《控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》課程教學(xué)研究

豆勤勤

【摘要】控制系統(tǒng)仿真課程是自動(dòng)化及電氣相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)課，為了提高教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合本人的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)并實(shí)踐，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力、發(fā)散思維，以及分析和解決問(wèn)題的能力，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng)仿真 ； 教學(xué)研究 ； 實(shí)踐教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】?jī)?nèi)容：院級(jí)教學(xué)改革“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”，編號(hào)：201402。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）15-0265-01

1.引言

仿真技術(shù)是一門利用物理模型或數(shù)學(xué)模型模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)，近年來(lái)在研究及工程設(shè)計(jì)中也發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。用仿真來(lái)代替實(shí)際系統(tǒng)的試驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)系統(tǒng)，不僅經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、靈活并且還可以獲得更加豐富、詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料，因此仿真成為了分析、綜合各種復(fù)雜系統(tǒng)的一種強(qiáng)有力的工具和手段。

2.課程性質(zhì)及教學(xué)內(nèi)容

2.1課程性質(zhì)及要求

“控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”是我院自動(dòng)化專業(yè)本科生的一門方向選修專業(yè)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到控制系統(tǒng)數(shù)字仿真在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性，學(xué)習(xí)并掌握仿真中的系統(tǒng)建模、數(shù)值積分方法、MATLAB編程等基本內(nèi)容，能針對(duì)不同的系統(tǒng)編寫仿真程序。為學(xué)生的進(jìn)一步理論研究和實(shí)際應(yīng)用打下一個(gè)良好基礎(chǔ)。

2.2教學(xué)內(nèi)容的改革

該課程內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)，計(jì)算數(shù)學(xué)與控制理論，系統(tǒng)辨識(shí)，控制工程等，具有一定的廣度和難度。具體包括：控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)概述，仿真工具M(jìn)ATLAB與SIMULINK；控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其轉(zhuǎn)換；控制系統(tǒng)數(shù)字仿真的實(shí)現(xiàn)；控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析方法以及仿真實(shí)驗(yàn)的分類與性能比較等；控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)；仿真技術(shù)的綜合應(yīng)用?？倢W(xué)時(shí)32，其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8。

2.2.1教材的選用

選用的教材為《計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與CAD—基于MATLAB型的控制系統(tǒng)》，該教材強(qiáng)調(diào)教學(xué)實(shí)踐的重要性，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。由于該課程實(shí)踐性較強(qiáng)，因此盡量在有限的課時(shí)內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生很好的進(jìn)入該課程的學(xué)習(xí)，并培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，本人對(duì)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行了一定的探索和實(shí)踐。

2.2.2教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)安排

理論知識(shí)部分主要講該課程的背景、應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)，控制系統(tǒng)建模的基本方法，數(shù)學(xué)模型之間相互轉(zhuǎn)換及其實(shí)例，常微分方程和差分方程基本的數(shù)值積分求解方法，面向系統(tǒng)傳遞函數(shù)的仿真，面向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的仿真，仿真工具M(jìn)atlab與Simulink基礎(chǔ)及其在控制系統(tǒng)仿真過(guò)程中的應(yīng)用和控制系統(tǒng)仿真的具體實(shí)現(xiàn)。

該部分知識(shí)主要使學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)仿真這門課程有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)和了解，結(jié)合實(shí)踐課程能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行分析，建模，設(shè)計(jì)，仿真。該部分知識(shí)的重點(diǎn)在于仿真概念，仿真方法以及如何使用仿真工具進(jìn)行仿真。

其中重中之重是仿真工具的介紹，此部分課程安排學(xué)時(shí)為8，為上機(jī)實(shí)踐做好重要準(zhǔn)備，主要講解MATLAB的操作與使用，MATLAB的矩陣運(yùn)算、圖形的繪圖、數(shù)據(jù)處理、流程控制、控制工具箱，MATLAB編譯器，SIMULINK基礎(chǔ)。這一部分內(nèi)容是學(xué)生能夠運(yùn)用仿真工具，授課時(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，列舉實(shí)際案例幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)和掌握仿真工具的使用。

實(shí)踐課時(shí)安排：Matlab的基本操作，數(shù)值運(yùn)算，符號(hào)運(yùn)算安排為2個(gè)，Simulink工具箱的使用及操作、PID工具箱的應(yīng)用為2個(gè)；驗(yàn)證及工程仿真類的實(shí)踐課時(shí)為4個(gè)。如：液位控制或其它控制系統(tǒng)的仿真，直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)仿真優(yōu)化等等。

3.教學(xué)方式的改革

該課程內(nèi)容涉及內(nèi)容很廣，前續(xù)課程有自動(dòng)控制原理，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等，同時(shí)，又為課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。既涉及仿真算法，數(shù)值積分方法，又涉及到MATLAB仿真工具的使用，程序的編制。因此在課堂知識(shí)的講解中采用多媒體和板書相結(jié)合的方式，同時(shí)利用仿真工具進(jìn)行演示，將理論和實(shí)際進(jìn)行結(jié)合，使學(xué)生對(duì)仿真有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

實(shí)踐課程的安排，每次上機(jī)實(shí)驗(yàn)之前提前一天布置題目，要求上機(jī)之前先交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，布置的題目有難有易，針對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)的不同程度，要求每個(gè)人下課之前必須以電子作業(yè)形式交上課堂作業(yè)，較難的題目可以留給程度較好的同學(xué)練習(xí)，有老師進(jìn)行指導(dǎo)。這樣使每個(gè)學(xué)生都能力通過(guò)實(shí)踐上機(jī)鞏固自己所學(xué)的知識(shí)，驗(yàn)證自己的程序。

4.考核方式的改革

該課程采用開(kāi)卷考試的方式，卷面成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的70%，結(jié)合平時(shí)實(shí)驗(yàn)上機(jī)作業(yè)及出勤率給出平時(shí)成績(jī)，占總評(píng)成績(jī)的30%。這種考核方式在每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生進(jìn)行督促，注重理論知識(shí)和實(shí)際編程能力的考核。

5.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行改進(jìn)，利用案例演示激發(fā)學(xué)生的興趣，加深了學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的理解。通過(guò)課堂講授與實(shí)驗(yàn)上機(jī)相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)學(xué)生的反饋，進(jìn)過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，提高了計(jì)算機(jī)的編程能力，加深了對(duì)許多知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，提高了實(shí)踐動(dòng)手的能力。

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