《自動控制原理》理論課程教學改革與實踐

◆張 炯 王 鑫 鄭燦香

(哈爾濱遠東理工學院)

一、引言

自動控制原理課程是控制類和電子信息類專業(yè)的主要專業(yè)基礎課之一，通過對控制理論知識的學習，使學生掌握自動控制系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)分析、設計的基本方法，初步掌握系統(tǒng)實驗技能，學會運用MATLAB進行輔助分析設計的方法，為后續(xù)課程的學習和進一步深造打下必要的理論基礎，該課程對學生建立系統(tǒng)和工程的概念具有十分重要的意義。自動控制原理是一門集理論性、實踐性、綜合性于一體的課程，有一定的深度和學習難度，在學習過程中容易感到枯燥乏味，傳統(tǒng)的教師講授型教學方式，以教師授課為主，師生互動較少;基本概念、基本原理闡述多，理論與實踐脫節(jié)，學生難以理解。為了促進教學質量的提高，對該課程進行教學改革是十分必要的。

二、自動控制原理教學中的幾點體會

1.改革課程體系，優(yōu)化教學內容，提高教學質量

自動控制原理是一門理論性和綜合性很強的專業(yè)基礎課，要求學生具有扎實的基礎知識和較強的計算能力，導致學習過程相對困難。再加上課程在教學過程中，內容多學時少的矛盾也較為突出，所以精選課程內容，改革課程體系就是首當其沖必須完成的。應對理論性過強和目前工程實際中較少使用的內容進行適當的調整和刪減，做到精選課程內容，突出重點。本課程的重點是線性系統(tǒng)的數學建模、性能分析與綜合校正。課程的難點是性能分析與綜合校正。在教學過程中，應當突出重點和化解難點，在教學過程中以建模、分析和綜合為貫穿全課程的主線，進而展開教學，使學生在整個學習過程中，做到舉一反三，從而對自動控制理論有一個完整清晰的理解。

針對理論性較強的內容，在教學過程中淡化推導，淡化具體的計算過程，強化定性分析和認識。以具體工程實例為出發(fā)點，通過恰當的舉例，把抽象問題具體化，便于學生對抽象概念的理解，讓學生不再認為是在學習一門純理論的課程，而是一門工程實踐課程，消除對課程的恐懼感，增加學習的興趣。比如，控制理論中反饋是一個非常重要的概念，在講到開環(huán)和閉環(huán)時，可以用生活中實例來說明，一臺真正的全自動洗衣機如果能檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源的功能，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.多種教學方法相結合，提升教學手段

自動控制原理課程理論性強，內容抽象，并且計算內容非常多，在分析的過程中還大量使用圖表，如果用傳統(tǒng)的板書式教學，會花費大量的時間在公式推導和曲線繪制上。而多媒體教學可以在繪圖的準確性和快速性方面有較大提高，還有助于學生對抽象知識的理解。在教學中以多媒體教學為主，對于一些重點難點適當的輔以板書，同時加強課堂互動，提高教學效果。

自動控制原理是來源于控制實踐的理論課程，在學習系統(tǒng)分析和綜合校正的過程中，計算量很大，分析過程繁瑣，學生理解起來比較困難。MATLAB軟件功能強大，具有先進的視覺化功能，是一種強大的科學計算語言。特別是研究系統(tǒng)中某個參數或環(huán)節(jié)變化時對系統(tǒng)的影響，可以很直觀的通過MATLAB展現(xiàn)出來。例如，已知一偵察車速度控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數為，要求是用頻率響應法選擇系統(tǒng)增益K，使偵察車速度控制系統(tǒng)的單位階躍響應有較小的穩(wěn)態(tài)誤差和超調量。根據勞思穩(wěn)定判據可知:使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍為K＞0?？蓪⑾到y(tǒng)近似為振蕩二階系統(tǒng)，取不同K，通過用MATLAB編程，可繪制出系統(tǒng)的單位階躍響應曲線如圖所示

綜合考慮圖中結果，以取K=10時系統(tǒng)的各方面性能較好。

在教學過程中發(fā)揮MATLAB在自動控制原理教學中的應用，使學生在此過程中可以即時觀察分析結論，以加深對課程本質的理解，全面掌握所學內容。

3.重視實驗實訓教學，培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力

實驗教學不僅是對理論知識的驗證，更重要的是培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新精神和能力的重要途徑。傳統(tǒng)的實驗課程主要是利用實驗箱做一些驗證性實驗，實驗結果受各方面影響很大，不利于學生理解和認識。利用MATLAB軟件的SIMULINK仿真平臺作仿真實驗，能很好解決物理實驗的不足，加深對課程知識的理解，還可以將實驗延伸到課外進行。學生根據個人情況自主選擇難度等級不同的實驗，根據系統(tǒng)的性能要求，獨立完成系統(tǒng)設計，系統(tǒng)搭建和調試，記錄原始數據和圖形，寫出實驗報告。不僅調動了學生學習的主動性和積極性，鞏固了課程理論，激發(fā)了學生學習的熱情，還培養(yǎng)了學生的動手能力和獨立思考的能力，使其觀察、分析和解決問題的能力都有很大的提高。對于鞏固和應用所學知識，提高實踐能力，把理論和實踐很好的結合起來有著重要的意義。

三、結束語

隨著自動化技術在生產和生活中的廣泛而深入的應用，自動控制原理作為一門具有“方法論”特點的課程也越發(fā)得到重視。實踐表明，通過以上對自動控制理論課程的從教學內容、方法及形式、教材建設、實踐教學等方面進行的全方位、多層次的改革探索和實踐，尤其是將MATLAB引入到課程教學中，很好地激發(fā)了學生的學習熱情，提高了學生的實際應用能力，取得了良好的教學效果。

［1］黃堅.自動控制原理及其應用［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［2］鄭明方.自動控制理論課程的教學改革與實踐［J］.江蘇上業(yè)學院學報，2003，(6):55-56.

［3］李軍紅，陽武嬌，鐘催林.自動控制原理課程教學改革的實踐與探討［J］.中國教育.