，含有大量的数学公式推导，内容比较抽象，如果在学习过程中不辅以合适的实验，在学习过程中难以将理论上所描述的系统和实际的自动控制系统联系起来，造成理论与实际工程脱节，导致学生缺乏学习这门课程的主动性和积极性，不但影响了后续专业课程的学习，而且不利于学生工程实践意识的培养。[3]
“自动控制原理”实验教学是理论教学的延伸和补充，搞好实验教学是整个自动控制原理教学过程的重要环节，课程的实验内容的设置、授课方式、讲授效果的好坏直接影响着学生的学习效果，以及学生对专业知识的整体掌握。因此需要对“自动控制原理”的实验教学进行探讨和研究，提高学生专业课的学习效果，进一步提高专业素养。
为了激发学生学习“自动控制原理”课程的积极性和热情，同时为了提高学生的分析问题的能力以及将控制理论应用于实际工程系统的能力，迫切需要改进自动控制原理课程的实验内容、实验教学方式、教学手段等。同时，在实验改革的实施过程中，教师需要进一步提高实验教学水平，为自动控制原理课程的教学建设的以及其它控制课程的可持续发展打下坚实的基础。
三、实验教学改革探索
近年来，控制理论得到了蓬勃发展，特别在非线性控制、分布参数控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等方向上取得了重要进展，但先进的控制理论在实际生产中的应用却受到限制。为了能够处理好理论与实践之间的关系，在“自动控制原理”实验教学过程中需要及时将所学理论知识及时与实验内容以及工程实践相结合，培养学生将理论应用到实际工程领域的能力，同时将新技术新理论及时介绍给学生，保持课程内容的先进性的同时，引导学生开阔眼界，从整体高度把握专业发展方向。在如下方面对“自动控制原理”的实验教学进行了探讨：
1.实验进度安排
根据实验大纲要求，对实验进度进行合理设计，以提高学生学习兴趣和能动性为目的，进而达到学生动手能力的培养。首先可以设置简单工程实例作为演示实验内容，让学生直观的对理论与实际系统相结合有全面的认识；其次根据学生的学习进度，逐步设置不同级别的实验项目，使学生对基本实验仪器、设备单元的用途和使用方法有足够的了解和掌握后，再要求学生做到能够独立分析和排除实验用仪器、设备单元的常见故障，能够利用现有实验装置和仪器、仪表正确获取、处理实验数据；最后要求学生按照实验项目的要求和指标，自行拟定实验提纲，自行设计组织实验，自行设计实验方案，自行设计实验表格，自行决定需要测取的实验数据，自行决定实验小组人数，自行安排实验进程。在实验过程中充分锻炼学生的实践动手能力，启发学生的思维。
在讲解实验教学内容时，应该让学生理解控制系统的设计过程以及实际的控制系统设计时应该注意的问题，并且鼓励学生根据其他专业课程知识以及相应的资料和网络资源自主设计实验内容。
2.实验内容设置
实验课的目的不仅仅是为了掌握一些仪器设备的操作使用以及一些测定的技术方法，更重要的是通过实验培养学生的思维能力、创新能力、实践能力。以往对实验的重视不足直接导致实验内容陈旧，设计型、综合型实验比例偏少，忽视对实验现象的认真分析等。[4]
为了培养学生的动手能力和创新能力，可以将实验内容分为基础性实验、综合性实验和研究性实验。在课程的前期，可以根据实验进度开设基础性实验。基础性实验包括一些基础性的验证和仿真实验，如典型环节的时域、频域分析实验等，主要让学生巩固和验证所学理论知识，熟练掌握实验设备的使用和调试。在课程中期可以开设一些综合性实验。综合性实验可以结合检测技术等专业课程，设置一些基于实际系统的实验， 如水箱控制系统及温湿度检测与控制系统等，要求学生能够正确运用所学的理论知识，在实验过程中熟悉控制系统的设计和调试方法，重点培养学生将理论应用于工程实际的能力。在课程后期可以让学生组成团队，开设有一定难度的创新及研究型实验。可以结合电子技术课程和电机拖动等课程，让学生自己设计一个完整的控制系统，如倒立摆实验、机械臂控制实验等，主要培养学生的创新意识、动手分析问题解决问题以及团队协作能力。
3.学生实验引导
在实验教学过程中突出学生的主体地位。紧密结合本课程以及实验课程培养目标和计划，设计引导学生们学习实验过程，摆脱老师演示，学生照搬的教学模式。比如“PID控制器的特性”实验，可以鼓励学生通过调节PID参数，观察不同的比例系数、积分、微分时间常数对系统的静态及动态性能的影响，让学生主动学习PID控制器参数的调试方法。在实验过程中以学生为主体，指导学生进行实验预习，实验的每一步都由学生自己完成。适当设计实践过程中经常出现问题的一些环节，鼓励学生尝试解决实验中遇到的问题，如示波器调试、电路检查、程序测试等，培养学生发现问题、解决问题的能力。[5]
4.仿真工具应用
在实验过程中要充分利用Matlab等一些先进的仿真工具，Matlab是目前国际控制领域最流行的语言，具有强大的数值计算能力以及系统建模仿真等功能。将Matlab仿真应用到“自动控制原理”实验中，学生通过对比实际实验现象（如电路模拟）和Matlab仿真的结果，学习实际工程与理论仿真之间的区别与联系，逐步培养实际动手能力和计算机辅助分析能力。一些综合性和创新性实验可以使学生通过Matlab搭建仿真模型，设计控制系统结构，调节控制参数，来仿真验证控制系统的可行性，培养将控制理论应用到实际控制系统中的能力，进一步培养学生对实际控制系统的整体把握能力和工程意识。
5.实验报告改革
改进现有的实验报告形式。改变学生花费大量的时间抄写实验指导书撰写实验报告的现状，注重学生对实验设计、实验过程、以及实验结论的分析和理解，留给学生足够的思考和分析问题的时间和空间，对于基础的验证性实验，重点放在对实验原理的理解和对实验结果的分析方面；对于综合性实验，主要培养学生将理论知识应用到实际控制工程的能力，以及专业知识的结合能力，培养学生对专业知识的整体把握能力；对于创新型实验，要注重实验的整体设计思想，细节部分的实现方法，具体的调试步骤，培养学生的团队协作能力，增强对控制理论的认识和应用，进一步拓展专业知识应用范围，为以后的工作打下坚实的基础。
四、结论
“自动控制原理”是自动化专业以及电子电气类专业的核心课程。目前控制理论已广泛应用于工业生产、居民生活、航空航天等各个方面，还在向更纵深、更广阔的领域发展，无论在数学工具、理论基础、还是在研究方法上都产生了实质性的飞跃，在实际中的应用也越来越广泛和深入。结合目前控制理论和技术的发展现状和前景，在制定“自动控制原理”实验计划和实验内容时一定要注重理论和实践相结合，引导学生将控制理论应用到实际系统中，通过不同类型的实验，培养学生通过专业的学习将“信息、控制和系统”相结合的能力，以及对控制系统的整体把握，为走上工作岗位打下坚实的基础。
参考文献：
[1]胡寿松.自动控制原理[M].第五版.北京：科学出版社，2007
[2]王柯，周延延，等.“自动控制原理”课程实验教学改革与探索[J].中国电力教育，2013，（34）：140-149.
[3]胡皓.软硬结合的实验教学模式探讨[J].2011SEHVE： 382-385
[4]李发荣等.在实验课教学中加强学生能力培养的探索及思考[J].高等理科教育，2006，（6）：125-127.
自动控制原理范文第2篇
关键词：自动控制原理；“稳、准、快”；预期目标
一、自动控制原理在班级管理中的应用
自动控制技术在高科技发展中起着极为重要的作用，大到航天、宇宙飞船，小到工业自动化生产，都离不开自动控制技术的发展。自动控制系统具有反应速度快、控制准确、控制效果平稳的特点，班级管理如果能够当作被控系统，通过控制器和执行装置以及反馈装置（或检测监控装置）达到我们期望的目标值，使班级管理趋于平稳状态，提高学生科学文化、道德文化水平以及职业素养。一个完整的自动控制系统通常包括控制器、执行器、控制对象和反馈检测监控装置几个部分。自动控制系统是一个闭合回路，即控制装置与受控对象之间存在信息反馈环节，从而进行信息往返传递。这样，班级控制的效果随时可以检测到，通过控制器发出命令给受控对象，执行机构使受控部分的状态发生改变或者目标值随时进行调整，检测装置不断地将受控对象的状态反馈信息送回控制器部分，通过不断纠正和调整控制器对受控对象的影响，从而达到精确调节受控对象并一直维持平衡的稳定状态。控制器是整个自动系统的核心，从始至终参与整个管理过程。检测装置负责监督、检查工作是否按预定的计划、方法和标准进行，如果一旦和预期发生偏差，控制器立刻分析原因，进行纠正，发出指令，让执行器去控制受控对象以保证组织目标的实现。一是控制目的是让班级各项活动按预先设定的计划进行；二是控制是通过监督反馈信息和偏差校正来实现的。要求自控系统具有良好的信息检测装置，班级管理控制目标的实现是一个过程，控制结果与预定计划的关系是紧密联系的，预定计划为控制目标提供依据，控制执行器是预期计划实现的保证。
二、闭环控制在班级管理中的作用
班级单闭环控制管理模式，即班级管理预期目标制定后，由控制器发出命令给执行器，通过执行器最终完成管理目标。在班级管理任务完成的过程中有自我管理过程控制，有班级信息反馈，纠正调整后，控制器采取必要措施以保证班级管理控制目标的实现。1.设定班级管理的控制目标。班级管理目标设定为：班委会管理、班级卫生管理、班级纪律管理、班级出勤管理、学生成绩管理、课堂管控管理等等。目标确定后，从定性定量分析，既要考虑管理的易实施性，也要考虑管理的易考核性。2.班级学生是班级管理的执行机构。自动控制系统中，班级学生是班级管理的执行机构。最了解自己的还是学生自己本身，“看你一时不能看你一世”，学生的自我管理则是一种很有效的管理方式，管理者即是被管理者，被管理者也是管理者。老师管理班级最有效的方法是成立班级委员会，班委会作为班级管理者，班委会中产生一名班长作为控制机构，班级自动控制系统中，关键的是班委会成员要及时发现同学中的问题并及时反映，或对班级不正之风及时发现并处理。3.自我发现与班委会监督是班级的重要监测系统。当班级监测系统发现了班级中存在的问题，反馈给控制器，这时出现偏差，偏差是控制器开始工作的前提，控制器开始逐渐减小与预期目标的偏差，指导教育，并通过班级同学这个执行器去调节，使班级系统预期目标趋于稳定。班级自控管理是个复杂的系统，“偏差等于班级管理预期值减去班级管理中实际情况”。这时要设定预期的班级标准，控制器又要对照比较分析偏差，找出原因，给出办法，让执行器执行。分析原因时，注意产生偏差的大小，如果偏差结果大，那么控制器就要优化参数，调节措施要加大；若是小的偏差，控制调节器很容易达到平衡。
三、班级管理的双闭环控制
班级管理的闭环控制不是弱化甚至忽视班主任的管理作用，而是要求班主任能正确把握班级预期目标发展趋势，避免班级管理随意化、无序化，以致陷入班级自我管理的误区。因此班主任要严格要求自己，严格把控班委会，通过督促、指导，使班级管理沿着正确的预期轨道正常发展。在班级管理工作中我们以双闭环控制为例。1.班级管理中双闭环控制的目标。从宏观的角度出发，班级管理的控制目标，是要建立一个团结、有组织纪律性、积极上进的班集体。2.充分发挥班委会、班主任老师在反馈信息中的重要作用。班级管理中班委会成员是班主任老师的重要助手，并且作为班级管理中的“眼睛”起着监测反馈信息的作用。（1）优化班委会成员，组成一支强有力的队伍。一个好的班级，离不开班委的支撑，一个强有力的班委会队伍，能够准确地贯彻学校领导下达的指令，有效地组织实施，并能起到模范带头作用，能够及时地处理班级出现的不稳定因素，即很好的抗干扰作用。比如，同学中的消极情绪，同学关系的社交问题，学习上的问题，旷课打游戏问题等等。班委会干部要具有敏锐的洞察力，积极地引领并及时将信息反馈给班主任老师。（2）班级管理离不开任课老师，任课老师也是班级管理中的重要分支。任课教师与学生的接触最为直接亲密，在班级管理中充分发挥任课老师的引导带头作用，比其他方法更为直接有效。教学活动是每节课的重头戏，学生中存在的问题会不经意地从教学活动中表现出来。比如课堂纪律、学习情况、学习态度、专业技术、班级合作与团结等问题，解决了这些问题，班级管理中很多问题就迎刃而解了。所以任课教师更容易发现问题所在，在教学中适当引导，注意调节，课后及时将信息反馈给班主任老师，更好地为预期的班级管理效果服务。3.班主任老师是班级管理中的控制者。运用自控原理中的双闭环控制，班主任老师在班级管理的自控系统中，是班级管理中的领导者、监督者、调控者、策划者等。针对任课老师、班委会成员反馈的问题，从多方面去观察了解，并结合学生的实际情况，比如家庭信息、最近身体情况、学习生活状态等，分析、做出判断并调整。对于班级中大部分学生出现的问题，可以组织专业指导会，要求专家心理学学者共同讨论给出解决措施。班主任要充分支持班委会干部，发挥他们的积极主动和创造性；在班级管理的实际工作中，要指引帮助，放手让班委干部去做并从实际班级管理中总结经验教训，在班级管理中真正起到承上启下的作用。
自动控制原理范文第3篇
【关键词】《自动控制原理》；多媒体课件；教学模式
《自动控制原理》是一门理论性很强的课程，教师在教学过程中就要满足本科教育的需要，让学生通过学习这门课程，既能学会分析系统性能指标的基本方法，又能应用自动控制理论对实际控制系统进行分析和改善。因此多媒体课件作为教学辅助的手段，在开发前，必须进行必要的需求分析。
一、建立课件系统的整体框架
多媒体课件开发平台由多媒体软件工具来完成，按其功能可分为多媒体加工软件如Word、Photoshop、Free-hand、Corel Draw、Animator Pro、Flash、Cool Edit、Cakewalk等；多媒体编著软件如Authorware、Powerpoint、Dreamweaver、Visual Basic等；VCD光盘刻录软件如Video Pack4.0、Easy CD Creator、Winon
-CD3.X等。由于每个多媒体软件工具的特点以及功能各不相同，所以目前课件的制作都是根据课件开发的具体情况，如课程特点和课件规模，教学课件使用对象来选择合适的软件工具。但事实往往是单一的制作工具很难满足课件开发的全部需要，而自行开发专用的平台又费时费力，成本过高，并且在多媒体课件开发过程中，常由于对教学规律了解不够，对教学大纲把握不准，对学生接受知识的规律掌握不够全面，且又不做认真的需求分析，缺乏完备的文档资料和审查，因而开发的课件常难以满足实际教学需要，又难以维护。因此，本课题根据《自动控制原理》课程的特点，以三本院校学生为对象采取一种折中而有效的方法：采用多种平台相结合，即选取一种通用的制作工具作为多媒体课件制作的主要平台或主环境，再根据需要选另一、两种工具作为辅助平台，二者在功能上形成互补。以软件工程作为课件开发的一种工程思想，从而有效的合理组织整个课件开发过程，以提高和保证课件的质量，较好满足实际教学需要。还可大大提高开发的成功率和可靠性、可维护性，共同满足开发的要求。
二、课件局部及细节的技术实现
《自动控制原理》需要描绘大量曲线，比如伯德图，奈氏曲线，根轨迹等。所以我们开发的多媒体课件将采用Flash等工具，将曲线绘制过程制作成动画形式。绘图的每一步骤可制作一个动画，通过动画的连续播放使学生掌握绘图的动态过程。同时将会使教学过程变得轻松活泼，学生学习起来也更加容易。例如绪论我们就可以采用多媒体教学，用它来展示自动控制理论和系统的发展，自动控制技术的应用。通过演示水位自动控制系统和炉温自动控制系统的工作过程，用图像、动画、声音，使学生置于生动、形象的立体化教学环境中，从而引出自动控制原理、自动控制系统的概念，可以激发学生的学习兴趣，使他们进入学习本课程的最佳状态。
三、测试使用效果，课件系统的维护
在整个开发过程中，会对课件的各个部分进行多次调试，以确保效果，尽管如此，在整个课件合成后仍有很多问题，所以有必要进行反复调试，从而发现并修改各种不稳定因素和难以发现的错误，特别是基于多种平台制作的多媒体课件系统，通过多次调试可以避免多种平台在匹配的过程中产生的问题。测试方法可以从几个方面进行：错误测试、功能测试及效果测试。经过调试没有错误的多媒体教学系统就可以投入运行使用。在运行使用中，要定期对课件使用效果进行评价，课件评价是课件设计不可缺少的一部分，它既是课件设计的结束，也是软件设计的开始。对课件的评价主要检查它是否达到预期的教育、教学要求和技术要求。所以必须根据软件使用人员（主要是学生和教师）的意见，对软件进行升级维护，不断提高软件的质量。
四、总结
本课件开发以Authorware为主要开发平台，文本、图形、图像、动画、视频等媒体的综合使用使教学内容表现得丰富多彩、形象生动。仿真平台的创建使学习过程简单化，并且能够充分调动学生学习的积极性和创造性，从而有效地提高课程的教学质量。另外，该课件系统界面设计友好，导航措施完善，能够清晰简洁地呈现课件内容，方便地实现各知识点间的选择与跳转，既有助于教师教学，也能提供给学生一个轻松自学的平台。论文中的制作课件的方法，可使教师在教学过程中针对高职学生层次的高低，调整课件中实例的难易程度，使学生能“听得懂，会分析”，对后续课件的使用与发展有着积极的作用。
参 考 文 献
自动控制原理范文第4篇
[关键词]自动控制原理 教学改革 教学方法 实践教学
[中图分类号] TP13-4；G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0124-02
一、引言
自动控制原理是控制类及电子信息类专业的一门重要的专业基础课程[1]，在控制科学与工程学科中占有重要地位。该课程对工程技术有重要的指导作用，而且对培养学生的辩证思维能力、综合分析问题的能力以及建立理论联系实际的科学观点都具有重要的作用。本文结合自动控制原理的课程特点及教学中存在的问题，对自动控制原理课程的理论教学、实践教学和考核方式三方面进行改革的具体措施进行探讨。
二、课程特点及教学中存在的问题
自动控制原理课程有以下特点：第一，涉及面广，综合性强。控制理论的应用面广，实际的控制系统可能涉及力学、电学、光学和热学等学科的知识以及电路、电力电子、电机等技术。系统控制模型的建立不仅需要有较强的建模能力，还要求有灵活运用知识解决实际问题的能力。课程的学习要求扎实的数学功底，微积分、复变函数理论、矩阵论等知识的应用贯穿全课程。第二，内容丰富，概念抽象。课程内容主要包含经典控制理论。经典控制理论研究的主要对象是线性定常系统、单输入单输出系统的分析与设计，它以传递函数为数学模型来讨论问题，采用多个评价指标对系统的稳定性、快速性、准确性进行分析，内容较抽象，原理概念较难理解且一环套一环。第三，它是一门方法论的课程。[2]课程内容隐含从定性的物理系统转化为定量的数学分析的解决问题的途径和“利用误差消除误差”的核心控制思想，以及体现了信息论、系统论、控制论的一套方法。这种方法论思想的建立对学习该课程的同学尤为重要。
课程内容丰富，但学时有限，我院“自动控制原理”教学计划是64课时，同时开设16课时的自动控制原理实验。目前选用的教材里增加了Matlab辅助设计，因而学时少，信息量大的矛盾更显突出，不利于学生对教学内容进行有效消化，教学效果受到影响，但由于学生考研的需要，难以在课程内容上进行取舍。
课程理论性强且涉及面广，但理论与实践结合不密切。除了在数学模型的建立部分有实际系统的抽象简化外，整个内容并没有真正触及实际系统。另外课程的理论分析与实际情况存在一定的差距，自动控制原理的主要研究对象是线性系统，而任何实际系统都不可能是真正线性的。受理论框架的限制，实验课也难以把理论和实践之间的差距暴露出来[4]，学生知道理论是实践的抽象，但实际应用中碰到简化过度、实际与理论不符的情况时，难以找到办法对分析、综合结果进行修正，这就造成理论与实践的脱节。[3]
三、理论教学改革
（一）合理安排教学内容，注重内容的系统性
授课内容以系统建模、系统分析、系统设计为重点，突出系统分析和设计中公共的规律和基本方法，在保证内容系统性的前提下，淡化繁复的推导过程，强调推导思路，重点解释结论的内涵和物理意义，力求简练却不失严谨、直观易懂。系统建模是系统分析和设计的基础，系统分析准确与否又直接影响系统设计[2]，因此在每个环节的讲授过程中，不仅要讲清各个知识点的原理，还要注重知识点之间的联系和过渡。例如讲解根轨迹分析方法前先给出一个高阶系统，并采用先学的时域分析方法进行分析，当没有办法用时域法解决问题时，引出根轨迹分析方法，这不仅能让学生弄清楚这两种分析方法的区别与各自的优势，而且能引导学生思考如何利用各种方法分析问题，有助于提高学生分析问题的能力。
（二）灵活应用教学方法，提高教学质量
在教学过程中，应充分尊重学生在教学中的主体地位，采用各种教学方法激发学生的学习兴趣和积极性，加强创造能力的培养。通过对比教学方法，加深学生的印象，例如在讲频率特性时，将极坐标图和对数坐标图进行对比，找出联系与区别，使学生更好地掌握两种图的应用。通过启发式教学方法，适当地设置一些小问题，让学生带着问题去学，促进学生积极思考，不仅可以提高学生的学习兴趣，而且可以培养他们发现问题的意识，提高他们自主探索解决问题的方法的能力。比如在讲系统性能分析时，让学生考虑闭环零、极点对系统性能有何影响，可以让他们利用所学知识来分析问题，同时也是对已学知识的温习和巩固，并提高他们的综合分析、解决问题的能力。
（三）多样化的教学方式，提高教学效率
传统的采用板书和讲解结合的教学方式，学生边听边做笔记，这种方式在自动控制原理中多数方程式和传递函数的推导时应用效果不错，便于师生交流。[5]但这种方式常常让学生感到内容抽象，不知道所学理论知识在工程中的实践应用，而且在根轨迹和频率特性等图较多的章节时，采用纯板书需要花费大量时间。与传统教学方式相比，多媒体动画、语音、图形、图像直观新颖，能有效激发学生的学习兴趣，为课堂提供活力，提高课堂效率，使有意识的学习和无意识的学习相结合。此外，由于自动控制原理课程的复杂性，引入具有先进的视觉化功能、计算功能和仿真能力的Matlab软件可以方便地完成系统模型的建立、分析和设计中各种复杂的运算，实现控制系统的仿真。[5] [6]虽然后续将开设“Matlab语言与控制系统仿真”，但在自动控制原理讲授时引入Matlab仿真软件，可以轻松绘制各种曲线，且能动态演示曲线的生成，便于理解和掌握，也可以引导学生在Matlab平台上验证自己的分析结果，激发学习积极性，且可以教会学生利用这个工具进行系统的分析与设计，为后续的学习和工作做好准备。
四、实践教学的改革
为了提高实践教学质量，结合本课程的特点，在基础实验的基础上，综合课程重点和难点，增加一些综合性实验。基础实验主要加强学生对理论知识点的理解，使学生把课堂教学中的理论模型所描述的系统与实际控制系统联系起来；综合性实验以典型控制系统为实验对象，要求学生运用已有的知识分析系统结构，建立系统的数学模型，观察并记录系统的运行特性，对系统各性能指标进行全面的分析、综合。
在与理论课时匹配的16课时实验课中，主要利用自动控制原理实验箱，结合课堂教学知识展开实验，加深对概念的理解和方法的掌握，要求学生有一定的动手能力。例如在频率特性实验中，要求学生能够利用实验箱提供的模拟电路单元和信号发生器，设计并搭建好模拟电路，利用示波器观察系统的性能，完成一阶系统和二阶系统的开、闭环频率特性测量。而学生对各种控制系统的认知在后续课程中将得到更好的拓展，例如在计算机控制系统的学习中，学生可以对模拟工业现场的过程控制装置进行现场调试与控制，将学过的控制系统分析、设计和调试方法应用于实践，为毕业后的实际工作打下良好的基础。
五、考核方式的改革
由于自动控制原理课程题目计算量大，难以凭两个小时考试的结果考查学生对相关概念的理解和对控制系统分析、设计方法的掌握，我们在考核方式上进行了一些必要的改革。考核分为平时成绩和考试成绩，平时成绩占总分的30%，主要包括课堂考勤、课前预习情况、课堂参与情况及作业成绩，考试采用闭卷考试，由任课教师出题，按学校规定进行考试，重点考核系统分析、设计方法的应用和基本概念的理解，占总成绩的70%。将自动控制原理实验独立出来作为一门课程，其考核同样包括平时成绩和考试成绩，平时成绩占50%，根据实验考勤、动手能力、创新能力和实验报告综合评定。这样要取得好的成绩就需要在平时的学习过程中下功夫，仅靠考试前的突击不再可行。
六、结语
自动控制原理是自动化专业及相关专业的一门基于实践的理论基础课[3]，只有在教学过程中不断学习教育理论、积极研究教学方法、灵活运用多种教学方式，不断提升自身素质，在理论与实践结合的原则下，以培养学生解决实际问题的能力为基准，才能深化自动控制原理教学改革，进一步提高教学质量。
[ 注 释 ]
[1] 胥布工主编.自动控制原理[M].北京：电子工业出版社，2011.
[2] 郑长勇.自动控制原理课程教学改革探索与实践[J].内蒙古农业大学学报（社会科学版），2009（4）.
[3] 段纳，高庆争.自动控制原理教学中的问题及对策探讨[J].曲阜师范大学学报（自然科学版），2011（2）.
[4] 田思庆，吴桂云.“自动控制原理”课程的教学研究与实践[J].电气电子教学学报，2008（1）.
自动控制原理范文第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
自动控制原理作为高等院校工科类学生必修的基础课程，在电气、机械、热能等专业中处于非常重要的地位。自动控制原理是研究控制系统在控制过程中动、静态性能的理论工具，理论性强、综合性大，需要教师认真设置授课内容，组合多种教学方法，以达到传递课程知识点的目的。对已有控制系统性能分析、评价以及根据要求设计系统是学生掌握该课程的最终目标。本文从课程整体出发，针对教学过程中存在的弊端，提出在实践中应加以实际系统为对象，建立数学模型，分析系统性能，评价并进行必要校正，将理论基础与实际应用有效结合，以帮助学生提高其综合应用专业知识分析工程问题的能力。
1 梳理课程内容，建立知识框架
自动控制原理主要以带有负反馈装置的闭环系统为讨论对象。课程内容分为自动控制的基本概念、自控系统的数学模型、系统分析、系统设计与校正、非线性系统以及离散控制系统分析等几部分。以线性系统为研究对象，可以在时域（变量）、复数域（变量）、频域（变量）等不同的数学环境中进行分析求解。对应系统的数学模型分别为：微分方程，传递函数及频率表达式，三种数学表达式可以根据不同域中变量间的关系进行相互转化。环境不同，系统的分析方法也有所区别，有时域法、根轨迹法、频域法三种。对控制系统三个最基本的要求为稳定性、动态性能（快速性和平稳性）、准确性。三种性能相互制约、相互影响，分析并解决这类矛盾，是研究控制系统的重要内容。图1建立了线性系统的主要知识框架图。
2 教学中实际存在的问题及改革措施
2.1 实际存在的问题
通过教学实践，从学生掌握课本知识的程度以及对考核方式的分析来看，在教学过程中实际存在以下一些问题：
（1）基础知识面广、教学方式与考核方式的单一。自动控制原理涉及的学科较多，如数学、物理、电路、数模电、电机、机械等。前期基础知识掌握不牢固，后期加上本课程理论性强，内容量大，课程课时少等多方面因素，学生会觉得本课程较难学习。目前的授课方式主要以理论讲解和推导公式为主，通常忽略理论与控制系统实例的结合。课后学生机械地记定理、背公式、做习题，期末以一张试卷几道计算题定期末成绩。部分学生只需在考前一两行记忆计算题型即可以轻松通过考试，对问题的来龙去脉一概不知。这些情况都客观地反映出现有教学方式和考核方式的局限性和不合理性。
（2）理论知识与实际应用脱节。基于教学方式与考核方式的局限性，学生在学习过程中对实用性认识模糊，忽视了自动控制原理的工程意义，它需要解决的是实际工程项目问题。学生在面对某一具体问题时，从理论上不知如何运用相关知识去分析、解决问题，实践中不能将实验分析方法很好地结合到理论研究中，理论与实际应用脱节，不能培养具有综合应用能力的实干型人才，造成学无所用的现象。
2.2 教学改革的具体措施
针对实际教学中存在的问题，为了从本质上提高教学水平和质量，提高学生的积极主动性，有必要对自动控制原理授课方式和内容作出改革和创新，在牢固学生的专业基础上，应当从系统的角度改变学生的传统解题思维，培养学生的独立分析、解决问题的方法，提高学生的综合应变能力。具体措施如下：
（1）明确本课程的教学目的。教师应以系统的观点传递本课程的中心思想，要以概要性、引导性的讲解带领学生建立控制理论的概念，学会控制系统的分析方法。在教学中应当注重基本概念和基本原理的讲解，淡化其中的计算过程。借助数学工具，发现各种理论方法的关联性，触类旁通，灵活应用。
（2）改变考核方式。转变用一卷定成绩的方式来判断学生对本课程的掌握程度，把传统的考试方式改为对学生综合能力的考核。经过一个学期的学习和积累，串通各类知识点，开拓解决问题的新思路，掌握系统的分析方法，提出多个可行的解决方案。
（3）将理论知识和实际工程紧密联系。注重介绍控制学科发展的最新动态，选取控制工程中的典型实例，通过实例了解控制系统的结构、理论分析和设计技术，能更好地学习掌握自动控制的理论，具备对系统进行定性分析、定量估算和动态仿真的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。
3 “实例+原理”分析控制系统
基于本课程理论性较强，知识点覆盖面广，学生对分析控制系统的思路不明了的特点，引入一个实例用于自动控制原理的讲解过程。以实例加深理论应用，培养学生以系统的观点综合分析解决问题。以某转速控制系统为例介绍分析过程，主要包括以下四个步骤：
（1）建立转速控制系统的数学模型。根据控制系统原理图，画出系统方块图，确定输入输出量及中间变量，由于微分方程在高阶系统求解过程中的复杂性，可直接将各变量写成拉氏变换型，根据元件的工作原理和作用，求得各部分的传递函数，最后消除中间变量得出总的传递函数表达式，即为转速控制系统的数学模型。
（2）分析控制系统性能。鉴于频率特性分析法的优点及在工程中的广泛使用，本例可选取频率法分析系统。根据Nyquist稳定判据，利用Nyquist曲线在坐标图中的分布可判断该转速控制系统的稳定性，相对稳定性亦可计算相角裕度、幅值裕度得出。分析系统的动态性能，可参照半对数坐标系中Bode曲线的各分段直线，其中以穿过零分贝线的中频段尤为重要。中频段直线的斜率越小，平稳性越好；截止频率越大，快速性越高。
（3）评价系统性能好坏，确定对系统进行校正与否。常用的几种电气校正装置方式有超前、滞后以及滞后―超前校正装置，根据对控制系统性能要求，如需改善系统动态性能则选取超前校正装置；如需改善系统静态性能则选择滞后校正装置；对于在稳态和动态性能均要求很高的系统则应选取滞后―超前校正装置。
（4）对校正后的系统进行性能分析，验证校正的合理性。校验校正后系统是否满足给定指标的要求，如果校正后已全部满足性能指标的要求，则根据校正网络的参数选定合适的电气元件的数值，设计工作结束。反之，则需再次选择合理参数，重新计算，直至满足系统的指标要求。
