自動(dòng)控制原理教學(xué)改革探索與實(shí)踐

盛桂敏 王春紅 曲曰陽(yáng)

（綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院 黑龍江綏化 152000）

自動(dòng)控制原理教學(xué)改革探索與實(shí)踐

盛桂敏 王春紅 曲曰陽(yáng)

（綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院 黑龍江綏化 152000）

文章針對(duì)自動(dòng)控制原理教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了將信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合到自動(dòng)控制原理教學(xué)的設(shè)想，并將學(xué)科之間教學(xué)內(nèi)容交叉的部分進(jìn)行調(diào)整，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)手段，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、多媒體課件教學(xué)與板書(shū)結(jié)合等課堂教學(xué)手段，與matlab仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)際硬件搭建驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，通過(guò)考核，驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果的有效性。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；自動(dòng)控制原理；實(shí)踐；優(yōu)化

自動(dòng)控制理論在電氣工程領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用?！白詣?dòng)控制原理”教學(xué)內(nèi)容中包括其所必需的分析解決控制部分問(wèn)題的各種控制理論方法，從性質(zhì)上分，該課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，為相關(guān)的工科專業(yè)，提供必備的控制方面的知識(shí)。同時(shí)，自動(dòng)控制原理也是部分高校作為碩士研究生入學(xué)考試的必考專業(yè)課開(kāi)設(shè)。

一、課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

課程特點(diǎn)：1.理論深?yuàn)W、概念多、計(jì)算量大，該課程的學(xué)習(xí)需要的基礎(chǔ)課較多，有高等數(shù)學(xué)、電路分析等課程作為基礎(chǔ)，需同學(xué)們有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底；2.實(shí)踐性強(qiáng)，對(duì)于工程實(shí)踐有重要的指導(dǎo)意義[1]。3.圖形多，例如根軌跡圖、Nyguist圖和Bode圖等等[2,3]，雖然圖形分析簡(jiǎn)便直觀，但較耗時(shí)。

教學(xué)現(xiàn)狀：傳統(tǒng)的自動(dòng)控制原理課程教學(xué)中，采用板書(shū)教學(xué)，這種教學(xué)模式講解詳細(xì)，書(shū)寫(xiě)緩慢，但講授過(guò)程枯燥，學(xué)生會(huì)感覺(jué)像是數(shù)學(xué)課，缺少實(shí)踐，涉及前沿科技少。

二、解決方案

（一）整合課程結(jié)構(gòu)。電子信息類專業(yè)，偏重于信號(hào)、通信方面，近年來(lái)增加了“自動(dòng)控制原理”，但其內(nèi)容上與“信號(hào)與系統(tǒng)”課程對(duì)系統(tǒng)的表述一致，側(cè)重點(diǎn)有所區(qū)別[2]，“信號(hào)與系統(tǒng)”中，理論性強(qiáng)，應(yīng)用性少，“自動(dòng)控制原理”與之相反，因此，電子信息類專業(yè)可以將兩門(mén)課程整合，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，合并兩門(mén)課程的知識(shí)體系，可以節(jié)省學(xué)時(shí)，使得學(xué)生理論和實(shí)際結(jié)合起來(lái)。

“自動(dòng)控制原理”與“電路分析”課程存在的重復(fù)，主要體現(xiàn)在模型建立上，教材中的實(shí)際系統(tǒng)選用了很多簡(jiǎn)單電路，建立的微分方程的數(shù)學(xué)模型與“電路分析”課程重復(fù)。在授課過(guò)程中，應(yīng)盡可能取消部分電路形式的模型，多改成實(shí)際系統(tǒng)的模型，使同學(xué)們充分感受到自動(dòng)控制的實(shí)際應(yīng)用性對(duì)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際意義。

（二）對(duì)比法教學(xué)、多媒體與板書(shū)結(jié)合教學(xué)。對(duì)比法教學(xué)與控制系統(tǒng)的各種分析法方法相似，同學(xué)們學(xué)習(xí)中經(jīng)?；煜魈幚矸椒ǖ年P(guān)系，尤其關(guān)于根軌跡分析法，頻域分析法中性能指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，在教學(xué)中，采用比較方法，將其歸納對(duì)比，講授脈絡(luò)清晰，同學(xué)們理解更扎實(shí)。

針對(duì)“自動(dòng)控制原理”理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，如采用實(shí)驗(yàn)法教學(xué)，則弱化理論推導(dǎo)。利用多媒體表現(xiàn)大的工控系統(tǒng)，更直觀地理解系統(tǒng)的性能指標(biāo)。可以插入視頻、音頻以及Flash資料，方便學(xué)生接受到更多更形象的信息，從而促進(jìn)自動(dòng)控制原理的教學(xué)。[3]

（三）利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)手段促進(jìn)教學(xué)。多采用啟發(fā)式教學(xué)法，即給定一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)模型，由教師引導(dǎo)，同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)資源，查找資料，主動(dòng)學(xué)習(xí)討論，找出系統(tǒng)的特點(diǎn)，具體的穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)以及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，對(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)，提出改進(jìn)策略，對(duì)改進(jìn)后的系統(tǒng)進(jìn)行分析，論證其性能。這樣的學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)完整的系統(tǒng)理論的把握，一方面調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，另一方面，可激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)造力，從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自學(xué)的目的。

（四）實(shí)踐教學(xué)與理論結(jié)合。

1.軟硬件結(jié)合實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)的快速性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性決定系統(tǒng)的好壞。在控制原理各種分析方法中，時(shí)域分析法是基礎(chǔ)，它直觀，物理概念清楚，是各種其他分析法的基礎(chǔ)，但是分析起來(lái)需要精確的推導(dǎo)，理論分析過(guò)于枯燥，因此，考慮將系統(tǒng)的性能分析放在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，學(xué)生可以把主要精力集中在系統(tǒng)電路和系統(tǒng)特性的研究上。首先，同學(xué)們親自搭建一階或者二階硬件模擬電路，其次，進(jìn)行仿真曲線，從輸入輸出曲線上，分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)，從而分析系統(tǒng)的性能。

理論結(jié)合實(shí)踐的講授，同學(xué)們更容易理解時(shí)域法分析系統(tǒng)性能的特點(diǎn)，強(qiáng)化了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)電路，分析系統(tǒng)的特點(diǎn)，并且對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，從而對(duì)自動(dòng)控制原理有個(gè)完整的分析設(shè)計(jì)過(guò)程。

2.matlab仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。Matlab軟件提供了一個(gè)可視化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)模擬環(huán)境，其中包括自動(dòng)控制系統(tǒng)工具箱，編程指令簡(jiǎn)約，在講述根軌跡的繪制時(shí)，可以采用matlab教學(xué)，能夠直觀地演示出系統(tǒng)的根軌跡圖形，形象，快捷，便于系統(tǒng)分析。另外，matalb中的simulink可以直觀看到控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分相互之間的聯(lián)系，教學(xué)中，我們要大力推廣matlab的使用。[4]

3.實(shí)訓(xùn)教學(xué)。鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展電子實(shí)訓(xùn)，按照各自的興趣愛(ài)好設(shè)計(jì)實(shí)際的控制系統(tǒng)，例如設(shè)計(jì)智能小車，智能家居，等等。在同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，將控制理論的知識(shí)用于實(shí)踐，讓同學(xué)們自主完成一個(gè)真正的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。任課教師每周深入電子實(shí)訓(xùn)中心，與同學(xué)們一起學(xué)習(xí)研究，解決實(shí)際系統(tǒng)中的控制部分存在的問(wèn)題。實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合，通過(guò)實(shí)踐來(lái)強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)。

三、結(jié)論

目前，我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)與自動(dòng)控制融合方面的嘗試取得了一定的成績(jī)，雖然還在探索和實(shí)驗(yàn)階段，還在不斷地完善，但是自動(dòng)控制原理的改革勢(shì)在必行，而且要深入進(jìn)行。作為教師，我們要掌握現(xiàn)代的教育手段，學(xué)習(xí)現(xiàn)代的教育技術(shù)，可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，例如，MOOC學(xué)習(xí)等，掌握網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，進(jìn)行課程整合，改進(jìn)教學(xué)方法，形成“自動(dòng)控制原理”課程的特色，推動(dòng)教學(xué)改革。[5]

[1]李占英，張明君，于曉海，等.應(yīng)用型人才培養(yǎng)的“自動(dòng)控制原理”教學(xué)改革[J].中國(guó)電力教育，2013（7）：82-83.

[2]結(jié)碩，韓光勝.Matlab在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012（2）：95-97.

[3]黃堅(jiān).自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]李萍，劉國(guó)忠.“電路原理”“信號(hào)與系統(tǒng)”和“自動(dòng)控制原理”課程的整合與優(yōu)化[J].光學(xué)技術(shù)，2007（3）：243-245.

[5]張弘強(qiáng)，王春紅.電子信息工程專業(yè)課考核改革的探索與實(shí)踐[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015,（8）：87-90.

[責(zé)任編輯 王占峰]

G642.4

A

2095-0438（2017）08-0122-02

2017-03-14

盛桂敏（1983-），女，綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：智能優(yōu)化與控制；王春紅（1974-），女，綏化學(xué)院電氣工程學(xué)院教授，博士，研究方向：模式識(shí)別。

綏化學(xué)院2014年度教育教學(xué)改革項(xiàng)目（JJ20140242）。