獨(dú)立學(xué)院“自動控制系統(tǒng)”實驗室的建設(shè)與規(guī)劃

聞凱　董敏

摘要：獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才，必須大力加強(qiáng)實驗室建設(shè)。以“自動控制系統(tǒng)”實驗室為例，介紹實驗室建設(shè)過程中的總體思路和具體規(guī)劃，學(xué)生通過實驗操作來提高自身的實踐創(chuàng)新力和社會競爭力。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 自動控制系統(tǒng) 實驗室建設(shè)

21世紀(jì)的大學(xué)教育發(fā)生了深刻的變革，最顯著的特征是實踐應(yīng)用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會企業(yè)的人才工廠，承擔(dān)為社會企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的重任。教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評估指標(biāo)體系》中有一條重要政策：“獨(dú)立學(xué)院根據(jù)自身條件和發(fā)展?jié)摿?，適應(yīng)地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，確立教學(xué)型大學(xué)的類型定位和培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位”，把學(xué)生實踐能力的提高作為辦學(xué)定位提出。由此，全國三百所獨(dú)立學(xué)院都在著力培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、工程實踐能力較強(qiáng)的專業(yè)型人才，與之配套的專業(yè)實驗室建設(shè)，是突顯獨(dú)立學(xué)院自身特色、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)綜合實力和競爭力的基本環(huán)節(jié)和重要途徑。

一、實驗室建設(shè)的總體思路

作為在實踐中發(fā)展的自動化學(xué)科，如何構(gòu)建一個完善的自動化實踐平臺，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。其中，“自動控制系統(tǒng)”作為自動化專業(yè)學(xué)生的必修課程，課程特點(diǎn)是：綜合應(yīng)用性廣泛，理論知識面豐富，與實踐環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。在學(xué)生了解控制原理的基礎(chǔ)之上，接觸控制系統(tǒng)集成的概念，實現(xiàn)硬件和軟件的綜合、元件與系統(tǒng)的綜合，真正進(jìn)入“應(yīng)用與實踐”相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，設(shè)置實驗教學(xué)和課程設(shè)計，通過建立“自動控制系統(tǒng)”實驗室，提高學(xué)生的實踐動手能力，有利于學(xué)生理解和掌握該課程的知識點(diǎn)，從而對自動化學(xué)科甚至是專業(yè)產(chǎn)生系統(tǒng)性的認(rèn)知。

基于以上出發(fā)點(diǎn)，自動控制系統(tǒng)實驗室的建設(shè)必須具備如下要求，以實現(xiàn)建設(shè)功能最全面、技術(shù)最先進(jìn)的示范自動化實驗中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎(chǔ)實驗教學(xué)，又可以作為學(xué)生和教師的創(chuàng)新研究平臺和技能測試平臺。

2.在一個實驗室實現(xiàn)多平臺要求，為實踐教育提供認(rèn)知控制理論，實踐自動化技術(shù)的基本實驗平臺；為創(chuàng)新實踐提供可組合的設(shè)計性實踐平臺；為教師科研提供體現(xiàn)當(dāng)前自動化與計算機(jī)技術(shù)最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。

3.系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡(luò)化特征，整個實驗室系統(tǒng)建立在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之上，體現(xiàn)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并為實驗室網(wǎng)絡(luò)信息化管理提供基礎(chǔ)。

4.控制系統(tǒng)實現(xiàn)多樣化，包括智能儀表、直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)等，必須把工業(yè)企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)納入到實驗室系統(tǒng)中來。

5.實驗室方案采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)實驗室設(shè)備的可組合性、開放性、可發(fā)展性。

6.要有完善的實驗軟環(huán)境，即在實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗指導(dǎo)書、實驗多媒體系統(tǒng)要完善。

二、實驗室建設(shè)的具體規(guī)劃

遵循“自動控制系統(tǒng)”實驗室建設(shè)的基本要求，實驗平臺的選型主要以離散運(yùn)動控制系統(tǒng)和工業(yè)過程控制系統(tǒng)為主。運(yùn)動控制包括倒立擺控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、球桿控制系統(tǒng)、數(shù)字隨動控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是自動控制學(xué)習(xí)中的經(jīng)典實驗教學(xué)設(shè)備，是典型的開環(huán)、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的許多特性都是控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，需要學(xué)生獨(dú)立自主地來完成控制器分析和設(shè)計，其對于控制理論學(xué)科來講，都是非常適于基礎(chǔ)實驗和開發(fā)研究的教學(xué)平臺。

而工業(yè)過程控制系統(tǒng)可以對溫度、壓力、流量、液位等過程參數(shù)應(yīng)用多種控制策略進(jìn)行控制，不僅是“自動控制系統(tǒng)”課程實驗教學(xué)的基本內(nèi)容，同時也可滿足“過程控制”“控制儀表”“自動檢測技術(shù)與傳感器”“計算機(jī)控制系統(tǒng)”等其他自動化專業(yè)課程的實驗開發(fā)與設(shè)計，內(nèi)容包括對象特性研究、位置控制，手動控制，程序控制，PID控制，串級控制，前饋控制，滯后補(bǔ)償控制，解耦控制等經(jīng)典控制。為降低實驗成本和提高設(shè)備利用率，選用小型過程控制系統(tǒng)，為學(xué)院教師和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動提供一個研究平臺，進(jìn)行控制理論實踐，滿足認(rèn)知教學(xué)的需要。以小型過程控制系統(tǒng)為例，闡述學(xué)生完成實驗實踐操作的過程。

圖1 小型過程控制系統(tǒng)工藝流程圖

該系統(tǒng)提供兩路動力支流（如圖1所示），可以滿足兩個學(xué)生同時進(jìn)行壓力，流量和液位測試實驗，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門JV13和JV23提供泄漏干擾?？刂葡到y(tǒng)通過并口連接到計算機(jī)上，所有調(diào)速器和渦輪流量計變送器進(jìn)行封裝。三容水箱對整體系統(tǒng)提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統(tǒng)。

如進(jìn)行流量液位串級控制，第一支路：水介質(zhì)由泵P101從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門JV11進(jìn)入水箱V1，通過閥門JV31回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT101測得，液位由LT101獲得。用閥門JV31的開啟程度來模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T101為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調(diào)節(jié)來完成。第二支路：水介質(zhì)由泵P102從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門JV22進(jìn)入水箱V3，通過閥門JV33回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT102測得，液位由LT103獲得。用閥門JV33的開啟程度來模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T102為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調(diào)節(jié)來完成，如圖2所示。

圖2 小型過程控制系統(tǒng)實物

學(xué)生在實驗室面對具體的過程控制系統(tǒng)，不僅能將理論課上所學(xué)的基本原理和基本方法通過實驗進(jìn)行驗證，加深了對理論知識的理解和掌握，同時也加強(qiáng)了自身的動手操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，在“學(xué)”與“用”的交替過程中，能動性地提出自己的問題和見解，通過進(jìn)一步探究以達(dá)到專業(yè)知識的活學(xué)活用。

三、實驗室建設(shè)的應(yīng)用成效

“自動控制系統(tǒng)”實驗室現(xiàn)有12套教學(xué)設(shè)備，不僅僅能夠完成課內(nèi)實驗教學(xué)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，也能夠作為教師和學(xué)生的創(chuàng)新平臺，積極拓展課外訓(xùn)練，提高師生的科研能力，如指導(dǎo)學(xué)生完成省級、院級創(chuàng)新項目，帶領(lǐng)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，都獲得了優(yōu)異成績?！白詣涌刂葡到y(tǒng)”實驗室努力建成開放性實驗室，不僅自動化專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)學(xué)生只要有興趣、有能力，都能進(jìn)入實驗室完成自己的創(chuàng)新設(shè)計，真正做到學(xué)以致用，打造成獨(dú)立學(xué)院的“創(chuàng)新夢工廠”。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅正祥.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)實踐與體會[J].實驗技術(shù)與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強(qiáng)實驗室建設(shè)是獨(dú)立學(xué)院發(fā)展的必由之路[J].實驗室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)的探索與實踐[J].中國電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強(qiáng).淺談獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)與管理[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛(wèi)紅，潘惠.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實驗室構(gòu)建[J].中國校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國兵.自動控制專業(yè)實驗室建設(shè)的構(gòu)思[J].實驗室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事自動控制系統(tǒng)、智能控制研究。

（責(zé)編 田彩霞）

摘要：獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才，必須大力加強(qiáng)實驗室建設(shè)。以“自動控制系統(tǒng)”實驗室為例，介紹實驗室建設(shè)過程中的總體思路和具體規(guī)劃，學(xué)生通過實驗操作來提高自身的實踐創(chuàng)新力和社會競爭力。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 自動控制系統(tǒng) 實驗室建設(shè)

21世紀(jì)的大學(xué)教育發(fā)生了深刻的變革，最顯著的特征是實踐應(yīng)用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會企業(yè)的人才工廠，承擔(dān)為社會企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的重任。教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評估指標(biāo)體系》中有一條重要政策：“獨(dú)立學(xué)院根據(jù)自身條件和發(fā)展?jié)摿?，適應(yīng)地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，確立教學(xué)型大學(xué)的類型定位和培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位”，把學(xué)生實踐能力的提高作為辦學(xué)定位提出。由此，全國三百所獨(dú)立學(xué)院都在著力培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、工程實踐能力較強(qiáng)的專業(yè)型人才，與之配套的專業(yè)實驗室建設(shè)，是突顯獨(dú)立學(xué)院自身特色、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)綜合實力和競爭力的基本環(huán)節(jié)和重要途徑。

一、實驗室建設(shè)的總體思路

作為在實踐中發(fā)展的自動化學(xué)科，如何構(gòu)建一個完善的自動化實踐平臺，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。其中，“自動控制系統(tǒng)”作為自動化專業(yè)學(xué)生的必修課程，課程特點(diǎn)是：綜合應(yīng)用性廣泛，理論知識面豐富，與實踐環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。在學(xué)生了解控制原理的基礎(chǔ)之上，接觸控制系統(tǒng)集成的概念，實現(xiàn)硬件和軟件的綜合、元件與系統(tǒng)的綜合，真正進(jìn)入“應(yīng)用與實踐”相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，設(shè)置實驗教學(xué)和課程設(shè)計，通過建立“自動控制系統(tǒng)”實驗室，提高學(xué)生的實踐動手能力，有利于學(xué)生理解和掌握該課程的知識點(diǎn)，從而對自動化學(xué)科甚至是專業(yè)產(chǎn)生系統(tǒng)性的認(rèn)知。

基于以上出發(fā)點(diǎn)，自動控制系統(tǒng)實驗室的建設(shè)必須具備如下要求，以實現(xiàn)建設(shè)功能最全面、技術(shù)最先進(jìn)的示范自動化實驗中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎(chǔ)實驗教學(xué)，又可以作為學(xué)生和教師的創(chuàng)新研究平臺和技能測試平臺。

2.在一個實驗室實現(xiàn)多平臺要求，為實踐教育提供認(rèn)知控制理論，實踐自動化技術(shù)的基本實驗平臺；為創(chuàng)新實踐提供可組合的設(shè)計性實踐平臺；為教師科研提供體現(xiàn)當(dāng)前自動化與計算機(jī)技術(shù)最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。

3.系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡(luò)化特征，整個實驗室系統(tǒng)建立在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之上，體現(xiàn)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并為實驗室網(wǎng)絡(luò)信息化管理提供基礎(chǔ)。

4.控制系統(tǒng)實現(xiàn)多樣化，包括智能儀表、直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)等，必須把工業(yè)企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)納入到實驗室系統(tǒng)中來。

5.實驗室方案采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)實驗室設(shè)備的可組合性、開放性、可發(fā)展性。

6.要有完善的實驗軟環(huán)境，即在實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗指導(dǎo)書、實驗多媒體系統(tǒng)要完善。

二、實驗室建設(shè)的具體規(guī)劃

遵循“自動控制系統(tǒng)”實驗室建設(shè)的基本要求，實驗平臺的選型主要以離散運(yùn)動控制系統(tǒng)和工業(yè)過程控制系統(tǒng)為主。運(yùn)動控制包括倒立擺控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、球桿控制系統(tǒng)、數(shù)字隨動控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是自動控制學(xué)習(xí)中的經(jīng)典實驗教學(xué)設(shè)備，是典型的開環(huán)、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的許多特性都是控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，需要學(xué)生獨(dú)立自主地來完成控制器分析和設(shè)計，其對于控制理論學(xué)科來講，都是非常適于基礎(chǔ)實驗和開發(fā)研究的教學(xué)平臺。

而工業(yè)過程控制系統(tǒng)可以對溫度、壓力、流量、液位等過程參數(shù)應(yīng)用多種控制策略進(jìn)行控制，不僅是“自動控制系統(tǒng)”課程實驗教學(xué)的基本內(nèi)容，同時也可滿足“過程控制”“控制儀表”“自動檢測技術(shù)與傳感器”“計算機(jī)控制系統(tǒng)”等其他自動化專業(yè)課程的實驗開發(fā)與設(shè)計，內(nèi)容包括對象特性研究、位置控制，手動控制，程序控制，PID控制，串級控制，前饋控制，滯后補(bǔ)償控制，解耦控制等經(jīng)典控制。為降低實驗成本和提高設(shè)備利用率，選用小型過程控制系統(tǒng)，為學(xué)院教師和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動提供一個研究平臺，進(jìn)行控制理論實踐，滿足認(rèn)知教學(xué)的需要。以小型過程控制系統(tǒng)為例，闡述學(xué)生完成實驗實踐操作的過程。

圖1 小型過程控制系統(tǒng)工藝流程圖

該系統(tǒng)提供兩路動力支流（如圖1所示），可以滿足兩個學(xué)生同時進(jìn)行壓力，流量和液位測試實驗，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門JV13和JV23提供泄漏干擾。控制系統(tǒng)通過并口連接到計算機(jī)上，所有調(diào)速器和渦輪流量計變送器進(jìn)行封裝。三容水箱對整體系統(tǒng)提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統(tǒng)。

如進(jìn)行流量液位串級控制，第一支路：水介質(zhì)由泵P101從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門JV11進(jìn)入水箱V1，通過閥門JV31回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT101測得，液位由LT101獲得。用閥門JV31的開啟程度來模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T101為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調(diào)節(jié)來完成。第二支路：水介質(zhì)由泵P102從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門JV22進(jìn)入水箱V3，通過閥門JV33回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT102測得，液位由LT103獲得。用閥門JV33的開啟程度來模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T102為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調(diào)節(jié)來完成，如圖2所示。

圖2 小型過程控制系統(tǒng)實物

學(xué)生在實驗室面對具體的過程控制系統(tǒng)，不僅能將理論課上所學(xué)的基本原理和基本方法通過實驗進(jìn)行驗證，加深了對理論知識的理解和掌握，同時也加強(qiáng)了自身的動手操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，在“學(xué)”與“用”的交替過程中，能動性地提出自己的問題和見解，通過進(jìn)一步探究以達(dá)到專業(yè)知識的活學(xué)活用。

三、實驗室建設(shè)的應(yīng)用成效

“自動控制系統(tǒng)”實驗室現(xiàn)有12套教學(xué)設(shè)備，不僅僅能夠完成課內(nèi)實驗教學(xué)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，也能夠作為教師和學(xué)生的創(chuàng)新平臺，積極拓展課外訓(xùn)練，提高師生的科研能力，如指導(dǎo)學(xué)生完成省級、院級創(chuàng)新項目，帶領(lǐng)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，都獲得了優(yōu)異成績。“自動控制系統(tǒng)”實驗室努力建成開放性實驗室，不僅自動化專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)學(xué)生只要有興趣、有能力，都能進(jìn)入實驗室完成自己的創(chuàng)新設(shè)計，真正做到學(xué)以致用，打造成獨(dú)立學(xué)院的“創(chuàng)新夢工廠”。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅正祥.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)實踐與體會[J].實驗技術(shù)與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強(qiáng)實驗室建設(shè)是獨(dú)立學(xué)院發(fā)展的必由之路[J].實驗室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)的探索與實踐[J].中國電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強(qiáng).淺談獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)與管理[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛(wèi)紅，潘惠.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實驗室構(gòu)建[J].中國校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國兵.自動控制專業(yè)實驗室建設(shè)的構(gòu)思[J].實驗室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事自動控制系統(tǒng)、智能控制研究。

（責(zé)編 田彩霞）

摘要：獨(dú)立學(xué)院為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才，必須大力加強(qiáng)實驗室建設(shè)。以“自動控制系統(tǒng)”實驗室為例，介紹實驗室建設(shè)過程中的總體思路和具體規(guī)劃，學(xué)生通過實驗操作來提高自身的實踐創(chuàng)新力和社會競爭力。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院 自動控制系統(tǒng) 實驗室建設(shè)

21世紀(jì)的大學(xué)教育發(fā)生了深刻的變革，最顯著的特征是實踐應(yīng)用教育被提高到前所未有的高度，這是一種正確的回歸。高校作為面向社會企業(yè)的人才工廠，承擔(dān)為社會企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才的重任。教育部發(fā)布的《普通高等學(xué)校獨(dú)立學(xué)院教育工作合格評估指標(biāo)體系》中有一條重要政策：“獨(dú)立學(xué)院根據(jù)自身條件和發(fā)展?jié)摿?，適應(yīng)地方、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展需要，確立教學(xué)型大學(xué)的類型定位和培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)定位”，把學(xué)生實踐能力的提高作為辦學(xué)定位提出。由此，全國三百所獨(dú)立學(xué)院都在著力培養(yǎng)基礎(chǔ)知識扎實、工程實踐能力較強(qiáng)的專業(yè)型人才，與之配套的專業(yè)實驗室建設(shè)，是突顯獨(dú)立學(xué)院自身特色、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、增強(qiáng)綜合實力和競爭力的基本環(huán)節(jié)和重要途徑。

一、實驗室建設(shè)的總體思路

作為在實踐中發(fā)展的自動化學(xué)科，如何構(gòu)建一個完善的自動化實踐平臺，是學(xué)科建設(shè)的重中之重。其中，“自動控制系統(tǒng)”作為自動化專業(yè)學(xué)生的必修課程，課程特點(diǎn)是：綜合應(yīng)用性廣泛，理論知識面豐富，與實踐環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密。在學(xué)生了解控制原理的基礎(chǔ)之上，接觸控制系統(tǒng)集成的概念，實現(xiàn)硬件和軟件的綜合、元件與系統(tǒng)的綜合，真正進(jìn)入“應(yīng)用與實踐”相結(jié)合的學(xué)習(xí)模式。在理論教學(xué)的基礎(chǔ)之上，設(shè)置實驗教學(xué)和課程設(shè)計，通過建立“自動控制系統(tǒng)”實驗室，提高學(xué)生的實踐動手能力，有利于學(xué)生理解和掌握該課程的知識點(diǎn)，從而對自動化學(xué)科甚至是專業(yè)產(chǎn)生系統(tǒng)性的認(rèn)知。

基于以上出發(fā)點(diǎn)，自動控制系統(tǒng)實驗室的建設(shè)必須具備如下要求，以實現(xiàn)建設(shè)功能最全面、技術(shù)最先進(jìn)的示范自動化實驗中心的目的。

1.既滿足基本的本科基礎(chǔ)實驗教學(xué)，又可以作為學(xué)生和教師的創(chuàng)新研究平臺和技能測試平臺。

2.在一個實驗室實現(xiàn)多平臺要求，為實踐教育提供認(rèn)知控制理論，實踐自動化技術(shù)的基本實驗平臺；為創(chuàng)新實踐提供可組合的設(shè)計性實踐平臺；為教師科研提供體現(xiàn)當(dāng)前自動化與計算機(jī)技術(shù)最新發(fā)展的軟硬件環(huán)境。

3.系統(tǒng)方案考慮網(wǎng)絡(luò)化特征，整個實驗室系統(tǒng)建立在以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之上，體現(xiàn)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，并為實驗室網(wǎng)絡(luò)信息化管理提供基礎(chǔ)。

4.控制系統(tǒng)實現(xiàn)多樣化，包括智能儀表、直接數(shù)字控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)等，必須把工業(yè)企業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)納入到實驗室系統(tǒng)中來。

5.實驗室方案采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)實驗室設(shè)備的可組合性、開放性、可發(fā)展性。

6.要有完善的實驗軟環(huán)境，即在實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗指導(dǎo)書、實驗多媒體系統(tǒng)要完善。

二、實驗室建設(shè)的具體規(guī)劃

遵循“自動控制系統(tǒng)”實驗室建設(shè)的基本要求，實驗平臺的選型主要以離散運(yùn)動控制系統(tǒng)和工業(yè)過程控制系統(tǒng)為主。運(yùn)動控制包括倒立擺控制系統(tǒng)、磁懸浮控制系統(tǒng)、球桿控制系統(tǒng)、數(shù)字隨動控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是自動控制學(xué)習(xí)中的經(jīng)典實驗教學(xué)設(shè)備，是典型的開環(huán)、非線性不穩(wěn)定系統(tǒng)，它的許多特性都是控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，需要學(xué)生獨(dú)立自主地來完成控制器分析和設(shè)計，其對于控制理論學(xué)科來講，都是非常適于基礎(chǔ)實驗和開發(fā)研究的教學(xué)平臺。

而工業(yè)過程控制系統(tǒng)可以對溫度、壓力、流量、液位等過程參數(shù)應(yīng)用多種控制策略進(jìn)行控制，不僅是“自動控制系統(tǒng)”課程實驗教學(xué)的基本內(nèi)容，同時也可滿足“過程控制”“控制儀表”“自動檢測技術(shù)與傳感器”“計算機(jī)控制系統(tǒng)”等其他自動化專業(yè)課程的實驗開發(fā)與設(shè)計，內(nèi)容包括對象特性研究、位置控制，手動控制，程序控制，PID控制，串級控制，前饋控制，滯后補(bǔ)償控制，解耦控制等經(jīng)典控制。為降低實驗成本和提高設(shè)備利用率，選用小型過程控制系統(tǒng)，為學(xué)院教師和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動提供一個研究平臺，進(jìn)行控制理論實踐，滿足認(rèn)知教學(xué)的需要。以小型過程控制系統(tǒng)為例，闡述學(xué)生完成實驗實踐操作的過程。

圖1 小型過程控制系統(tǒng)工藝流程圖

該系統(tǒng)提供兩路動力支流（如圖1所示），可以滿足兩個學(xué)生同時進(jìn)行壓力，流量和液位測試實驗，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干擾，閥門JV13和JV23提供泄漏干擾?？刂葡到y(tǒng)通過并口連接到計算機(jī)上，所有調(diào)速器和渦輪流量計變送器進(jìn)行封裝。三容水箱對整體系統(tǒng)提供支撐，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系統(tǒng)。

如進(jìn)行流量液位串級控制，第一支路：水介質(zhì)由泵P101從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門JV11進(jìn)入水箱V1，通過閥門JV31回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT101測得，液位由LT101獲得。用閥門JV31的開啟程度來模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T101為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調(diào)節(jié)來完成。第二支路：水介質(zhì)由泵P102從儲水箱V4中加壓獲得壓頭，經(jīng)由閥門JV22進(jìn)入水箱V3，通過閥門JV33回流至水箱V4而形成水循環(huán)；其中，給水流量由FT102測得，液位由LT103獲得。用閥門JV33的開啟程度來模擬負(fù)載的大小。設(shè)置定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)速器U101轉(zhuǎn)速為操縱變量，F(xiàn)T102為副回路被測量，LT101為被控變量，采用PID串級調(diào)節(jié)來完成，如圖2所示。

圖2 小型過程控制系統(tǒng)實物

學(xué)生在實驗室面對具體的過程控制系統(tǒng)，不僅能將理論課上所學(xué)的基本原理和基本方法通過實驗進(jìn)行驗證，加深了對理論知識的理解和掌握，同時也加強(qiáng)了自身的動手操作能力和團(tuán)隊協(xié)作能力，在“學(xué)”與“用”的交替過程中，能動性地提出自己的問題和見解，通過進(jìn)一步探究以達(dá)到專業(yè)知識的活學(xué)活用。

三、實驗室建設(shè)的應(yīng)用成效

“自動控制系統(tǒng)”實驗室現(xiàn)有12套教學(xué)設(shè)備，不僅僅能夠完成課內(nèi)實驗教學(xué)、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，也能夠作為教師和學(xué)生的創(chuàng)新平臺，積極拓展課外訓(xùn)練，提高師生的科研能力，如指導(dǎo)學(xué)生完成省級、院級創(chuàng)新項目，帶領(lǐng)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，都獲得了優(yōu)異成績?！白詣涌刂葡到y(tǒng)”實驗室努力建成開放性實驗室，不僅自動化專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)學(xué)生只要有興趣、有能力，都能進(jìn)入實驗室完成自己的創(chuàng)新設(shè)計，真正做到學(xué)以致用，打造成獨(dú)立學(xué)院的“創(chuàng)新夢工廠”。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅正祥.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)實踐與體會[J].實驗技術(shù)與管理，2011（7）：1-4.

[2]陳漢英，侯超.加強(qiáng)實驗室建設(shè)是獨(dú)立學(xué)院發(fā)展的必由之路[J].實驗室研究與探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李瑩，胡憲武.獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)的探索與實踐[J].中國電力教育，2012（28）：123-124.

[4]張惠強(qiáng).淺談獨(dú)立學(xué)院實驗室建設(shè)與管理[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2009，25（11）：68-69.

[5]周衛(wèi)紅，潘惠.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的獨(dú)立學(xué)院實驗室構(gòu)建[J].中國校外教育，2009（7）：18.

[6]周雙喜，裴國兵.自動控制專業(yè)實驗室建設(shè)的構(gòu)思[J].實驗室研究與探索，2009（10）：155-158.

作者簡介：

聞凱（1983— ），男，漢族，江蘇江陰，南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事自動控制系統(tǒng)、智能控制研究。

（責(zé)編 田彩霞）