《自动控制原理》的课程探索与实验教学分析.doc

自动控制原理的课程探索与实验教学分析任金霞摘要：针对自动控制原理课程的特点及在教学过程中存在的问题，提出了一些解决方案，并对实验教学环节提出了自主实验设计方法，使学生更好的掌握知识，并且提高了学生的创新能力。关键词：自动控制原理；教学实践；实验教学作者简介：任金霞（1970-），女，山西孝义，江西理工大学电气工程与自动化学院，副教授，江西省赣州市 341000基金项目：本文系2009年江西省双语教学示范课程自动控制原理的研究成果1 引言自动控制原理是自动化专业及电气、测量、信息、机械等专业基础课，也是学习“现代控制理论”、“过程控制”等本科后续课程的基础，它是学习“线性系统理论”、“自适应控制”等研究生课程的基础，还是工业过程控制与优化设计的理论依据1.2。各相关高校对“自动控制原理”课程的教学相当重视。他们通过精选教育部指定教材或自编教材、精选授课教师、创建国家级或省市级或校级精品课程、制作多媒体课件等多种手段，进行了大量的教学改革和实践工作，取得了丰硕的教学研究成果3.4.5。本文根据多年来的教学经验，结合自动控制原理课程的特点，阐述在教学过的程中的矛盾和改革的必要性，并对实验教学进行了探索。2 该课程教学的特点自动控制原理有着直观实际背景。该课程在农业、工业、航空、军事等几乎所有的领域都要广泛地应用。学生们没有这方面的感性认识，也没有机会应用于实践中，这影响了学生的兴趣。自动控制原理课程内容涉及很多课程领域包括数学、电子、电机、物理、机械等，还包括实际中系统控制的各种问题。它要由扎实的工程数学、高等数学、电路、电机与拖动、大学物理等基础课知识，还要求要有强大的计算能力，需要数学建模并且灵活得运用于实际问题的解决，需要微积分、复变函数论、矩阵论等知识的灵活运用。课程内容多，涉及的专业知识面广，信息量大。但学时数却有限，也因为教学时间长，都是讲解基础性的理论，因此让很多学生误以为是一门应用类的数学课，使学生产生厌学、畏难的心理。自动控制原理课程需要绘制很多种图形包括工程控制流程图、根轨迹图、极坐标图、输出响应图、对坐标图等。对教学来说会有一定的耗时。随着科技的发展，国内国外学术的紧密联系开展双语教学研究也势在必行，创造条件进行双语教学，使学生能学到国外先进的内容和体系。3教学改革的一些尝试3.1优化梳理教学内容，建立知识框架对于自动化专业的学生而言，自动控制原理总学时80个左右，还有10个左右的实验，所给的学时和教学内容很紧张所以要优化教学内容。根据大纲和专业的需要选择重点内容。据广大学生反应，其它的一些专业基础课程的内容于此课程的大纲内容有重复，所以在优化课程时可以考虑这些内容为自学内容，略讲或不讲。例如对电气信息类专业的学生，他们的另一门课程信号与系统就有重复的内容，可以将其简单讲解。对于各种数学变换和推导过程省略，在理解概念的基础之上。重点讲解动态响应分析和稳定性分析等。对于离散的系统可归计算机控制技术课程中详细讲解。3.2理论联系实际，提高动手能力在教学过程中，要把理论教学与实践结合起来。在一些一般的基本概念和基本方法的讲解过程中要引入现实的例子。并对实例讲解来强化基本概念，加深学生对概念和方法的认识和理解。例如在对于自动控制概念的解释可从人工控制的特点出发，可以用水池水位系统这样简单作为实例，用图形描述结构。MTTLAB以矩阵运算为基础程序语言，是专给科学工程的计算和图形绘制的。自动控制原理的计算、图形绘制、系统分析设计等都可以用MATLAB仿真，而且它于其它的语言相比更简洁更智能化。自动控制原理课程的所有内容几乎都可以用MATLAB实现。因此把MATLAB穿插到教学过程中去，学生通过简单的操作可以实现复杂的功能，从中得到愉悦感，这将提深学生学习兴趣。例如教材中的例题“求取模型的根轨迹”，教材要用很长的篇幅来分析，学生因此也会失去兴趣。如果应用MATLAB用简单的代码就可实现。“”可以绘制出如下图1图1绘制图中可以清晰的看到两个极点“-9、0”和一个零点“-2”，且展示了极点“-9”指向零点以及极点“0”指向无穷远处，还可以增加代码如“rlocfind(num,den)；”就可以选择轨迹上任意点，显示其增益。这能激发学生兴趣，是学生再深入的研究，培养了他们的创造性。所以在教学中先用MATLAB对内容进行预演，这能增强教学效果。4 根据教学内容，改革实验教学目前自动控制原理的试验教学中都以验证性试验为主，由于实验教学课时占总课时非常少，而自动控制原理课程内容多，基本都需要通过实验使学生对理论知识从抽象到具体。所以实验时间和内容的形式力不从心。所以提出了主动设计实验内容。运用MALTAB强大功能，让学生自己设计实验，自己先清楚实验目的、内容等。这个既可以培养学生学习兴趣，又可以激发学生的创新能力。例如“根轨迹”的绘制和系统稳定性判断学生开始理解比较难。我们可以以下实验例子来解决此类问题。实验名称：根轨迹绘制实验目的：掌握根轨迹绘制方法并跟进根轨迹分析稳定性实验内容：利用MATLAB绘制根轨迹，计算根轨迹函数。分析开环增益K从零到无穷时，闭环极点的变化。已知单位负反馈的开环传递函数为：，运用MALTAB绘制得到如下轨迹图2图2 根轨迹图有图2可知，系统的分离点为-0.472，它对应的开环增益K为1.13，于虚轴的交点为正负2.21i。根据观察和时域分析：系统在时，系统处于过阻尼状态；系统在时，系统处于临界阻尼状态；时，系统处于欠阻尼状态；时，系统处于不稳定状态；学生可以根据K的变化了解系统的全过程，这刺激了学生的学习兴趣。自动控制原理课程还要努力探索，对于教学内容和教学方法还要不断提出新问题,不懈的努力去提高教学质量。参考文献1 Richard C D, Robert H B. Modern Control System (10th Edition)M. 北京: 科学出版社, 2007.2 田作华, 陈学中, 翁正新. 工程控制基础 M. 北京: 清华大学出版社, 2007.3李曼珍“.自动控制原理”教学的几点体会 EB/OL. (2008-11-28)2009-10-12 .http: //01/ReadNews.asp? New-sID=1063.4 石红瑞. 电气信息类专业自动控制原理教学探讨 J. 纺织教育, 2005, (1): 53-54