《過程控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)探討

趙 征 王聚芹 馬 平

（[1]華北電力大學(xué)自動(dòng)化系 河北·保定 071000；[2]華北電力大學(xué)馬克思主義學(xué)院 河北·保定 071000）

0 引言

習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。華北電力大學(xué)為了有效全面推進(jìn)“課程思政”的建設(shè)工作，2019年12月提出“一院系一課程”課程思政示范課程建設(shè)。建設(shè)項(xiàng)目以各院系的專業(yè)課教師為第一負(fù)責(zé)人，馬克思主義學(xué)院的思想政治課教師為第二負(fù)責(zé)人，通過“思政課教師與專業(yè)課教師結(jié)對(duì)子”的形式，思政課教師全程參與專業(yè)課程思政建設(shè)，指導(dǎo)專業(yè)課教師提煉專業(yè)課程中蘊(yùn)含的文化基因和價(jià)值范式，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與專業(yè)教育的有機(jī)融合和高度統(tǒng)一。《過程控制系統(tǒng)》教學(xué)團(tuán)隊(duì)申報(bào)了2019年華北電力大學(xué)“課程思政示范課”，將科學(xué)素養(yǎng)與國(guó)家情懷融入專業(yè)課中，為切實(shí)培養(yǎng)好具有大國(guó)工匠精神的社會(huì)主義接班人做了積極的探索。

1 《過程控制系統(tǒng)》課程簡(jiǎn)介

《過程控制系統(tǒng)》課程具有科學(xué)的方法論特點(diǎn)的專業(yè)課，是華北電力大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)工程背景非常強(qiáng)的核心專業(yè)課程，共有64學(xué)時(shí)。課程主要內(nèi)容以流程工業(yè)為背景展開，并以火電廠過程控制為主要的背景，著重培養(yǎng)學(xué)生在流程工業(yè)等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計(jì)及調(diào)試等工作的能力。教學(xué)方法以課堂講授為主，配合充足的實(shí)踐輔助教學(xué)，突出“厚基礎(chǔ)，重應(yīng)用，突出特色”的教學(xué)理念，走理論與實(shí)踐密切結(jié)合的教學(xué)路線。課程教學(xué)組任課教師都具有從事發(fā)電廠自動(dòng)化科學(xué)研究的豐富經(jīng)歷，在注重教授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，還加強(qiáng)了課程思政建設(shè)。如在課程教學(xué)大綱中增加立德樹人的要求，增加課程思政內(nèi)容，確立價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授“三位一體”的課程目標(biāo)。通過挖掘?qū)I(yè)內(nèi)容與思政教育的結(jié)合點(diǎn)，授課過程增加典型思政教學(xué)案例的設(shè)計(jì)。

2 《過程控制系統(tǒng)》課程思政教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

第一章緒論，要求學(xué)生理解過程控制系統(tǒng)的組成、過程控制系統(tǒng)一般概念和過程控制系統(tǒng)的主要研究?jī)?nèi)容，掌握過程控制系統(tǒng)的指標(biāo)體系，了解過程控制的發(fā)展歷程。課程思政提要：結(jié)合華北電力大學(xué)原校長(zhǎng)，本專業(yè)的泰斗——?jiǎng)⒓樵菏康氖论E，由我國(guó)火電行業(yè)控制系統(tǒng)的引進(jìn)、自主研發(fā)過程，引出“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來”的工匠精神，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)熱情和創(chuàng)新意識(shí)。

第二章被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，要求學(xué)生掌握被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的概念、被控對(duì)象的共同特征、作圖方法和兩點(diǎn)法建立被控對(duì)象傳遞函數(shù)，理解機(jī)理方法建立典型被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，了解其他建模方法。課程思政提要：人們要正確認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)和規(guī)律，必須培養(yǎng)科學(xué)的思維方法；由機(jī)理建模的簡(jiǎn)化條件，引出要學(xué)會(huì)抓問題的主要矛盾和矛盾的主要方面；總之，只有充分了解事物的本質(zhì)，才能做到精準(zhǔn)施策。

第三章PID調(diào)節(jié)器及其調(diào)節(jié)過程，要求學(xué)生理解幾種調(diào)節(jié)器的數(shù)學(xué)模型，掌握調(diào)節(jié)器的正反作用及在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，掌握P、PI、PD、PID調(diào)節(jié)及其調(diào)節(jié)過程。課程思政提要：由PID控制器比例、積分、微分控制的特點(diǎn)，鼓勵(lì)青年們要“專注當(dāng)下，總結(jié)過去，預(yù)測(cè)未來”，不斷通過反饋進(jìn)行自我糾偏。

第四章簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的整定，要求學(xué)生理解控制系統(tǒng)整定的基本要求和衰減頻率特性方法定性分析，掌握幾種工程整定方法，了解調(diào)節(jié)器參數(shù)自整定。思政內(nèi)容：理論指導(dǎo)實(shí)踐，控制策略要因地制宜、不斷完善，在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高施策效果。

第五章串級(jí)控制系統(tǒng)，要求學(xué)生掌握串級(jí)控制系統(tǒng)概念、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，了解串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器選型及參數(shù)整定。思政內(nèi)容：根據(jù)串級(jí)控制的特點(diǎn)，引出學(xué)生成才路上，要防微杜漸，當(dāng)由于干擾偏離路線時(shí)，要早反饋，早糾正。

第六章基于補(bǔ)償原理的控制系統(tǒng)，要求學(xué)生掌握前饋控制系統(tǒng)和前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，理解微分先行、中間反饋和史密斯預(yù)估控制。思政內(nèi)容：根據(jù)前饋和反饋復(fù)合控制的特點(diǎn)，引申到社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)（前饋控制）和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)（反饋控制）。計(jì)劃和市場(chǎng)作為調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)的兩種手段，它們對(duì)于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的調(diào)節(jié)各有自己的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處，要將兩者充分結(jié)合才能更好的促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。

第七章解耦控制系統(tǒng)，要求學(xué)生掌握相對(duì)增益和解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，理解耦合系統(tǒng)中變量匹配、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定實(shí)現(xiàn)和解耦控制系統(tǒng)的幾個(gè)問題。思政內(nèi)容：以典型的耦合控制系統(tǒng)——火電機(jī)組機(jī)爐協(xié)調(diào)控制，引出國(guó)家治理問題，國(guó)家通過綜合施策，化解社會(huì)矛盾，構(gòu)筑和諧穩(wěn)定社會(huì)，實(shí)現(xiàn)共同富裕目標(biāo)。

3 典型教學(xué)案例展示

3.1 前饋-反饋控制案例說明

前饋-反饋控制是過程控制中重要的控制策略。前饋控制屬于開環(huán)控制，反饋控制屬于閉環(huán)控制，兩種控制各有優(yōu)缺點(diǎn)，將兩者相結(jié)合組成前饋-反饋控制可以做到取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。授課過程過程和方法如下：（1）采用PPT對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析、對(duì)比，引出前饋-反饋控制；（2）通過Matlab的仿真實(shí)例演示，直觀感受控制效果的不同；（3）引入工程實(shí)例——電廠汽包水位串級(jí)三沖量控制方案，理論聯(lián)系實(shí)際，并在講授設(shè)計(jì)過程時(shí)，引入思政內(nèi)容。單回路引入“服從給定，克服擾動(dòng)”；串級(jí)控制引入“防微杜漸”，與學(xué)生成才過程相結(jié)合；前饋控制引入“未雨綢繆”；前饋-反饋控制引入“取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”，與社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的關(guān)系相結(jié)合。

3.2 教學(xué)目標(biāo)

3.2.1 知識(shí)目標(biāo)

理解前饋、反饋控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)，及前饋-反饋復(fù)合控制的優(yōu)勢(shì)。

3.2.2 能力目標(biāo)

能夠根據(jù)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)和控制要求（尤其是熱力發(fā)電生產(chǎn)過程）設(shè)計(jì)前饋——反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)一定創(chuàng)新意識(shí)。

3.2.3 思政教育目標(biāo)

樹立正確的價(jià)值觀和人生觀，體會(huì)具有中國(guó)特色的社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)制度的優(yōu)越性，增強(qiáng)學(xué)生的民族自信心和自豪感。

3.3 教學(xué)策略

3.3.1 知識(shí)點(diǎn)分析、對(duì)比與總結(jié)

對(duì)前面學(xué)過的前饋、反饋控制的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)的分析、對(duì)比，由此引出前饋-反饋控制策略。

3.3.2 Matlab仿真演示

以一個(gè)兩階慣性的傳遞函數(shù)為被控制對(duì)象，搭建單回路閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，控制器采用PI調(diào)節(jié)，控制器參數(shù)整定好后，依次增加靜態(tài)前饋設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)前饋設(shè)計(jì)。添加同樣的擾動(dòng)信號(hào)，通過仿真曲線對(duì)比，讓學(xué)生直觀的感受在反饋的基礎(chǔ)上增加前饋，可以明顯減少動(dòng)態(tài)偏差，前饋-反饋相結(jié)合可以做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。

3.3.3 實(shí)際工程應(yīng)用舉例

電廠汽包水位控制是典型的前饋-反饋控制。以汽包水位串級(jí)三沖量控制方案的設(shè)計(jì)過程為例，層層深入，融會(huì)貫通，將理論與工程實(shí)際緊密的結(jié)合起來。并增加定值前饋控制方案的介紹，指出前饋未雨綢繆的特點(diǎn)，給出了前饋-反饋相結(jié)合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、揚(yáng)長(zhǎng)避短的結(jié)論。

3.3.4 思政內(nèi)容的選擇和融入設(shè)計(jì)

（1）思政內(nèi)容的選擇。①前饋-反饋控制。反饋控制是按照測(cè)量值與給定值比較得到的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，屬于閉環(huán)負(fù)反饋控制。其特點(diǎn)是在被控量出現(xiàn)偏差后才進(jìn)行調(diào)節(jié)；如果干擾已經(jīng)發(fā)生而沒有產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器不會(huì)進(jìn)行工作，因此反饋控制方式的調(diào)節(jié)作用落后于干擾作用，是一種滯后的調(diào)節(jié)。但反饋控制可以消除作用在對(duì)象上的任何擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。前饋控制是以不變性原理為理論基礎(chǔ)的一種開環(huán)控制方法。前饋控制是按照干擾作用來進(jìn)行調(diào)節(jié)的，前饋控制將干擾測(cè)量出來并直接引入調(diào)節(jié)裝置，是一種超前的調(diào)節(jié)，對(duì)于干擾的克服比反饋控制及時(shí)，但它的控制效果不通過反饋來加以檢驗(yàn)，且只對(duì)指定的擾動(dòng)有效。前饋-反饋控制可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。②社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)論中市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)與計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的關(guān)系。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)使經(jīng)濟(jì)活動(dòng)遵循價(jià)值規(guī)律的要求，適應(yīng)供求關(guān)系的變化；通過價(jià)格杠桿和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，把資源配置到效益最好的環(huán)節(jié)中去，并使企業(yè)實(shí)行優(yōu)勝劣汰。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)一般是政府按事先制定的計(jì)劃，提出國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的總體目標(biāo)，制定合理的政策和措施，有計(jì)劃地安排重大經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，引導(dǎo)和調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方向?？梢员苊馐袌?chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的盲目性、不確定性等問題，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的危害。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)仍然是國(guó)家調(diào)節(jié)市場(chǎng)和供應(yīng)的重要手段之一。社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)理論，是鄧小平理論體系中極具創(chuàng)新意義的組成部分，是對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)理論的修正。依據(jù)這一理論，我國(guó)確定了建立市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的改革目標(biāo)。在改革開放的過程中，兩者的結(jié)合發(fā)揮了重要的作用。③思政內(nèi)容結(jié)合點(diǎn)。將控制論中的前饋-反饋控制與社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)論中的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系相結(jié)合。計(jì)劃經(jīng)濟(jì)類似于前饋控制，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)類似于反饋控制，兩者相結(jié)合可以做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

（2）思政內(nèi)容的融入設(shè)計(jì)。①在講授汽包水位串級(jí)控制的設(shè)計(jì)時(shí)，在PPT上增加四字成語“防微杜漸”。根據(jù)串級(jí)控制的特點(diǎn)，引出學(xué)生成才路上，要防微杜漸，當(dāng)由于干擾偏離路線時(shí)，要早反饋，早糾正。②在講授汽包水位前饋控制時(shí)，在PPT上增加四字成語“未雨綢繆”。根據(jù)前饋和反饋復(fù)合控制的特點(diǎn)，引申到具有中國(guó)特色的社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中——計(jì)劃經(jīng)濟(jì)（前饋控制）和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)（反饋控制）。計(jì)劃和市場(chǎng)作為調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)的兩種手段，它們對(duì)于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的調(diào)節(jié)各有自己的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)處，要將兩者充分結(jié)合才能更好的促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展。在改革開放的過程中，兩者的結(jié)合發(fā)揮了重要的作用。

4 結(jié)束語

《過程控制系統(tǒng)》課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)與思想政治課教師展開深入合做，疫情期間通過網(wǎng)絡(luò)共同備課，深挖課程中蘊(yùn)含的思政元素，將馬克思主義哲學(xué)思想和方法論與專業(yè)知識(shí)的傳授有機(jī)融合，將知識(shí)傳授、能力提升、價(jià)值觀塑造有效融入到課程當(dāng)中。通過討論也增強(qiáng)了教師的“育德意識(shí)”，提升了教師的“育德能力”?！巴蛲?，如鹽入味”，將思政教育融入課程教學(xué)全過程，形成了專業(yè)課教學(xué)與思想政治理論課教學(xué)緊密結(jié)合、同向同行的育人格局。本學(xué)期在《過程控制系統(tǒng)》課程中進(jìn)行了項(xiàng)目實(shí)施，取得了良好的效果，充分發(fā)揮了課堂教學(xué)育人的主渠道和主陣地作用。