自动控制原理教育

自动控制原理教育（精选12篇）

自动控制原理教育 篇1

一、自动控制原理下视角学生安全工作中的各环节

从自动控制原理看,学生安全工作中的各环节,就是要将自动控制原理融入学生安全管理工作中。

1.典型自动控制系统简介

典型的工业自动控制中,每个独立的自动控制系统中都有以下四个构成部分:测量反馈单元、控制单元、执行单元、被控对象。自动控制系统运行过程中,控制单元按照获得的信号作用于执行单元,从而控制被控对象,并由测量反馈单元及时将工作的偏差反馈给控制单元,通过调整再作用到执行单元,修正过程中的偏差,保证系统稳定运行。

2.在学生安全工作中的映射

在平安稳定的校园工作中,各环节也有对应的实际意义。学生工作人员首先要获得理解指令信息,然后将信息用多样的形式传递给学生,是系统的控制中枢,面对作为控制对象的众多学生,构建完善的反馈单元尤为重要。开展安全工作,要以党和国家的思想理论为指导,遵照安全工作的指导方向,以学生为控制对象,给学生指令,开展活动,使大学生能克服自身缺点,抵制不良影响,安全健康地成长。

二、依据自控理论构建学生安全管理体系

1.深刻领悟“输入信号”

输入信号是控制系统的基本依据,学生管理中的安全工作同样以“输入信号”为指导。安全工作的“输入信号”就是当代学生安全教育的基本指导思想。学校安全管理工作要全面贯彻党和国家的大政方针,全面贯彻落实安全工作要求,加强安全防范教育,健全保障制度,落实安全管理各项措施,对学生安全坚持“预防为主”的原则。

2.构建学生安全“闭环控制系统”

闭环控制系统是指不断地从结果上找偏差,进行修正,达到“输入信号”要求的结果的复合的控制系统。其在大学生思想政治教育中的安全体系构建中,通过以下几种方式来开展工作。

(1)前馈教育。自动控制理论中的前馈控制是指通过观察情况、收集信息、掌握规律、预测趋势,正确预计未来可能出现的问题,提前采取措施,将可能发生的偏差消除在萌芽状态中。学生安全工作中,前馈教育意义重大。学生安全事件一般是由一定的外界影响导致的,即扰动信号,如果学生管理人员能从扰动信息中得到足够的有用信息,即可防范安全事故的发生。假期安全教育是前馈教育的典型案例。

(2)反馈校正。反馈是闭环控制的关键环节,是一个动态的过程。学生安全工作归根到底是做好思想工作,思想的动态复杂性决定了思想工作也是一个动态的过程,需要不断发现思想偏差。反馈的首要环节是获取反馈信号,及时掌握当前学生安全动态,发现现行体系下学生行为与安全要求的偏差。针对反馈是单一事件的周期性反馈,应用在具体事件、活动、人物行为的处理和总结上。学生管理工作中有许多周期往复性的工作,个别学生安全思想意识不强,带有安全隐患,对这类事件加以总结,可作为校正信号指导下次的工作。横向反馈,是通过横向比较,寻找差距,总结提升;学生管理人员互通有无,取长补短,不断提高自身素质。

(3)加强学习,优化“控制器”及“控制算法”。在自动控制系统中,提高控制质量和系统性能一般从两方面着手:一是进行“硬件升级”,选用更先进的控制器;另一个是进行“软件升级”,优化控制算法。要想优化“控制器”,必须提升学生管理人员的素质,用好反馈信息,“稳”“准”“快”地处理问题。提升学生管理人员的素质能力及思想内涵,加强交流与培训,解放思想,拓展视野。

三、学生安全管理中的实际意义及展望

将自动控制理论中有关稳态的理论引入到制度开展过程中,力求在制度下学生安全管理工作能稳定开展。

工业自动控制的意义在于最大限度地把人类从繁重的体力劳动中解放出来。而广义的自动控制应该让制度发挥更大的作用,而不是以人的意志和思想水平为转移,以减少不必要的智力劳动,实现在制度下社会生活和管理工作的良性、和谐发展。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社,2007.

[2]陈立民.高校辅导员理论与实务[M].北京:中国言实出版社,2006.

自动控制原理教育 篇2

专 业 自动化 班 级 09自动化<1>班 姓 名 学 号

完成 时间

自动控制原理总结报告

摘要: 本学期我们学习了自动控制原理的前前8章，重点介绍了前6章，离散系统的分析与线性系统类似。自动控制技术所取得的成就和起到的作用给各行各业的人们留下了深刻的印象。从最初的机械转速、位移的控制到工业过程中对温度、压力、流量、物位的控制，从远洋巨轮到深水潜艇的控制，而今的数控机床，汽车工业，自动控制技术的应用几乎无处不在。关键是自动控制理论和技术已经介入到了电气、机械、航空、化工、核反应等诸多的学科和领域。所以越来越多的工程技术人员和科学工作者开始了解和关注自动控制的知识。关键字：控制 方法 发展 正文:

一、自动控制理论的分析方法：（1）时域分析法；（2）频率法；（3）根轨迹法；（4）状态空间方法；（5）离散系统分析方法；（6）非线性分析方法

系统的数学模型(1)解析表达：微分方程；差分方程；传递函数；脉冲传递函数；频率特性；脉冲响应函数；阶跃响应函数(2)图形表达：动态方框图（结构图）；信号流图；零极点分布；频率响应曲线；单位阶跃响应曲线

自动控制原理基础系列课程内容体系具有系统性、科学性、先进性、实用性，对课程体系进行了改革确立了以系统分析、系统建模、系统综合为自动控制原理课程的主线构建了由时域分析、复域分析、频域分析、系统校正4个模块构成的知识体系。

从课程的体系出发以系统建模→系统分析→综合设计作为课程主线。数学模型是描述系统内部各物理量或变量之间关系的数学表达式建立一个合理的模型是系统分析和设计的前提。从不同的角度对系统进行建模加深对这方面内容的理解。例如可用船舶上的电机调速系统为例通过建立它的微分方程、传递函数、结构图、信号流图这些不同的数学模型来建立各模型的联系。

系统分析方法是控制系统综合设计的基础这部分的内容主要包括时域分析法、根轨迹法、频域响应法是控制理论的重点。在控制系统中稳定性、快速性和准确性是对控制系统的基本要求也是衡量系统性能的重要指标控制系统不同的分析问题方法都是紧紧围绕这三个方面展开的。只要抓住这个特点就抓住了系统分析的关键有助于加深对不同方法的理解。例如以我军某军舰上的雷达定位系统为例假设给定目标信号要求设计控制器使系统在给定输入下跟踪指定目标最小且抗干扰性最好。这些生动的工程实例大大激发了我的兴趣使我感受到了控制理论的魅力深刻理解了

结合控制理论的发展更新教学内容近年来控制理论得到了蓬勃发展特别在非线性控制、分布参数控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制等方向上取得了重要进展。例如每章结束后都开设一个专题介绍本学科的发展动态这种方法扩大了我们的知识面培养了我们探索科学技术的兴趣。结合船舶电气的发展而言近几年来随着电力、电子、控制技术、通讯及信息技术等的不断发展及其在船舶上的广泛应用船舶电气自动化程度大大地提高。新一代大功率半导体电力电子器件在材料、理论、机理、制造工艺和应用技术等方面的研究开发取得了突破性的进展船舶设备进一步向高可靠、节能型方向发展对船舶电力推进和辅机电力拖动技术带来重大变革可编程序控制器和单片机已逐渐发展成为船舶控制中的一种普遍控制方式。自动控制原理课程虽然是电专业的基础专业课程但是一般学时安排也不十分充裕。要想在有限的时间内把这门理论性和工程应用性都很强的课程学好必须认真的学习。例如在课程绪论部分通过与专业相关的典型示例引出控制、开环控制、闭环控制以及反馈等基本概念使我们认识到学习本课程的重要性并对控制理论在专业发展的作用有了一定的了解。

二、控制未来发展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自动控制的结合物,是一类无需人的干预就能够独立地驱动智能机器,实现其目标的自动控制。智能控制的注意力并不放在对数学公式的表达、计算和处理上,而放在对任务和模型的描述,符号和环境的识别以及知识库和推理机的设计开发上。智能控制用于生产过程,让计算机系统模仿专家或熟练操作人员的经验,建立起以知识为基础的广义模型,采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示和自学习、推理与决策等智能化技术,对外界环境和系统过程进行理解、判断、预测和规划,使被控对象按一定要求达到预定的目的。智能控制的理论基础是人工智能,控制论,运筹学和系统学等学科的交叉。2.非线性控制(Nonlinear Control)非线性控制是复杂控制理论中一个重要的基本问题,也是一个难点课题,它的发展几乎与线性系统平行。非线性系统的发展,数学工具是一个相当困难的问题,泰勒级数展开对有些情况是不能适用的。古典理论中的“相平面”法只适用于二阶系统,适用于含有一个非线性元件的高阶系统的“描述函数”法也是一种近似方法。由于非线性系统的研究缺乏系统的、一般性的理论及方法,于是综合方法得到较大的发展。

3.自适应控制(Adaptive Control)自适应控制系统通过不断地测量系统的输入、状态、输出或性能参数,逐渐了解和掌握对象,然后根据所得的信息按一定的设计方法,作出决策去更新控制器的结构和参数以适应环境的变化,达到所要求的控制性能指标。4.鲁棒控制(Robust Control)过程控制中面临的一个重要问题就是模型不确定性,鲁棒控制主要解决模型的不确定性问题,但在处理方法上与自适应控制有所不同。自适应控制的基本思想是进行模型参数的辩识,进而设计控制器。控制器参数的调整依赖于模型参数的更新,不能预先把可能出现的不确定性考虑进去。而鲁棒控制在设计控制器时尽量利用不确定性信息来设计一个控制器,使得不确定参数出现时仍能满足性能指标要求。

鲁棒控制认为系统的不确定性可用模型集来描述,系统的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所设计的控制器下,都能使模型集里的元素满足要求。鲁棒控制的一个主要问题就是鲁棒稳定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊数学模拟人的思维方法,将工艺操作人员的经验加以总结,运用语言变量和模糊逻辑理论进行推理和决策,对复杂对象进行控制。模糊控制既不是指被控过程是模糊的,也不意味控制器是不确定的,它是表示知识和概念上的模糊性,它完成的工作是完全确定的。

1974年英国工程师E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理论用于锅炉和蒸气机的控制以来,开辟了Fuzzy控制的新领域,特别是对于大时滞、非线性等难以建立精确数学模型的复杂系统,通过计算机实现模糊控制往往能取得很好的结果。6.神经网络控制(Neural Network Control)神经网络是由所谓神经元的简单单元按并行结构经过可调的连接权构成的网络。神经网络的种类很多,控制中常用的有多层前向BP网络,RBF网络,Hopfield网络以及自适应共振理论模型(ART)等。

神经网络控制就是利用神经网络这种工具从机理上对人脑进行简单结构模拟的新型控制和辨识方法。神经网络在控制系统中可充当对象的模型,还可充当控制器

7.实时专家控制(Real Time Expert Control)专家系统是一个具有大量专门知识和经验的程序系统,它应用人工智能技术,根据某个领域一个或多个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以解决那些需要专家决定的复杂问题。专家系统和传统的计算机程序最本质的区别在于:专家系统所要解决的问题一般没有算法解,并且往往要在不完全、不精确或不确定的信息基础上作出结论。

实时专家系统应用模糊逻辑控制和神经网络理论,融进专家系统自适应地管理一个客体或过程的全面行为,自动采集生产过程变量,解释控制系统的当前状况,预测过程的未来行为,诊断可能发生的问题,不断修正和执行控制计划。实时专家系统具有启发性、透明性、灵活性等特点,目前已经在航天试验指挥、工业炉窑的控制、高炉炉热诊断中得到广泛应用。目前需要进一步研究的问题是如何用简洁语言来描述人类长期积累的经验知识,提高联想化记忆和自学习能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系统的状态变量为定性量时(其值不是某一精确值而只知其处于某一范围内),应用定性推理对系统施加控制变量使系统在某一期望范围。定性控制与模糊控制的区别:模糊控制不需建模,其控制律凭经验或算法调整,而定性控制基于定性模型,控制规则基于对系统的定性分析;模糊控制是基于状态的精确测量值,而定性控制基于状态的定性测量值。

定性控制面临的问题:发展定性数学理论,改进定性推理方法,注重定性和定量知识的结合;研究定性建模方法,定性控制方法;加强定性控制应用领域的研究。9.预测控制(Predictive Control)预测控制是在工业实践过程中独立发展起来的一种新型控制方法,它不仅适用于工业过程这种“慢过程”的控制,也能适用于快速跟踪的伺服系统这种“快过程”控制。目前实用的预测控制方法有动态矩阵控制(DMC),模型算法控制(MAC),广义预测控制(GPC),模型预测启发控制(MPHC)以及预测函数控制(PFC)等。这

最近有人提出一种新的基于主导内模概念的预测控制方法:结构对外来激励的响应主要由其本身的模态所决定,即结构只对激励信息中与其起主导作用的几个主要自振频率相接近的频率成分有较大的响应。目前利用神经网络对被控对象进行在线辨识,然后用广义预测控制规律进行控制得到较多重视。

预测控制目前存在的问题是预测精度不高;反馈校正方法单调;滚动优化策略少;对任意的一般系统,其稳定性和鲁棒性分析较难进行;参数调整的总体规则虽然比较明确,但对不同类型的系统的具体调整方法仍有待进一步总结。10.分布式控制系统(Distributed Control System)分布式控制系统又称集散控制系统,是70年代中期发展起来的新型计算机控制系统,它融合了控制技术(Control),计算机技术(Computer),通信技术(Communication),图像显示技术(CRT)的“4C”技术,形成了以微处理器为核心的系统,实现对生产过程的监视、控制和管理。

既打破了常规控制仪表功能的局限,又较好地解决了早期计算机系统对于信息、管理过于集中带来的危险,而且还有大规模数据采集、处理的功能以及较强的数据通信能力。

分布式控制系统既有计算机控制系统控制算法灵活,精度高的优点,又有仪表控制系统安全可靠,维护方便的优点。它的主要特点是:真正实现了分散控制;具有高度的灵活性和可扩展性;较强的数据通信能力;友好而丰富的人机联系以及极高的可靠性。

轧钢加热炉自动控制原理 篇3

【关键词】加热炉 自动控制 系统

一、 引言

无论生产什么产品的轧钢厂，加热炉都是这条生产线的龙头。因此加热炉能否保证安全、正常的运行，能否经过标准化作业，加热出合格的板坯，对整个轧线能否安全、持续、顺行的进行生产，都有着至关重要的决定作用，所以加热炉是一个不可忽视的重要环节。由于加热工没有严格地执行各项规章制度：温度制度、工艺制度、停轧降温制度，将导致板坯的加热质量不好，出现板坯的过热、过烧、脱碳、氧化铁皮过厚，以及加热温度不均引起的上翘下曲等常见的加热缺陷。轻的来说使烧损增大，轧机轧制困难，保证不了产品质量，重的来说钢材报废，甚至造成设备事故，给国家、企业、集体、个人带来直接的经济损失。因此，加强轧钢厂加热炉自动控制系统就显得尤为重要。本文就轧钢加热炉自动控制进行阐述。

二、 系统硬件配置

整个控制系统由一个工程师站、两个操作员站、一个S7-400H PLC和ET200M分布式IPO分站组成。工程师站、操作员站采用工控机，配置CP1413通信处理器用于连接到工业以太网的。S7-400H自动化系统包括一个分割为2个区的中央机架UR2-H，每个区为一个子单元，每个子单元均配置有电源模板PS407、414-4H CPU模板。ET200M分布式IPO站使用SM321PSM322数字输入P输出模块、SM331PSM332模拟输入P输出模块，每个站有两个接口模板IM 153-2，一个电源模板PS 307，一个接口模板的电源由本站电源模板提供，另一个接口模板的电源由另一分站提供，使得在同一个控制柜中的每个分站中接口模板的电源是冗余的。整个系统还装备有UPS电源。

三、软件系统设计

系统编程软件是PCS7软件包及其可选软件，软件系统设计包括PLC组态及参数配置、系统监控程序设计、网络通信配置、操作员站人机界面系统设计等几个部分。整个控制系统完成现场数据采集、数据处理、输出控制及报警等功能，操作站实现对过程数据的显示、历史趋势的记录、控制设备的工作状态、报警、显示以及报表的打印等功能。并分别通过上位机和操作台实现燃烧和换向的自动、手动功能。

四、系统自动控制

（一） 有条件的自动控制

任何控制系统设计都是针对某种或某些特定干扰来制定的，自动控制应在这些特定干扰发生时能起到较好的作用，但当其他干扰发生或干扰克服不完全，仅靠PID闭环反馈起作用时，自动控制就显得缓慢且无力。

一般，在轧制节奏平稳、钢坯品种规格稳定时，采用最基本的串级比值控制方法即可满足控制质量要求。控制回路一方面按比例稳定调节煤气和空气的流量，另一方面对温度偏差进行细微的调整。它起到了比手动操作更为精细的调节作用。当轧制节奏波动频繁时，虽可采用生产率前馈的策略来克服，但由于前馈模型不可能十分精确，每次补偿都会有些剩余干扰而造成温度的波动，且从一个稳态到另一个稳态一般至少需30～50 min。如果轧制节奏波动周期小于这一时间，则必将使炉温对象失去稳态和控制质量的下降。

品种多且批量小是对燃烧自动提出的更大挑战，不同品种的加热制度使炉温设定值相应变化。由于缺乏针对品种变化干扰的控制手段，故仅靠温度闭环反馈控制调整会导致温度响应速度较慢。例如，钢种I要求出钢温度960e，相邻钢种II要求出钢温度1060e，此时炉温设定值相差较大，则很难获得理想的控制质量。

（二）不能持之以恒的手动控制

温度这类典型大滞后对象是智能控制理论应用的主要对象。换句话说，诸如模糊控制、专家控制等智能控制方法要优于常规控制方法的控制效果，这一点是肯定的。而另一个不能不承认的事实是：智能控制方法都是以专家经验为基础建立的知识计算和推理系统，无操作者的手动操作经验，智能控制规亦无法形成。也就是说，智能控制就像是用计算机来模仿代替一个有经验操作者的操作，而这种操作的效果是最佳的。由此，似乎可得到这样一个让所有从事自动化专业的人士都会感到失望的结论，即手动操作比自动控制强。其实不然，因为任何操作者都不可能像机器一样整天不眨眼的工作。一个有责任心且有经验的操作者可手动保持加热炉的正常生產和加热质量，但其操作强度较高也很难进行更为频繁和精细的调整。如果精力下降，操作频率降低，则控制质量也会降低。手动操作控制质量还将受到操作者情绪、习惯、水平等因素的影响，造成产品质量不稳定，重复性差，有可能出现较大随机性。因此，单纯的手动操作不应该是现代化企业的控制手段。

（三） 有操作者干预的加热炉燃烧系统自动

如果将加热炉燃烧系统自动理解成是无人操作，那么这个观点是完全错误的。无人值守的自动需要更全面的实时和专家信息支持，目前的技术水平无法做到。因此，由于经验知识不完整，自动控制在一些特殊情况下则需操作者的手动干预：

正如前文所述，鉴于一些制约因素的影响会出现自动控制效果差的情况，一些操作者就断然认为自动不好用，这种认识是不全面的。自动系统在另一些情况下会稳定运行，实现手动无法做到的精细调整。因此，要引导操作者熟悉自动操作，了解自动效果，掌握自动控制什么情况下有效，什么情况下会效果变差，对自动控制做到心中有数，最终形成大多数时间坚持自动，必要时少量手动干预的操作习惯。

五、结语

该自动控制系统自投入以来效果显著， 系统稳定可靠，操作简单方便，并减轻了工人 的劳动强度；实现了对加热炉炉温、蓄热室温度的控制，减少了热能损失；燃料吨钢消耗由原来的 2.5GJ/t 降至 1.56GJ/t， 每年直接经济效益2850多万元。

参考文献：

[1] 毕春长，李柠，黄道. 钢坯加热炉仿真系统研究[J]. 系统仿真学报. 2004（04）

[2] 曹世海. 加热炉燃烧控制系统的几项改进措施[J]. 冶金自动化. 2002（04）

自动控制原理教学研究 篇4

一、自动控制原理课程简介

自动控制原理课程是我校机械工程类学生一门重要的专业技术基础课程, 本课程以数学、物理及有关学科为其理论基础, 以机械工程中的系统动力学问题为研究对像, 运用信息的传递、处理与反馈进行思维的方法, 分析解决机械工程中的动态特性与控制等问题。该课程的特点是理论性强, 涉及多方面的数理知识, 并且比较抽象, 具有一定的深度和难度。所研究的问题带有普遍性, 阐明了自动控制的三个基本问题, 即模型、分析和控制, 帮助学生建立系统的概念。在热能与动力工程专业的整个知识结构体系中起着承前启后的作用。它紧密联系和应用先修课程的知识, 例如:高等数学、概率论与数理统计、积分变换、电工学和机械基础等, 并为后续汽车电器与电子、内燃机设计、汽车设计、制冷原理与设计等课程的学习提供理论基础和分析设计方法, 并为学生运用控制原理的方法分析和解决各种实际问题奠定基础。

二、自动控制原理教学问题探讨

随着科学技术现代化的不断发展, 在机械类专业中自动控制技术的应用也越来越广泛。应该不断地从多方面提高该课程的教学水平。本文紧紧围绕自动控制原理课程教学学时、课程内容体系、教学方法、教学手段、教材和成绩评定等方面进行了教学研究和探讨。

1. 调整课时

在课程授课学时少, 教学内容多的问题下, 为了更合理地安排教学计划, 通过网络查找了大量的相邻省市的部分高校对该课程的设置情况。选取其中4所大学为例进行统计, 结果见表1。

从表里可以清楚地了解到, 各高校与本专业相近的大机械类专业所开设的本课程总学时数高于44学时, 学分高于3, 多数高校还开设有实验课。与我校进行对比, 说明我校该专业的自动控制原理课程的学时数过少, 且没有实验课。这一问题将会造成, 不减少教学内容的前提下教师的教学内容讲授不完, 或者是教师讲授的太快, 学生在学习的过程中, 感到难学、乏味, 对所学内容不易消化、吸收和巩固, 尤其对一些难点、重点内容, 要掌握好就更不容易。所以, 建议增加纯理论教学学时数, 使纯理论教学学时数应不少于40学时;建议增加实验教学学时数, 应不少于4学时;课程学分增大为3。

2. 优化课程内容

注重该课程在新专业教学内容的优化。现在大多数教材在保证经典控制理论的前提下, 在内容上都增加了MATLAB分析软件相关知识。将这部分内容加入教学大纲是符合科学发展的要求, 同时增加相应的控制理论仿真和开发的教学新内容, 让学生掌握这个现代分析软件的基本使用方法, 为今后的快速设计和分析奠定基础。在教材其它经典的内容里也要进行取舍, 对大学本科生应将适合研究生学习的内容完全去掉。避免增加教学内容和难度。按照专业基础课、专业必修课、专业选修课的要求完善课程体系, 注意处理好本科生和研究生之间课程内容的差异和衔接。

3. 教学方法多样化

重视教师的主导作用和学生主体地位, 广泛采用引导式、探究式、互动式教学方法, 根据本课程的内容和特点, 将讲课、自学、讨论、上机、实验等多种方法并用, 在培养学生的创造性思维和综合应用能力方面下功夫。将教师讲授与学生自学相结合, 教师主要讲授课程重点内容和难点内容, 其他内容提纲挈领、点到为止, 主要靠学生自学掌握。这样既充分发挥教师主导作用, 学生主体作用的教学局面。同时大大减轻教学课时少造成的教师授课累, 学生学习更累的压力。在课程讲授过程中, 以典型的恒温箱、恒张力卷取系统及离心调速器等控制系统为例引申, 启发学生思考, 能够找出系统的输入量、中间量和输出量, 以及各量之间的相互关系。通过加强练习、作业与答疑来保证学生对理论知识的理解和掌握, 并能举一反三, 以培养学生积极主动的思考学习。在实验硬件条件不具备的情况下, 利用增加MATLAB教学内容的同时, 将它用在实验教学当中。建议开设两个仿真实验, 线性系统的时域响应动态仿真和线性系统的频率响应动态仿真。通过实验加深对自动控制原理课程理论知识的理解和掌握。在这两个必做实验之后, 学生根据兴趣和前面的实验基础可以进行更多的仿真试验。培养学生理论与实践相结合进行科学实验、工程应用的能力, 提高学生借助计算机仿真手段、运用自动控制理论分析问题、解决问题的能力。

4. 增加教学手段

在传统板书教学手段的基础上, 充分应用电子教案、多媒体教学等现代教学手段。突出授课内容中的基本概念、基本思路和基本方法。以图形和动画等多种形式, 生动形象地说明问题, 使学生易于理解和接受。在多媒体教学中可以灵活增加所选教材没有的相关知识, 特别是较典型的机械工程系统。这样可以大大提高课堂教学信息量和学生对抽象概念的理解能力, 缓解教学内容多与教学学时少的矛盾。将这两种教学手段的优点合理地结合应用, 可充分调动学生学习的主动性和积极性, 激发学生的学习兴趣和热情。

5. 严格教学管理

根据学校教学管理的各项要求, 以主讲教师为主, 要求主讲教师认真、细心和负责地从备课、讲授、辅导答疑、作业批改、实验指导、毕业设计指导等教学环节做好工作。同时应不局限于此, 更要以科学发展的眼光, 研究教学方法, 不断提高和创新。

6. 挑选教材

目前我国高等学校教材按照不同的要求划分了不同的类别和等级, 其中以普通高等教育“十一五”国家级规划教材为最好。在这一类中的自动控制原理课可选教材中就有好几本, 见表2。此外, 还有普通高等院校机械工程学科“十一五”规划教材和21世纪全国应用型本科大机械系列实用规划教材等类别里更多的相关教材。综合考虑各教材的特点, 我们选择王显正等主编的《控制理论基础》作为授课教材。

7. 成绩评定

目前自动控制原理课学生总成绩以笔试成绩和平时成绩分别按80%和20%比例综合评定。这个评定方法显然不能够全面地衡量学生的真实水平。现在我们结合教学方法和手段的提高, 在学生成绩评定方面不断进行探索, 考虑通过加入实验成绩、大作业成绩和课堂讨论成绩等, 形成更合理和全面的学生课程成绩评定方法。

三、结束语

通过对我校热能与动力工程专业开设的自动控制原理课程教学内容多、教学学时少的问题进行了分析讨论, 分别从课程教学学时、课程内容体系、教学方法、教学手段、教材和成绩评定等方面进行了教学研究。提出了一些建设性的意见和想法, 为本专业该课程的教学改革和实践提供指导。

参考文献

[1]秦魏.自动控制原理课程理论教学研究[J].安阳师范学院学报, 2007, 5

[2]王伟, 申爱明.控制工程基础课程教学改革研究与探索[J].安徽师范大学学报 (自然科学版) , 2007, 2

电阻炉温自动控制原理与特性 篇5

电炉炉温自动控制原理与特性

根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种。电阻炉炉温控制是这样一个反馈调节过程，比较实际炉温和需要炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，去调节电阻炉的热功率，从而实现对炉温的控制。按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用（PID控制），是过程控制中应用最广泛的一种控制形式。

系统控制程序采用两重中断嵌套方式设计。首先使T0计数器产生定时中断，作为本系统的采样周期。在中断服务程序中启动A/D，读入采样数据，进行数字滤波、上下限报警处理，PID计算，然后输出控制脉冲信号。脉冲宽度由T1计数器溢出中断决定。在等待T1中断时，将本次采样值转换成对应的温度值放入显示缓冲区，然后调用显示子程序。从T1中断返回后，再从T0中断返回主程序并且、继续显示本次采样温度，等待下次T0中断。

1)二位式调节--它只有开、关两种状态，当炉温低于限给定值时执行器全开；当炉温高于给定值时执行器全闭。（执行器一般选用接触器）

2）三位式调节--它有上下限两个给定值，当炉温低于下限给定值时招待器全开；当炉温在上、下限给定值之间时执行器部分开启；当炉温超过上限给定值时执行器全闭。（如管状加热器为加热元件时，可采用三位式调节实现加热与保温功率的不同）

3）比例调节（P调节）--调节器的输出信号（M）和偏差输入（e）成比例。即：M=ke

式中：K-----比例系数

比例调节器的输入、输出量之间任何时刻都存在--对应的比例关系，因此炉温变化经比例调节达到平衡时，炉温不能加复到给定值时的偏差--称“静差”

4）比例积分（PI）调节--为了“静差”，在比例调节中添加积分（I）调节积分，调节是指调节器的输出信号与偏差存在随时间的增长而增强，直到偏差消除才无输出信号，故能消除“静差”比例调节和积分调节的组合称为比例积分调节.5)比例积分微分（PID）调节--比例积分调节会使调节过程增长，温度的波动幅值增大，为此再引入微分（D）调节。微分调节是指调节器的输出与偏差对时间的微分成比例，微分调节器在温度有变化“苗头”时就有调节信号输出，变化速度越快、输出信号越强，故能加快调节速度，降低温度波动幅度，比例调节、积分调节和微分调节的组合称为比例积分微分调节。（一般采用晶闸管调节器为执行器）。根据生产现场的运行情况，这种控温方法，精度比较高，系统性能稳定，满足生产的实际需要。主要设备:热电偶或热电阻,智能PID温控仪,可控硅触发调功器等。

炉温自动控制主要的技术特性：

电阻炉消耗电能转换来的热能．一部分由电炉构筑材料及传热的各种

因素而散失到空间去了，另一部分则用于对炉内工件的加热，前面的一部分形成了电炉损失功率，后一部分形成了电炉有效功率。

当电炉开始升温时，炉内砌砖体大量地吸收热量，以提高本身温度，在停炉冷下来时又把这一部分热量散失到空间去；这一部分形成炉体蓄热损失。一台先进的电炉应具有低的空炉损失及高的有效功率。较少蓄热相失。空炉损失的大小是衡量电炉效率好坏的重要指标，空炉损失小的电炉，可以得到高的技术生产率及低的单位电能消耗比。一般工业电阻炉的效率。小型电炉较低一些．大型电炉较高一些，从10—100千瓦的箱式电炉效率约为65-85%，空炉损失约占总功率的35--15％。电炉从室温升到工作温度的时间对电炉的经济指标是有明显影响的，升温时间短则炉子投入正常使用的时间就较长每天的生产率就较高，每公斤工件的电耗量就降低，所以要尽量采用热惯性小的炉衬材料并降低炉体蓄热量来加快电炉的升温速度：炉体的蓄热量对周期作业炉影响很大，尤其是每天一班或二班生产的电炉

对连续作业炉其影响就不明显。加热能力是一台电炉的主要技术指标，加热能力是指电炉的有效功率，从理论计算上在一个小时内能把指定的材料加热到额定温度的最大重量数，以公斤／小时计算。

(5)电阻加热炉基本结构及型式

电阻炉是随着机械工业的发展而发展起来的，由于各种加热工艺及冶炼工艺上的需要，电阻炉是一个品种很多的产品。电阻炉炉体结构，分周期式及连续式二个型式来分别介绍。周期式作业炉。如箱式电炉，台车式电炉、井式电炉等箱式电炉，外壳一般是用型钢、钢板

焊接而成的，小型电炉由于需保持工作面的一定高度，一般均做成带支架的，在箱型壳体下边，有支持炉体的腿或支架。中型电炉因本身重量大及加入炉内的工件重量也大，所以一般均直接在底盘上焊接炉体及砌砖。大型电炉可以在特定的专用的地基上设计成无钢性底盘的结构，而就地焊接砌砖，但这种电炉在安装后不能吊运及移动。

中小型电炉的炉门可用配重及手动装置来开闭，下部一般均有砂封槽，有些炉门上边也设有砂封槽，以保证良好的密封性，炉门关闭时，用压紧装置使炉门紧密的与门框接触，减少漏气。大型电炉可以用电动或气动、液压开闭炉门，电加热元件一般可以在炉膛内左右侧墙上及底面上布置，为了得到良好的热场，最好在护顶上也布置电加热元件，因为炉内工件一般堆放高度不会超过宽度，所以以上下两个方面加热比左右两个方面加更为有效。大型及中型电炉可以在护门上及后墙上适当的布置一些电加热元件，以减少炉内的温差，为了保证炉门口的热损失能得到更好的平衡，可以在较大的箱型电炉上靠炉门口的炉膛长度1/3处作为一个控制区。

通保护气体的炉子应设有保证安全运行的必要装置及良好曲密封性。井式电炉一般均为园筒形炉膛，内径一般最小为600毫米，大小了，安装维修时不方便；炉壳用型钢作为骨架再焊上钢板，小型炉盖可用手动机构开闭，大型及中型的可用电动或液压等机构开闭，高度与直径好比在1一1.5的电炉工件一般放管在炉膛底部，高度与直径比在2以上时。工件大部用吊挂方式，吊于炉口内或炉上外部的专用吊架上，控制区的设置一般以直径的1—1．5倍为一个。在温度控制要求

不高时．有时一个控制区长度达到直径的2倍。

可控气氛箱形多用炉。一般在结构上是分为前室及炉膛、冷却槽，前室由型钢及钢板焊成的密封空间下边与冷知槽相连，上边为设有水冷壁的空气冷却室。中间有通过工件的轨道及上下升降的料架，由顶上的气缸来操作(可电气动或液动)下降时工件进入冷却槽，进行快速冷却或等温淬火、上升时工件在上边气氛中缓冷。

炉膛在前室后边，中间 有一个炉门隔开，进料出料时。炉门由上部气缸打开。炉膛由抗渗碳砌成。电加热器两种形式，一种是由高电阻合金板材制成；为了消除表面积炭形成短路，加热器面涂上专用的高温绝缘釉；另一种为辐射管式的，水平或垂直的插入炉赌中，管中用大切面园形电阻线组成金属发热器。炉内具有强通的风扇，炉子前面为一个推料装置，用以向炉内进出料，电炉附有气体发生器或直接向护内滴注有机液及碳势控制设备。

原创文章版权归丹阳市恒力炉业有限公司所有

性质：采用电加热元件(电阻体)将电能转换为热能的一种加热设备。可分为卧式(箱式)，立式(井式)，管式等。发热元件——电热丝(棒)安置在炉膛内，可将热量直接辐射给坯体。发热元件：温度较低的电阻炉(小于1000℃)为高电阻合金丝；中温电阻炉(小于1450℃)为硅碳棒；高温电阻炉(小于1750℃)为二硅化钼棒；超高温电阻炉(约2000～2200℃)为氧化锆棒(一般低于1000℃时，采用预热装置)。在真空、氢及惰性气体等保护气氛条件下可用钼丝、钨丝及石墨等发热元件，温度可达1700～2800℃。电阻炉占地面积小，使用方便。主要用于实验

刍议自动控制原理教学改革与实践 篇6

【关键词】自动控制原理；教学改革；教学实践

1.引言

各个相关的高校对于自动控制原理这一门课程的教学都是相当关注和重视的，为此他们通过对教育部指定的教材或者是自编的教材进行了精选，还对授课教师做出了精细的挑选。也有个别高校创设了省市级别或者是国家级别的精品课程，并制作了多媒体课件，这种种手段都是为了自动控制原理教学的改革和实践做准备。而自动控制原理教学的改革和实践也一定会为这一门课程注入新的力量和生命，为我国的自动化专业提供可行的理论支撑和人才力量。

2.自动控制原理教学的特点和改革的必要性

2.1 自动控制原理教学改革的特点

对于自动控制原理这一门课程的教学而言，其特点可以从三个方面简单地说起：

①自动控制原理这一门课程要求它必须要有直观的工程背景。到目前来说，自动化控制已经在农业、工业、航空、军事以及社会科学等各个领域都得到了广泛地应用。由此可见，学生在对这一门课程进行学习的时候往往都没有对其应用的领域有一个直观且感性的认识，学习缺乏主动性，再加上没有实践的机会，使这门课程和现实相脱节[1]；

②自动控制原理这一门课程所涉及到的理论知识比较多。在对各种控制系统的数学模型进行建立的时候需要涉及到电学、光学、力学、热学等物理方面的知识，也需要有电机、电路和电力电子等方面的知识，还必须要具备非常熟练的建模能力和运用繁杂的知识解决实际问题的能力。由此可见具有扎实的数学功底是学好这门课程的关键，这就要求学生必须具备良好的数学素养[2]；

③自动控制原理这一门课程包含了很多的图形。像是根轨迹图、对数坐标图、极坐标图和工程应用原理图等，这些图形会使教学的直观性更强，但它会消耗更多的教学时间。

2.2 自动控制原理教学改革的必要性

根据上述所说的特点，关于自动控制原理教学的改革是势在必行的。因此采用传统的教学方法来对自动控制原理这一门课程进行教学必然不能有效地提高学生学习的效率，也会为学习带来一定的麻烦，使教学实践紧张，教学内容冗杂，教学知识点太难，这样便不能够达到应有的教学效果。由此可见，为了使学生更好地将自动控制原理的基本知识掌握且扎实，也为学生今后的相关工作打下坚实的理论基础，从而解决好教授与学习、理论学习与实践操作、中文教材和外文教材等多方面的问题， 对自动控制原理的教学进行改革是势在必行的。笔者认为对于这一门课程的改革需要从教学的目标还有教材、教学方法、教学实践等方面来进行。

3.自动控制原理教学的改革与实践

3.1 优化教学的内容，培养学生的系统思维

在具体的教学当中需要对自动控制原理的教学内容做出优化，以此来避免因为这一门课程和其他课程方面存在着共同性而过多地浪费学生的学习时间。因此，在具体教学当中，相关的教师需要全面了解所学专业学生的所有课程，重点突出本门课程的重点，将自动控制原理这一门课程与其他课程相通的地方简要带过。对于自动控制原理原理这一门课程来说，其教学的主要内容应该对系统的控制理论和控制方法做出简要的讲述分析和反馈，除此之外还需要对根轨迹发、时域法以及频域法等三大经典方法和线性系统的矫正方法做出重要的讲解。在理论分析上，自动控制原理需要更加注重工程的定义、工程的物理意义和工程的实际应用，因此需要对这一方面的内容做出详细的阐述。在对学生的培养上，需要积极培养学生的系统细微方式和系统创新能力[3]。自动控制原理这一门课程的主要研究对象是负反馈系统，所以其学习的内容是对负反馈系统的设计与分析。因此，在具体的教学当中需要在这个基本的框架下系统地展开思维的练习，教师需要注重紧抓课程的关键，对学生系统思维方式进行训练，在实践过程当中遇到新的系统时，学生便能够更好地自主对该系统进行分析和控制。

3.2 将理论结合实践，激发学生学习的兴趣

使自动控制原理的理论和实践更好地结合起来，不仅仅需要有严密的理论体系，更要有生动可行的工程实例。在具体的讲授当中，教师需要更加重视对基本方法的介绍和对基本概念的讲解，最好要在对理论的推导过程当中将工程实例的应用概念引出，这样便能够和实际的工程紧密地结合起来。而在具体的教学当中将人工实例加入进来可以增加学生学习的兴趣和学习的积极性、主动性。举例来说，比如在对PID控制进行讲解的时候，教师可以将温度控制结合起来，以此来讲解工程PID参数整定的实例，然后再将调节器的正定参数按照先比例后积分再微分的程序置于一些经验数值之后，然后进行给定位扰动，对系统过渡过程的曲线做出观察，如果曲线不够理想，那么对调节器的相关值做出调整，如此进行反复的凑试，这样方便寻找最佳的正定参数，直到控制质量和所要求的相符合为主。这样通过具有实际意义的讲解能够使学生对于自动控制理论这一门课程讲解的理解更加的深入[4]，并且在学生对课程进行深入理解的同时，也将其自主学习自动控制理论的兴趣激发出来，如果学生自身足够优秀的话，还能够自愿地区参加大学生科研立项，对相关的单片机和微机原理课程进行自学，从而实现对最终目标的控制。因此，在理论联系实际的同时，更需要注重对学生工程思维习惯的控制和培养，对符合工程参数的选址进行强调和合理估计，将工程经验进一步建立起来。

3.3 强化实践环节以提升学生的综合实力

实践教学是对理论知识的一种验证，对于培养学生的动手能力具有十分重要的意义，而对自动控制原理进行实践教学更是培养学生自主创新能力和科研能力的一个最为重要的环节。对自动控制原理进行实践教学可以采用自动控制原理的试验箱，对典型环节和典型的电路模拟分析课程进行开设，还要安排好关于闭环电压控制系统和聘礼特性的测试以及系统参数的确定工作。要做好关于根轨迹的矫正工作和频率矫正工作，做好系统串联的矫正工作，紧抓转台反馈系统，和状态观测器等基本实验，这样能够将学生对基础知识的理解和认识加深，更加方便锻炼学生的动手能力。在对基础实验进行强化的同时还需要设计一些必要的综合性质的试验，这样可以利用实验室的硬件环境，对典型的控制系统做出研究和分析，比如水位的控制系统、直流电机的调速系统、温度的监控系统等，只有让学生将所学到的所有原理和知识综合运用在一起，才能够培养起学生利用科学分析方法解决实际问题的能力。可见设计性试验可以强化教学实践的环境，对于提升学生的综合实力具有重要意义。

4.结语

笔者在本研究当中主要针对自动控制原理教学的改革和实践方面的问题做出简要的分析和探讨，文中笔者也涉及到了一些自己的主观看法和主观见解。笔者认为，针对自动控制原理课程教学的改革和实践来说，最好要通过对教学课程的设置，对教学实践的合理安排，对教学课本的合理利用等方式来充分发掘学生的潜能，只有这样才能够更好地促进这一学科的发展。

参考文献

[1]田思庆，吴桂云.“自动控制原理”课程的教学研究与实践[J].电气电子教学学报，2011，15（1）：264-265.

[2]唐超颖，姜斌.“自动控制原理”课程的探究性教学实践[J].电气电子教学学报，2013，8（6）：25-26.

[3]吴晓蓓.“自动控制原理”课程讲授的几个要点[J].中国大学教学，2014，10（9）：382-383.

《自动控制原理》教学模式探索 篇7

目前, 我国许多重点大学都把建设高水平研究型大学作为奋斗目标, 其目的就是要培养现代社会需要的高层次人才。研究型教学理念的提出, 在教学改革方面打开了一扇窗户, 提供了一个新的思路。曾经有人问诺贝尔物理学奖获得者格拉肖:“你认为培养一个杰出的科学人才的关键是什么?”, 他回答:“我认为关键在于让年轻人停止当学生, 使他们开始成为研究者”。想一想, 他的话确实是有一定道理。大学里传统的教学型授课模式已经很难满足人才培养的需要, 本科生教育由教学型向研究型教学模式的转变是研究型大学向高水平发展的必然趋势。

2 研究型教学的特点

研究型教学是相对于以单向性知识传授为主的教学型模式提出的, 它是指将学习与研究融为一体的教学体系。这种教学模式给学生更大的发挥空间, 可以充分发挥学生的主动性, 他们不再是单纯的被动接受, 而是变成主动思考、提问、设计和实施等。与教学型为主的教学模式相比, 研究型教学具有以下特点。

2.1 学生的主体地位

对学生来讲研究型教学就是由被动式学习变成主动式学习, 学生是教学活动的主体。研究型教学的目标不仅仅是向学生传授知识, 更重要的是教会学生学习和研究问题的方法, 培养学生发现问题、研究问题、解决问题的能力。在整个教学过程, 应充分发挥学生的主动性, 由传统的教导式变为自主式、对话式、探究式, 在教学过程中自始至终离不开学生的参与和积极的探索活动。

2.2 老师从主导变成引导

对老师来讲研究型教学就是由传授式教学变成互动式教学, 老师不再是教学过程的主体, 从主导地位变成引导地位。尤其在学生探索未知领域和社会实践等活动中, 教师要起到组织、引导、启发的作用。

2.3 教学与研究的有机结合

研究型教学强调以探索和研究为基础的教学, 坚持教学与研究有机结合, 在研究中学习。具体内涵是, 注重在探索和研究的教学过程中激发学生的求知欲、好奇心和学习兴趣;强调与学科发展保持紧密联系, 以此保持教学内容的新颖、增强教学活力[1]。教学与研究的有机结合, 是世界一流研究型大学教育和教学的普遍做法。

3 研究型教学方法探讨

研究型教学模式可以是多样化的, 但概括起来, 主要包含两个基本内容:一是以研究为本的学习模式;二是学习过程与研究实践相结合的课程体系。《自动控制原理》课程的特点是理论性较强, 又与工程实践结合比较紧密, 如果完全由学生自主学习, 会有很大的困难。结合《自动控制原理》课程自身的的特点, 按照研究型教学的目标, 本文着重在以下几方面进行了探索:

3.1 定理公式的讲解

《自动控制原理》课程中的定理和公式较多, 很多定理公式通常要有较繁琐的推导过程, 也比较抽象。在以往的教学过程中过于强调数学描述与推导, 忽视了数学推导与工程实际的关系, 忽视了解决工程实际问题的本质需求, 使学生对原理的掌握仅仅处在一种“数学层面”上的理解。学生普遍觉得理论知识与实际问题脱节, 不知道这些理论应该怎样在实际中应用。在教学过程中, 我们结合专业领域的控制问题, 从实际问题入首, 提起学生的兴趣, 引发学生的思考, 之后再逐步深入进行讲解。例如在讲解控制系统的数学模型时, 针对热能与动力工程专业的学生, 结合目前研究的科研课题方向, 提炼出工程实际应用实例。具体以柴油机综合控制系统中的电子调速系统作为例子, 首先讲解控制系统的组成结构, 并将柴油机速度控制系统数学模型的简化和分析过程贯川在教学过程中, 引导学生怎样从问题入手, 解决实际问题, 这样不仅可以使学生更具体地理解理论知识, 而且可以增强学生的实践性认识, 收到了较好的教学效果。

3.2 提出论题, 课堂讨论

培养和提高学生分析解决问题的能力是现代大学教育的重要理念和思想, 教师在教学过程中应充分注意采用灵活多样的教学方法, 激发学生的学习激情和兴趣, 鼓励学生大胆提出问题, 并引导他们去思考、探索和发现。为此, 本课程开展讨论式教学, 由学生或者老师提出论题, 鼓励学生在课堂上发表不同的见解, 提出不同的解决方法, 形成思维碰撞的火花, 在老师与学生之间形成思想上的互动。使学生在讨论中学习和提高, 把所学知识灵活运用, 达到举一反三的目的。例如提出一个问题, 把学生分成几组收集资料, 提炼观点, 提出解决问题的方法。可以先组内讨论, 再课堂讨论, 教师点评, 最后教师总结发言, 对学生做出正确的引导。学生通过自身的参与, 提高学习的主动性, 同时也为学生的创造力和想象力的发挥提供了更广阔的空间。

3.3 充分运用现代化教学手段, 丰富教学形式

采用先进的计算机多媒体教学, 是提高《自动控制原理》课程教学效果的重要手段。利用多媒体编制《自动控制原理》课件, 通过对文字、图像、动画等信息处理, 形成图文并茂的多媒体教学软件, 将学生带入一个形象、具体的环境, 使教学的概念实体化, 增加课堂的形象性和感染力, 活跃课堂气氛, 激发学生的学习积极性, 也有利于教学内容的理解和掌握。多媒体教学在一定程度上弥补了传统教学在直观性和动感性方面的不足, 取得了传统教学方法无法比拟的效果。多媒体教学不仅能大大提高课堂的教学效率, 也使学生巩固了所学知识, 开阔了思路, 促进了教学内容的讲授和教学质量的提高。

此外, 建立网络平台也是一种方便的现代化教学手段。利用学校的资源, 我们建立了《自动控制原理》课程网站, 可以实现课件下载, 实时测试, 网络教学, 在线答疑交流等, 有效的利用网络资源, 实现资源共享。网络平台突破了时间和空间的限制, 使学生可以自由地学习并共享优秀教育资源。

3.4 开设研究型的实验室

《自动控制原理》是一门理论性较强的工程科学, 同时又具有很强的实践性。从以往的教学经验来看, 学生学懂这门课不很难, 但是深入透彻的理解并将它应用到实践中确实不容易。在理论学习中增加实验内容, 可以大大加深学生对理论的理解, 激发学生的学习兴趣。

但是, 传统的实验环节通常是设定的题目, 设定的环节, 没有给学生发挥的空间。实际上《自动控制原理》中很多知识都需要灵活运用, 才能深入理解, 举一反三。在基本实验教学基础上, 可以把实验平台分成三个层面:基础实验平台、仿真实验平台和研究型实验平台。建立开放式的实验平台, 让学生通过理论知识的学习, 自己设计实验方案, 在仿真平台上进行仿真检验和修订, 最后在研究型实验平台上验证设计的方案。从而使学生有更大的发挥空间, 充分发挥学生的主动性, 体验到学习和创新的乐趣。

4 建设一支高素质的教师队伍

要培养学生的创新能力, 建设研究型大学, 必须要有一支高水平的教师队伍。知识的传授、学生能力的培养和素质的提高, 都需要教师精心培养和正确指导。高等学校的高水平教师, 往往都在科学研究方面有所建树, 他们不但具有严谨的工作态度、科学的研究方法, 而且具有强烈的创新精神和创新意识。这样的教师授课, 视野广阔, 教学内容直接接触科学研究前沿, 学生在这种氛围的熏陶下, 创新精神和创新意识会得到潜移默化的增强。因此可以说, 高素质的教师队伍是研究型教学模式的转变的必备条件。

研究型教学模式的建立需要进行大量的研究与探索。研究型教学模式的建立, 还需要对教学管理模式和教学运行机制等配套的改革也提出了新的要求。因为研究型教学势必要求课程教师有更多的投入, 教师的投入方式也呈现多元化, 那么如何对课程教师的投入进行合理的评价?如何对教学效果进行合理的评价?如何建立有效的激励机制鼓励教师开展研究型教学?等等, 都是值得我们进一步探索研究的问题。

参考文献

[1]陆小毛.高贵临探索研究型本科教学体系, 提高现代农业人才培养质量高等农业教育.2007-9, 9:26-2.

[2]仵春, 李珊珊.浅议美国研究型大学的大学职能.决策论坛2007, 17.

“自动控制原理”教学改革探索 篇8

对于“自动控制原理”课程教学的重要性, 相关高校给予了高度的重视, 通过有针对性地自编教材或精选教育部指定教材, 由有十年以上教龄的具有丰富教学一线经验的教师担任课程的主讲教师, 制作生动的多媒体课件, 创建国家级、省市级或校级精品课程等方式, 进行了大量的教学改革探索与实践, 取得了丰富的教学研究成果[3,4,5,6,7]。

本文将结合北京信息科技大学的实际情况, 分别阐述“自动控制原理”课程教学的特点、改革的必要性以及改革的措施。

一、课程教学的特点

1.“自动控制原理”课程的特点。“自动控制原理”是一门理论性很强的课程, 基础数学中的微积分、复变函数与积分变换等知识贯穿其中。另外, 进行控制系统建模时根据被控对象的不同, 需要电学、力学等物理知识和电路理论、电机理论等专业知识。在整个课程体系中, 需要严谨的数学推导与计算, 这些都要求学生具有较高的数学基础。

“自动控制原理”是一门实践性很强的课程, 广泛地应用在工业生产过程、军事国防、航空航天等各个领域, 具有实际的工程背景。另外, 在国家宏观经济调控、人口计划生育等社会科学中也体现了本课程的基本思想。所以, 如果学生在学习中没有对课程知识的应用有感性的认识, 则会造成理论与实际的脱节。

“自动控制原理”也是一门综合性的课程, 既要求学生有较好的数学基础能进行数学分析和计算, 又要求学生具有一定的自主设计控制系统的能力。同时, 课程大量使用图形与计算相结合的方法, 也要求学生具有一定的绘图能力。

2.学生的实际情况。目前, 北京信息科技大学自动化专业在北京以及全国大部分省份是本科一批招生, 只在个别省份是本科二批招生, 所以可以保证生源质量。但由于北京市的一本录取率较其他省份高很多, 所以北京的生源质量不如其他省份高。又由于生源地为北京的学生普遍没有找工作的压力以及读研究生深造的想法, 所以大学期间学习的积极性不高, 对未来没有危机感, 在一定程度上影响了整个专业的学习氛围。

二、教学改革的必要性

鉴于以上特点与问题, 如果采用传统的方法进行教学, 不可避免会造成学生平时学习效果不好, 只靠期末考试前突击复习的后果。因此, 为了使学生较好的掌握“自动控制原理”的知识, 为以后的职业生涯打下坚实的基础, 也为更好地解决教学环节的相关问题, 必须进行教学改革与实践。

三、教学改革的措施

围绕“自动控制原理”课程的教学, 北京信息科技大学自动化学院进行了一些教学改革尝试。

1.严肃课堂教学纪律。针对部分学生学习积极性不高、课堂出勤率低的问题, 采取了严格的课堂考勤制度, 把关请假情况, 并执行缺勤时间超过总课时的三分之一即没有考试资格的规定, 严厉打击各种旷课、迟到、早退的现象。对上课时学生不专心听讲玩手机的学生进行及时提醒, 必要时暂时没收手机。

2.课后补充扩展。对于基础好、学有余力、渴望继续深造的同学, 在课后安排额外时间补充Matlab/Simulink控制系统仿真方面的知识, 让这部分同学在掌握理论知识的基础上, 通过编程仿真的方式进一步学会控制系统的分析与控制器设计。利用微信等新型通讯方式进行灵活的答疑以及常见问题的讲解, 使得学生有问题可以及时询问, 进而得到解答。

3.学期中小测验。由于“自动控制原理”课程学时很多, 包括实验共90个学时, 课程涉及到的知识点多, 彼此有一定关联却又能自成体系。为督促学生能及时地进行阶段性的复习, 不至于将所有复习工作都堆在期末考试前, 在整个教学过程中安排两次小测验。采用开卷考试的形式, 在课后进行习题的简单讲解, 并且给学生分发详细的习题解答, 督促学生能在阶段性的学习之后及时地复习, 并使得学生在作业题的基础上有更多的题型可以用作期末考试复习材料。

4.综合设计题小组答辩。在批改学生作业时发现抄袭作业的现象较严重, 为督促学生独立完成作业, 在学期中段安排综合设计题小组答辩的环节。提前两周布置综合设计题题目, 要求用理论分析和Matlab/Simulink编程的方式进行控制系统分析以及控制器设计。2~3名学生一组, 每个小组选一名学生进行3~5分钟的讲解, 之后所有小组成员回答问题, 对小组全体以及每个成员进行打分。最终从全部小组中选出3~4个优秀的小组在课堂上进行讲解, 教师和全体学生提问, 并且教师就过程中学生遇到的问题和不足进行讲解, 通过对优秀小组学生适当加分的方式对其进行激励。

四、教学改革的效果

比较近几年自动化专业5个班近150名学生的期末考试成绩, 在考题难度基本不变的前提下, 平均分有稳步的提高, 尤其是在90~100分数段区间内, 学生人数从无到有, 并且有逐渐增加的趋势, 而50~59分数段内的学生人数逐年减少。显然, 通过新式的教学改革尝试, 对专业兴趣浓厚、学有余力的学生能更加扎实地掌握课程所学内容, 并且能进行灵活运用。与此同时调动了兴趣不足的学生的积极性, 并帮助学习吃力的学生达到课程要求。在后续的教学和实践环节以及毕业设计中, 也能明显地感觉到学生在“自动控制原理”课程上打下的基础并发挥着积极作用。

五、结语

“自动控制原理”课程是自动化相关专业重要的专业基础课程, 课程知识点多, 理论与实际相结合, 学生学起来有一定的难度, 所以针对北京信息科技大学的实际情况开展了一系列教学改革措施。在课程开始阶段给学生打好预防针, 在课程中间阶段及时地督促学生, 使学生有一种紧迫的危机感。这样在课程临近结束的时候学生才能较好地掌握基本知识, 顺利地通过期末考试。只有紧追时代的脚步, 通过教学改革与创新因材施教, 牢牢把握学生观念思想的变化, 才能进一步提高“自动控制原理”的教学质量。

参考文献

[1]Katsuhiko Ogata.Modern Control Engineering (Fourth Edition) [M].北京:电子工业出版社, 2007.

[2]刘小河.自动控制原理[M].北京:高等教育出版社, 2014.

[3]徐颖秦, 潘丰.自动控制原理立体化教学新体系的探索与实践[J].电力系统及其自动化学报, 2012, 24 (2) :152-155.

[4]周武能, 石红瑞.自动控制原理教学改革与实践[J].教学研究, 2010, 33 (1) :63-66.

[5]王万良.“自动控制原理”课程教学中的几个关键问题[J].中国大学教学, 2011, 33 (8) :48-51.

[6]陈雪波, 欧阳鑫玉.自动控制原理教学中的关联教学实例[J].中国科教创新导刊, 2012, 13 (25) :110-111, 230.

自动控制原理教育 篇9

自动控制原理作为自动化及相关专业的一门重要的专业基础课,是一门理论性很强的课程。同时,该门课所研究的领域也是学生从未接触过的知识。为了使得学生能够在学好理论的同时将其运用到实际中,激发兴趣,强调过程考核,并且提高考试成绩和及格率,突出教学重点,对这门课实施考试改革以配合教学改革[1]。通过考试改革可以带动教学改革进程,构建融会贯通、紧密配合、有机联系的课程体系。

2 自动控制原理课程考试改革的内容

2.1 课程内容的整合与优化。

为了培养学生的学习能力和实践能力,同时检查教学效果,在一些章节后组织编排综合型的题目,让学生以小论文的形式提交,将其成绩记录到期末总成绩的平时成绩中。这门课的教学内容可以分成两大部分内容的研究:前三章为控制系统的时域分析,偏重经典理论的研究;后两章为控制系统的频域分析,偏重工程实际应用。针对这样的内容特点,安排两次大作业,让学生对一个生产生活中的实例从时域分析和频域分析方法入手分析系统的稳态过程和暂态过程。针对这样的能力考核,在平时教学中,从基本概念、基本分析方法入手,结合生产和生活中的实例,以时域分析方法为主线,时域分析和频域分析并进,利用直观的物理概念,使学生充分理解系统参数与系统指标之间的内在联系,由浅入深地引导学生理解和掌握古典控制理论的精髓。把知识能力的考核放在首位。

2.2 由考试改革决定的教学方法和手段的改进措施。

实践环节中改变以往由教师命题的一贯做法,在学期末,安排一次综合性实验,题目学生可自选,也可从教师提供的试题库中抽题,所选题目需具有一定的综合性,采取自愿参加考试的方式。该部分的成绩由五个等级构成,即不及格不加分,及格、中、良好、优秀会分别在在期末总成绩中加相应的分数,建立一个具体的评价指标体系。这样的考核方式可以给一部分在及格线边缘的学生一次到达及格线的机会,给一部分要提高成绩绩点的学生一次提高总成绩的机会,给一部分争取奖学金的学生一次到达优秀成绩的机会,给分布在每一个分数段的学生一次积极改进的机会,激发他们的学习热情,同时能够有效的提高及格率。

2.3 知识点的考核。

笔试考试由全闭卷改为半开卷:改变原有的纯粹的理论考试,把笔试试卷分成两部分:试卷一,基本理论知识的考核,闭卷,占试卷成绩的50%;试卷二,综合能力运用的考核,开卷,可以带查阅过的相关资料占试卷成绩的50%。基本理论知识的考核包括:(1)基本知识模块;(2)数学模型的建立与求解模块;(3)线性连续系统的时域分析模块;(4)线性连续系统的频域分析与设计。

3 考试改革的进程安排

3.1 进行自动控制原理课程考试改革的调研。

3.2 制定出自动控制原理课程综合应用能力考核的评价指标体系。

3.3 编制自动控制原理课程综合性实验试题库。

3.4 在2007级自动控制原理期末考试中进行考试改革方案的试验。

3.5 进行课程考试改革方案实施的初步总结,写出课程考试改革方案实施的初步总结报告。

3.6 修改课程综合应用能力考核的评价标准。

3.7 修改自动控制原理课程综合性实验试题库。

3.8 撰写自动控制原理课程考试改革的探索的论文。

3.9 在2008级自动控制原理教学中实施课程考试改革方案。

3.1 0 进行自动控制原理课程考试改革方案实施的总结,写出课程考试改革方案实施的总结报告。

3.1 1 写出自动控制原理课程考试改革方案的结题报告。

4 自动控制原理课程考试改革的预期成果

4.1 学生学习的主动性得到增强,通过设置选做实验,学生学习

会更加主动,鼓励学生提高综合知识运用能力,不再像以前期末考试前几天死记硬背,造成学的好不如背的好的怪现象。

4.2 学生的创造性思维能力得到了培养,通过完成大作业网上

查阅资料的能力明显提高,大量查阅资料后会超出教师布置的题目范围,大部分学生会对教师的题目给出多种分析结果,甚至会超出所学的范围,突破了思维定势,即教师告诉什么就知道什么的现象。

4.3 学生撰写科技论文的能力得到提高,为以后做毕业设计撰写毕业论文打好基础。

4.4 学生独立分析问题的能力将得到提高。

通过采取半开卷的模式,学生不但需要掌握基本理论,还要学会更好的利用基本理论解决实际问题,强调提高学生的分析,设计能力,及寻求一题多解的发散性思维,强调工程应用背景,立意考查灵活运用所学知识解决实际问题和创新思维的能力,改善了以往学生认为“学了也没有用”的想法。

4.5 制定出课程考核能力与技能的评价指标体系。

4.6 撰写课程考试改革实施效果的调研报告。

4.7 撰写教改论文:自动控制原理课程考试改革的探索。

4.8 提交自动控制原理课程考试改革的结题报告。

参考文献

[1]王艳.自动控制原理教学方式考试形式与实验的改革[J].电气电子教学学报.

自动控制原理教育 篇10

这样的实验方式存在一些弊端:

1.实验设备高度集成学生在开始进行实验的时候, 只是依据给定的电路来连接;对于控制系统的参数, 只是盲目调节电位器值和电容值, 更不知调整的参数对应系统的哪些具体参数, 不能对课堂学习的内容加深理解。

2.实验设备可扩展性差可改变参数有限, 使得综合性实验难以开展。

3.实验分组过大学生参与性差, 自动控制原理实验学时有限, 要想在有限学时里巩固和掌握课堂内容, 是很困难的。

4.自动控制原理课程中有大量繁琐的计算与曲线绘制任务, 实验室里应用示波器, 如频率特性等实验效果不好。

目前高校仿真实验的开发日益增多, 如文献[2]和文献[3]中都对MATLAB软件在课程实验中的应用做了介绍, 本文中根据我校《自动控制原理》课程及实验的要求和实验的条件, 利用MATLAB中的具有可视化编程能力的图形用户界面编程工具、SIMULINK仿真功能和控制系统工具箱中丰富的库函数等, 开发了“自动控制原理”仿真实验平台。

该平台充分考虑了本课程的特点, 基本上覆盖了所要求的实验内容, 用户界面良好, 具有一定的交互功能和仿真运行功能。通过人机对话, 用户可以设置系统的模型, 根据要求该软件可进行图形分析和系统性能指标分析。该实验仿真平台作为课后实验和验证的虚拟仿真环境, 可以辅助教学, 用于课堂演示, 与电子线路模拟实验互相补充, 有效地提高了该课程的教学质量。

一、《自动控制原理》实验仿真平台

1. 仿真实验平台的设计原则

仿真实验平台整体设计采用Windows风格、面向对象的软件开发技术。为了操作简单易懂, 使软件具有可扩展性, 平台的设计过程中遵循了以下原则:

(1) 简单性和一致性设计中保证用户界面使用简单, 易于掌握, 界面元素保持一致性, 这样学生可以很快的掌握实验操作。

(2) 灵活性和可靠性用户能够根据需要进行扩展和补充课件的内容, 保证用户能够正确、可靠地使用并保证有关程序和数据的安全性。

2.《自动控制原理》仿真实验平台的内容

根据《自动控制原理》课程的内容及特点, 结合本人在该课程授课过程中的经验, 如图1所示, 本实验平台所包括的实验分为五大实验模块。

二、实验平台的设计

图形用户界面 (Graphical User Interface, 简称为GUI) 是用户与计算机进行信息交流的窗口, 本文中利用GUIDE创建图形用户界面。在算法上, 充分利用MATLAB控制系统工具箱[4,5], 调用各种控制系统的M函数, 配合编制的用户界面, 用户可以通过某种方式来选择或者激活用户界面上的菜单、对话框以及控件等图形对象来运行一些特定的M文件, 方便地对实现各个实验, 得到期望的实验结果和图形。

软件设计上主要包括界面的创建、数学模型的输入、实验结果的实时显示等。根据实验内容安排, 将实验分为若干小部分, 使得整个软件的层次分明、界面友好。

1. 仿真实验平台的主界面

利用MATLAB6.5版中的图形用户界面设计向导编辑器GUIDE完全进行可视化编程, 即可完成实验操作主界面的创建。在图形的设计过程中, GUIDE提供了下面一些工具:菜单编辑器、对象浏览器、属性编辑器、控件布置编辑器、网格标尺设置编辑器和GUIDE应用属性设置编辑器等。用户将它提供的工具与编程经验结合起来, 可以方便地创建友好的图形用户界面。

实验仿真平台的主界面如图2所示。

实验系统的五个实验模块, 可以通过两种方式来进入各个实验窗口:单击主界面上相应的按钮和通过菜单栏相应的命令, 我们将重点介绍其中的两个实验。

2. 线性系统的时域分析实验

线性系统的时域分析实验过程如下:建立系统的数学模型后, 给定系统输入, 分析系统响应曲线从而了解系统的稳定性、动态特性及稳态特性, 具有直观、物理概念清晰、比较准确以及能提供系统时间响应的全部信息的特点。

以二阶系统的单位阶跃响应为例, 典型二阶系统的传递函数为

进行拉氏反变换就可以得到系统输出随时间变化的表达式y (t) , 当阻尼比取不同的值时, 输出y (t) 不同, 系统的特性也不同, 可以分为无阻尼、欠阻尼、临界阻尼及过阻尼。

根据上述分析, 所设计的实验平台要求能实现下面两个功能:

(1) 可以随时改变值, 得到对应的y (t) 曲线并显示, 所完成的实验操作界面如图3所示, 可以在界面上输入阻尼比的值, 如图3中给定=0.5, 要求绘出系统在欠阻尼情况时的阶跃响应曲线。按下窗体上的“绘图”按钮, 然后按下“确定”按钮, 系统的阶跃响应曲线就会显示在窗口中的坐标系上。

按下窗口中的“grid on”按钮可以在坐标轴上添加网格, 按下“grid off”按钮, 取消网格显示。实验完成后按下“退出”按钮, 关闭该窗口, 返回主菜单, 再次选择要完成的实验。

(2) 可以将几组不同阻尼比时的输出曲线显示于一个坐标系下, 这样学生可以很方便的比较不同阻尼值时系统的阶跃响应特性有什么变化。

在输入阻尼比值时输入多个值, 即阻尼比数组, 就将不同阻尼比对应的一组阶跃响应曲线显示于一个坐标系上, 便于比较分析, 如图4, 在输入阻尼比的窗口中输入一组阻尼比值:0, 0.5, 1.0, 2.0, 则将系统分别在四个阻尼比时对应的单位阶跃响应曲线绘制于一个坐标系内, 四条响应曲线分别代表无阻尼、欠阻尼、临界阻尼及过阻尼的情况, 学生可以很清楚地了解到四种情况时的系统输出情况。

3. 线性系统的根轨迹实验

线性系统的根轨迹实验过程如下:建立系统的开环传递函数数学模型, 绘出系统的根轨迹图, 了解系统某个参数变化时闭环极点的变化过程, 从而分析系统的性能。

给定系统的开环传递函数为, 系统有两个开环极点, 两个开环零点, 根据根轨迹的绘制法则, 系统有两条根轨迹分支。

所完成的实验操作界面如图5所示, 首先在界面上“输入分子系数”和“输入分母系数”窗口内输入建立系统的开环传递函数数学模型, 按下“加载示例”按钮及“确定”按钮, 就可以在窗口上的坐标系内绘出系统的根轨迹图, 两条根轨迹分支以不同的颜色显示。同样可以根据需要选择给根轨迹图加上网格显示或者去掉网格显示。

图6至图8分别给出了控制系统的Bode图实验、控制系统的Nyquist实验、离散系统的脉冲响应实验的操作界面, 实验界面的操作方法与线性系统的时域分析试验及线性系统的根轨迹实验界面的操作方法相同。

三、结论

《自动控制原理》实验仿真平台的开发对学生学好该课程具有很好的辅助作用。与硬件实验相比, 该实验平台不仅具有显示的直观性、实时性与逼真性, 而且操作灵活, 节省了大量的人力、物力和时间, 提高了教学效率。该实验仿真平台通过在我校《自动控制原理》课程教学过程中使用, 效果良好。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理 (第5版) [M].北京:科学出版社, 2007

[2]李文磊, 柳士荣.MATLAB在自动控制原理实验中的应用[J].实验技术与管理, 2006, 2

[3]袁晓梅.Matlab环境下《信号与系统》虚拟实验的开发[J].高等职业教育天津职业学报, 2005, 2

[4]魏克新, 王云亮, 陈志敏, 等.MATLAB语言与自动控制系统设计 (第2版) [M].北京:机械工业出版社, 2004

自动控制原理教育 篇11

[摘要]应用SIMULINK仿真，采用“任务驱动”项目教学法对高职火电厂生产过程自动化专业的自动控制原理课程的教学内容、教学方法、教学过程的组织实施以及考核方式进行改革，可使该课程更具有专业针对性和学生参与性，有效提高教学效果。

[关键词]SIMULINK仿真“任务驱动”课程改革

自动控制原理课程是自动化相关专业的核心课程之一。自动化技术已应用于现代工业的各个领域，针对不同工业领域，其自动化理论又各有不同，例如电力工程自动化偏重于频域分析，而电厂生产过程的自动化则偏重于时域分析，几乎不涉及频域的问题。对于高职教育来说，为了使理论更贴近生产实际，使自动控制原理课程在不同专业更具有针对性，就应打破以往的教学习惯，采用更有专业针对性，更符合高职教育特色的教学方法。

“任务驱动”的项目教学法是建构主义理论中的一种教学模式，是将所要学习的新知识隐含在一个或几个任务之中，学生通过对所提的任务进行分析、讨论，明确它大体涉及哪些知识，在老师的指导、帮助下找出解决问题的方法，最后通过任务的完成而实现对所学知识的意义建构。它是真正实现“职业教育”这一高职教育目标的教学方法。把“任务驱动”的项目教学法应用于高职自动控制原理的教学中去。必将使以往枯燥的理论教学变得形象生动，收到良好的教学效果。本文着重介绍高职电厂生产过程自动化专业的自动控制原理课程改革实践，探索适合高职教育特色、体现专业特点的自动控制原理课程教学方法。

一、课程改革的内容

热动专业的生产过程自动控制理论分析主要采用自动控制理论中的时域分析法，而自动控制理论中较为复杂的频域分析在该领域很少涉及。鉴于高职生的接受能力以及学生的专业特点，该课程的改革将首先在教学内容上进行改革；然后在教学手段上采用SIMULINK仿真的实训环节增加整个教学过程的实践性，以提高学生理论学习的积极性；在教学过程的组织实施上，采用分阶段的“任务驱动”的项目教学使教学内容更具层次性，并且更系统化；最后在考核方式上加入对实训环节的考核，实现对学生的综合素质的考核。

(一)教学内容的改革

改革后的教学内容分为四大部分：控制系统数学模型、时域分析法、工业控制器、自动控制系统设计实例。其中，控制系统数学模型、时域分析法作为重点，而频域分析作为了解性内容，只要求学生知道有此种方法同样可以对控制系统进行各种特性的分析；控制系统的校正则重点讲解工业控制器的控制规律。前三部分是自动控制的基础理论，最后一部分是自动控制原理的应用，应用方面则会选择电厂中的汽包水位控制系统为例，进行系统设计和分析。

改革后的自动控制原理课程最终将服务于热工自动控制系统。在自动控制原理课程中适当渗透一些热工自动控制系统的内容，将使学生在后续课程的学习中得到启发，更符合于一体化课程体系的教学要求。

(二)教学方法的改革

目前，自动控制原理课程的教学方法主要有以下几种：一是传统的教学方法，即“粉笔+黑板”。繁琐的公式推导、系统分析等均是建立在人算基础上。该种方法对老师的教、学生的学两方面都有很高的要求，一般少数本科教学中仍在采用。二是“理论+实训”。随着科学技术的发展，自动控制理论也可以借助现代化的手段丰富教学，不少院校开始尝试应用MATLAB编程的手段对自动控制理论进行仿真，极大地提高了学生的学习兴趣，但应用MATLAB软件主要是应用编程语言来实现仿真，对于没有任何编程基础的学生来说，势必增加了编程方面的难度，除了自动控制基本理论外，繁琐的编程语言成为学生学习的另一障碍。

自动控制原理课程改革将继续汲取第二种教学方法的优点，采用“理论+实训”的教学方法，但是仿真手段全部采用SIMULINK仿真，充分发掘SIMULINK的仿真功能。基于图形化的仿真，不需编程，只需拖动图形化模块，设定初始条件就可进行仿真。实训的目的是为了加深理论学习，采用简单易学的工具，可使学生把尽可能多的精力应用到自动控制理论的认识学习中，而不是投入到软件的使用上，这样更符合教学目标。

(三)教学过程的组织实施

采用“任务驱动”的项目教学法，其实质是把整个教学过程分成若干个任务，知识点蕴含其中，任务的顺利完成就代表着知识的掌握；针对学生的专业特点——热电厂的生产过程自动化，可将教学过程分为几个阶段，每个阶段完成相应的任务。

阶段一：认识自动控制的基本理论。包括典型输入信号、典型环节、一阶二阶系统的时域分析，稳定性分析和误差分析等，通过此阶段可让学生从自动控制的角度去理解现场的自动控制系统。这些基本理论应先作理论讲解，然后SIMULINK仿真，通过仿真验证各种结论。

阶段二：认识并掌握工业常用PID控制器的控制规律和参数整定方法。这是自动控制原理学习中新增的关键环节。对于电厂自动控制系统来说，几乎所有的控制系统都采用了PID控制器。控制器是工业控制的核心，它的控制原理和参数整定至关重要，学习自动控制原理的目的就是掌握控制器，因此，本阶段的任务就是使学生掌握PID控制器的控制规律和参数整定。本阶段的教学主要通过仿真实训来完成，应用SIMULINK构建PID控制器模型，对PID控制器的控制规律和参数整定进行仿真。

阶段三：设计汽包锅炉的水位自动控制系统。该门课程的最终目标是学生能够自己设计和调试一个实际的生产过程自动控制系统，汽包锅炉的给水控制系统是电厂中典型的自动控制系统，让学生设计汽包水位的自动控制系统并调试运行。一方面可使学生对自动控制原理中的基本理论进行综合运用；另一方面，实现理论与实践的完美结合。可激发学生的学习兴趣。这一阶段的任务是仿真设计和调试汽包水位控制系统。电厂中通常采用单级单冲量和串级三冲量两种控制方式相结合的策略，学生通过该系统的仿真设计和运行结果分析，可深刻理解两种控制方式的异同及各自的控制特点。采用SIMULINK仿真后，抽象的控制指标可以清晰地反映在仿真曲线上，以往枯燥的理论学习变得生动有趣，由此极大提高了学生的学习积极性，并全面巩固了学生对自动控制原理的基本理论。

(四)考核方式的改革

改革传统的考核方法。在考试方式上，以往考核都是凭借期末考试一张试卷来评价学生的学习情况。面对素质教育的要求以及社会对培养高素质创新型人才的需求，学校必须改革应试教育的模式，强调和加强学生综合能力的培养。将考试成绩分为“平时成绩+考试成绩+实践成绩”。平时成绩占20％，主要包括学习态度、课堂出勤率、答疑情况、学习的主动性、完成作业情况等；实验成绩占20％；包括做实验、上机、实验报告完成情况及运用所学专业知识解决问题的能力等；考试成绩占60％，为了客观评价教学效果，命题采用A、B卷的形式，多种题型，增加覆盖面。教学实践表明，改革后的考核办法对教师和学生都具有促进作用，有利于教学水平和教学效果的提高。

二、教学效果

自动控制原理课程是高等院校自动化及相关专业的一门重要的专业基础课，教学内容抽象，学生不易掌握。因此，实验教学效果的好坏对学生掌握基础理论知识，提高学生学习兴趣，以至提高整个课程的教学质量都起着非常重要的作用。

通过采用SIMULINK仿真技术进行模拟仿真实验教学，能够把控制系统的抽象概念、动态过程形象地表现出来，便于学生理解掌握。在实践教学中，充分发挥模拟仿真技术的优势，正确处理模拟仿真技术在实践教学中的地位，既加强学生基本功的训练，又提高了学生的学习兴趣，加深了基本理论知识的掌握，取得了良好的教学效果。

通过SIMULINK仿真实验，学生掌握了运用计算机进行系统分析设计的基本方法。计算机对结果显示的直观性、准确性和形象化，对学生更深刻准确地理解、掌握和运用课程内容起到了积极的作用，提高了教学效果，受到学生的欢迎。

综上所述，自动控制原理课程是自动化相关专业的专业基础课，不同专业自动控制理论应用不同。对于电厂生产过程自动化专业来说，需要自动控制原理课程的教学内容更具针对性，教学方法更丰富，教学组织上更系统化。在教学改革中，对教学内容、教学方法、教学过程三个方面进行改革，适当增加SIMULINK仿真的实训环节，采用“任务驱动”项目教学法对教学内容进行组织实施，可大大提高学生的学习兴趣，改善学习效果。对老师而言。也使其从以往的理论推导中解脱出来，用仿真来验证结论，激发了学生的学习主动性。有效提高了教学效果。使高职自动控制原理课程的教学更贴近生产实际，符合高职教育的培养目标。

自动控制原理教育 篇12

关键词：自动控制原理,双语教学,教学改革

引言

“自动控制原理”双语教学改革与实践课题于2009年申请并获得批准后, 课题组成员经过多方面的努力, 在教务处、学院等许多部门的帮助下, 能够顺利进行课题所提出的改革任务。

课题组首先参阅许多兄弟院校所实施的效果和方式, 制定出适合五邑大学学生的研究方案, 并在我院AP08044班电气自动化专业的学生进行了推广应用, 经过实践, 学生有较高的评价。

根据项目所提出的目标, 我们在以下几个方面展开了教学改革和实践。

1 教材的选择

选用合适的教材是推行双语教学的基础, 课题组经过详细分析本校学生的基础, 以及为降低学生的经济负担, 决定学生选用了对译教材, 哈尔滨工业大学出版的双语对译教材, 老师则选用了国外原版教材:《modern control engineering》, 这本书在全世界的各高校普遍采用的一本教材, 该教材具有浅显易懂, 内容新颖。并且该教材有很多设计实例, 有效地改善了中文教材中理论多, 应用少的现状, 让学生发现所学的理论知识可以和机械, 智能控制等多个领域的实际应用结合起来。

经过一个学期的训练, 学生在专业名词的掌握上得到比较大的提高, 并且促使学生要预习本课程的内容, , 掌握程度比非双语教学的效果好。

2 教学模式

针对AP08044班学生的基础, 课题组决定采取由半外形向混合形结合的方式。并且要遵循循序渐进的原则。主要采用中英文互译教材, 并且起初阶段授课过程中对重点的专业词汇和短语对学生进行强化训练, 讲授过程中大部分用母语, 为以后的学习打下词汇基础。如果通过这样的学习, 学生对自动控制原理中的最基本概念, 如控制 (control) 、反馈 (feedback) 、开环 (open-loop) 、闭环 (closed-loop) 、响应 (response) 、稳定性 (stablity) 等基本的专业词汇都应有很好的接受。接着对重点难点内容大部分的板书和讲解用汉语, 对理解起来比较容易的部分则采用大部分英语授课。最后, 尝试大部分板书和讲解用英文, 让学生接触原味的英文教材, 并逐步实现全英文授课。

根据学生的实际英文水平和开展双语教学的不同阶段确定在教学中英文所占的比例。一开始板书10%英文书写, 学生作业20%英文完成;接着板书30%英文书写, 学生作业50%英文完成;最后板书50%以上英文书写, 学生作业70%英文完成。但在实践的过程, 学生用英文进行作业显得有点困难, 所以作业要求分两部分要求, 英文作业只是规定部分基础好的学生进行, 其他可以用中文完成。

3 课堂授课方式

在课程开始之初, 由于学生对于自动控制原理课程一些基本专用名词、基本概念不太熟悉, 因此对于新讲授的内容和概念, 以母语教学为主, 板书可用英语;每次新课之前的复习, 可以用双语教学的方式做简单的复习;每一章节的复习, 采用多媒体英文课件, 以对比的方式体现同样的教学内容在不同的教学模式下的效果。

双语教学尽可能的使用多媒体教学。利用课前准备的多媒体课件, 在课堂上利用更多时间和学生交流, 展开互动教学。在开课之前将课程的重点和难点告诉学生, 让学生先预习, 并提供学生几本中文参考书, 让学生阅读。尽量鼓励学生用英语回答问题, 做作业。同时, 教师在课堂中多利用MATLAB实现课程中的知识点, 提高学生的积极性和兴趣, 达到理论教学和实验教学相辅相成的目的。在实践的过程发现, 这种方式对于好的学生实施起来并不困难, 但对于成绩差的学生, 他们有产生厌学的状态, 我们立刻要采取相应的措施, 尽量保证部分学生能参与该课程的改革, 并且也为了保证教学效果。

4 结论

本课题的研究在我院AP08044班电气自动化专业的学生进行了推广应用, 效果可以, 但也存在很多问题, 但实践的过程证明, 自动控制原理课程的双语教学是可行的, 达到课题组所设想的目的。为了能把“自动控制原理”课程的双语课程进行得更好, 我们要进一步推广课题的成果:

4.1 继续研究双语教学的教学方法和手段, 不断深化教学改革。

4.2 进一步完善双语教学的电子教案。

4.3 能编写相应的双语教学讲义。

4.4 能利用学校所提供的网络教学平台完成网络教学。

参考文献

[1]王东云.自动控制原理双语教学改革的实践与探讨[J].北京大学学报 (哲学社会科学版) , 2007:222-223.

[2]谢莉萍, 陈玮, 章云.精品课程“自动控制原理”的教学改革与实践[J].广东工业大学学报 (社会科学版) , 2008 (2) :31-32.

[3]曹霞, 王建生等.试论高校实施双语教学的挑战与对策[J].中国高教研究, 2002:94-95.

[4]高国, 陈友好.自动控制原理 (第二版) [M].广州:华南理工出版社, 2004.

[5]Katsuhiko Ogata.Modern Control Engineer-ing[M].Pearson Education International, ForthEdition, 2002.