自动控制原理范文10篇

自动控制原理范文篇1

关键词：控制基本原理；课堂；教学

自动控制理论的蓬勃发展开始于二十世纪三十年代，但真正进入大学课堂却是在二十世纪五六十年代，它的诞生为高等学校带来了全新的生命力。自动控制原理课程的专业知识覆盖面广，教学内容多，应用性非常强，对于学习者形成系统和工程的思想有着非常重要的作用。目前，自动控制原理课程已成为自动控制类专业最主要的专业基础课之一，其内容涉及:手动体系的基础组织与构造、手动体系的特性指数以及手动体系的种类和特性、手动体系的分析方式(时域法、根轨迹法、频域法等)以及工程设计方法等。该课程的设立目的主要是为了训练学生的专业素质以及设计、分析系统问题的能力，在自动控制类专[2]业的课程体系中，占据非常关键的地位。自动控制原理课程对数学和自然科学的应用能力要求很高，通过该课程的学习，能够为日后处理实际工程问题打下重要的理论基础。在新型工科背景下，如果学校仍然采取以教师为主体的传统教学方法，那么将很难培养学生处理复杂工程问题的能力。专科类院校学生的动手能力相对较强，但基础知识薄弱。根据这类院校学生的实际状况，为培养学生学习的主动性，增强学生处理复杂实际问题的能力，在教学模式与教学手段等方面都必须作出改变。

1.课堂教学中存在的问题

⑴学生的综合知识能力相对薄弱。该教程主要涉及到了高中数学、复变函数、大学物理、集成电路等的基本知识，并涉及大量公式推导，学生在学习过程中往往感到内容简单乏味,无法很好地将知识融会贯通。⑵学生学习目标不明确。学习者往往很难认识到自动控制学科在工程实际中的潜在意义，只重视教材中简单公式化的习题，从而造成学生在实际学习过程中无法正确理解所学理论知识的实际应用。⑶配套教材的缺乏。目前，该课程的教材大都基础理论性较强，复变函数等基础数学领域的专业知识以及集成电路等基础知识较多，能够完全符合新工科特点的内容相对较少，教材中涉及处理复杂工程问题的介绍尤为稀少，基本上都是根据传统理论知识点设置。尽管任课教师采用了一些新颖方式开展课程，比如，在课程讲解过程中，把典型的炉温、液位高度及其调速系统等知识点穿插其中，帮助学生深入了解课程内容，从而训练学生独立分析问题并解决矛盾的能[3]力，但是，由于教材中并无这些知识点，教师只能讲解一些与之相关的较为简单的知识点，因此，很难训练学生独立处理复杂工程问题的能力。⑷教学方法简单、成效不理想。教师在教学中广泛运用了多媒体技术，形象展现了教学中的公式推理等内容，但教学中其他教学内容还是需要更为多样化的教学手段进行生动呈现，这样才能达到相应的教学效果，激发学生的学习兴趣。另外，由于考试方法陈旧传统，很难反映对学生创造力的训练效果，和新工科理念也不太吻合。⑸实践环节的创新程度不足。课程实验环节中没有实际研究对象，只在试验箱和模拟软件上进行现场模拟试验和演示性试验。而且，由于试验设施不够，很难适应新的工科专业课程规划要求。

2.教学改革

自动控制的原理课程的学习是自动化学习者从高中阶段到大学阶段认识事物的最关键的一次分水岭，学习者第一次被引导从“系统”而非“部件”的角度去认识事物，所以，课程与教学方法的选用就变得尤为重要。按照新课程目标，应逐步构建以学生为中心，老师进行引导的新型教学方式。任课教师通过设置当下热点控制问题，并指导学生自己发现问题，以充分调动学生积极参与研究的热情。老师在课堂中除了要有清晰的工作思路，仔细总结教学内容，用心搜集资源、案例、图片动画，把优质的多媒体导入课堂之外，还要重视教学内容和课堂技能改革。自动控制原理课程具有理论性、实用性、系统性强，涉猎面宽,概念抽象等特征，学生在初学起来一般觉得很麻烦，是教师应注意引导，激发学生的学习兴趣。工科学生喜欢逻辑性和连贯性较强的练习，在实际课堂教学中，不少学生往往会因为有一个知识点掌握不好而长时段停滞，甚至赶不上教学进程。这时，老师就一定要重视并能及时发现这个现象，通过有效沟通，指导学生跟上步伐。工科的大部分学科都需要通过预习与复习巩固，但现在的学生常常由于各种因素而做不到这点，这就对任课教师提出了更高的要求。老师们必须在教学中经常把前后知识点串联起来,要善于在学生的困难中找到问题实质，善于帮助学生从问题和困难中走过来，从而赢得学生的信赖，营造良好、高效的学习气氛。随着控制理论的发展和计算机的广泛应用，新型的控制方式和测控手段也越来越多，针对职业教育的特点，教师应打破按照知识体系教授课程的传统方式，突出职业能力培养，以学生将要从事的岗位所需的职业能力为目标，以岗位需求为导向，以岗位技能对应的职业资格标准为依据，充分进行校企合作，进行基于工作过程的课程开发与设计，既要保证职业岗位所需技能、相关知识、职业素质的需要，又要注重与后期专业课程内容的衔接；教师应以真实工作任务或产品为载体组织教学内容，在真实工作情景中采取项目导向、任务驱动、工学交替等教学模式。在教学过程中，教师应把古典控制理论和现代控制理论紧密结合在一起讲解，并着重介绍现代控制理论的基础和应用，提高讲授内容的系统性。只有在课堂教学过程中不断探索不同的教学模式，善于总结经验，并在教学实践中进行检验与提高，才能真正改善教学质量，培养出优秀的人才。另外，教师在课堂教学过程中应加强控制理念，减少过程推导，对控制系统的基本概念、原理、分析方法等进行重点讲解，注重培养学生将课程与学科实际相结合的能力。

2.1教学模式改革

运用超星学习通等网络平台，进行线上线下混合式教学。超星学习通平台相比其他互联网教学平台有许多优势：⑴搜索功能。海量的课程资源可以通过网页搜索一键搜索获得，其中包含了各种电子书、杂志、文章、报纸、专题、音频等，学习者可以按照自身对课堂内容的需要搜索自己所需要的资源；⑵数据同步。学习通与电脑远端网络教育平台学习数据同步，包含建课数据、课程数据分析、教学交互统计等；⑶社区功能。学习者采用账号方式实名注册，可以加入同校之间、跨校之间的网络社区,参与各种课程兴趣小组等。任课教师还可以自制浓缩教学精华的微课件，上传到学习通教学空间，便于学习者在课后观看，巩固课堂知识点。另外，教师还可以在超星学通平台制作引导研讨的微课程，通过编写研讨提纲与要求，让学生课后利用微课将研讨场景搭建出来，自主练习，提供研讨素材。实践教学中，任课教师总是耗费大量时间给学生讲述试验目的、试验机理、试验过程等，实际给学生的实操时间非常少。但是，通过利用学习通网络平台，教师可以直接把试验内容制成微课件或直接共享网络空间中的视频资料，让学生[4]在课下完成情境式预习。

2.2教学内容改革

自动控制原理课程是以介绍基本专业理论为目的，并进行了复杂的数理概念推导，学生很难抓住重点，不易理解。针对这些问题，可对教学内容进行适当改革。自控基本原理课程的核心主线是数据分析与系统化工程设计，根据这一核心教学主线，将课程细分为六大块:自控的基本概述、数学模型、控制系统解析、控制系统的工程设计、采样系统分析以及非线性系统分析。对于数据分析部分的讲解,教师可以引入多种数据分析手段；在讲解工程系统方案设计的环节中，通过以上分析方法，让学习者在整个学习过程中围绕“系统分析和设计”这一主线展开，举一反三，从而让学生对控制理论有更深刻的认识。在讲解每一章节时，以系统稳定性为主线，通过分析系统的稳定性，将主要知识点紧密连接在一起,并指导学生学会综合运用所学知识。在学生理解体系物理定义的基础上,通过导入优秀的教学手段，将Matlab软件的使用带入真人课堂，让学生深入理解Matlab在各个系统中的应用。具体做法如下。首先，从基本理论和范畴来看，淡化数学推导。例如，针对分析方式和校准方式，对以控制系统稳、速、准等为核心的性能指标加以剖析讲解,省略数学推导，只需让学生掌握该课程的逻辑性。其次，在讲解系统数学模型时，涉及到系统结构图的各种复杂变换，在讲解过程中简化为只讲解结构图的串联、并联和反馈,并且利用Matlab软件求解传递函数。由于Matlab仿真软件是一个功能很强大的软件,因此，在教学过程中会利用更多的课时讲解Matlab软件的使用。该软件在自动控制原理这门课中有着举足轻重的作用，此外，学生用好这个软件对于以后的科研工作也会有很大的帮助。这一教学过程中可以减少学生对数学结构变化的机械性学习，从而减少了学生复习任[5]务，以使其有更多的精力分析系统性能问题。最后,在频域分析方法中，涉及到对系统的幅相频率特性曲线图和对数特征关系曲线图的描绘与解析，在讲解过程中以两种图形的对比以及参数的变化为自变量,按照系统的性能指标对图形进行对比分析。

2.3教学方法改革

自动控制原理对学生的定性分析能力、定性评价能力、综合运用能力、数形结合能力等有特定的要求，并需具备坚实的数理教育基础知识，学生在学习过程中往往会产生困惑或产生恐惧心理，从而影响教学效果。所以，需要改变传统教学方法与授课方式，从而提高质量，这是课堂变革的关键问题。在以信息技术、知识大爆炸为特点的今天，传统的课堂教学手段已无法满足信息时代的要求，运用现代的教学技能和管理手段，改善课堂教学条件，已成为目前的一种趋势。2.3.1多媒体技术的运用在自动控制原理课程的多媒体教学实践中，为了让多媒体教学这一先进的教育技术手段更好地服务于课堂，在课堂中可将一些重点或难点问题制作成视频展示给学生，开展课堂探讨，以增强学生学习的积极性，同时，经过探究，也能够让学生对相关问题有进一步的认识。另外，可以开发自动控制原理多媒体教学课程、Matlab模拟软件包等教材，科学合理地利用多媒体技术的生动、真实、容量大的优势。事实证明，多媒体技术的运用获得了不错的教学效果，也得到了广大学生的青睐，对教学质量的提升起了一定的积极影响。2.3.2现场讲解面对一个新的名词或者问题，以往的教学手段通常有两种:一是以书中给出的系统示意图为例；二是以身边的常用器件为例,以上两种方法效果并不理想，学生很难形成清晰的概念。针对以上问题，现在我们采取每节课直接进实验室的方法，面对实际系统进行讲解。例如，我们利用实验室THSA-1型过程控制综合实验台进行实操和讲解:(1)教师讲解实验台装置部件组成；(2)组织学生讨论传感器、电动调节阀、加热管、PID调节器等工作原理；(3)教师根据系统任务要求整体讲解系统构成和原理。以上步骤能让学生真实观察到系统，形象了解系统部件组成，使得抽象的理论变得形象化。同时，可活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣。此外，教师在讲解过程中，通过告知学生一些实物和基本概念，从[6]而引出学科体系中的相关课程，让学生了解相关课程之间的关系和重要性，提高学生专业课学习的热情。并且，通过对实验设备的讲解，学生能够对设备更熟悉，也可以利用自己的课余时间进实验室学习和巩固这些知识，通过实测数据，加深对理论知识的理解。2.3.3理论课程实验化在理论教学中，如果将纯理论教学内容实验化，即用Matlab仿真软件边讲授理论知识边做实验，这样会达到更好的学习效果，可增强学生的主观能动性，也能让学生从枯燥的课堂教学回到实验室中。例如，在讲授一阶系统的性能分析时，讨论参数变化对系统性能的影响，可让学生在实验室中利用Matlab仿真软件自己调参，通过不同的参数调整，对比仿真图效[7]果，自行分析系统参数对其性能指标的影响。学生通过自己动手仿真做实验，能够更好地把控参数的调整区间，同时对该任务点的学习有更深刻的印象。

2.4考核方式改革

在教学考评方面，采用平时成绩、实验实训模拟练习和期末学科课程设计等有机结合的考评方法，着重考查学生的实操技术能力、工程实验能力、技术创新能力等,使学生建立属于自己的工程意识，同时把新时期对工科专业学生的基本能力要求充分体现出来，并合理评估学生处理复杂工程技术问题的能力。

3.结语

本文根据自动控制原理课程教学过程中遇到的问题展开分析，总结了当前新工科环境下的一系列创新教学模式。通过采用以上教育手段、教学内容、教学方法、考评方案等创新手段，任课教师可以更好地完成教学任务，充分调动学生的学习兴趣和爱好，为今后专业课程的教学和学生综合素养的培养奠定更加坚实的基石。同时，根据自动控制原理课程教学中出现的一些问题，采取变革课堂教学、变革作业形态、变革实验形态等措施。在校内资金允许的情况下，可设置自动控制原理理论教学平台、实践教学平台和社会实践平台，各平台相互联系，充分调动学生的学习兴趣，并训练学生的实际应用能力。

参考文献:

[1]满宪金,李海涵.自动控制原理在机电工程自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程,2021(17):118-119.

[2]郑秀丽,陈明杰,迟明路,等.基于“微课+泛雅+学习通”的“自动控制原理”课程趣味课堂教学实践[J].南方农机,2021,52(18):153-156.

[3]张园,刘淑波,初俊博.自动控制原理课程教学改革的探索与实践[J].电气电子教学学报,2021,43(4):75-77.

[4]韩杨,王丛岭,孙锐,等.自动控制原理课程教学方法与考核方法改革探索[J].中国电力教育,2021(1):59-60.

[5]樊楼英,楼赣菲,王野,等.混合式理实一体化教学改革探索与实践:以自动控制原理课程为例[J].丽水学院学报,2021,43(2):94-99.

[6]史莹晶,李瑞,赵慧洁.自动控制原理教学改革的探索与实践[J].实验科学与技术,2018,16(5):89-94.

自动控制原理范文篇2

【关键词】自动控制原理；传递函数；系统类型；数学模型

1引言

“自动控制原理”是自动化、电气等工科类专业的必修课程，该课程理论性强，物理概念多，数学推导过程复杂[1]。如果以传统教学方法构建课堂，势必会导致学生滋生抵触情绪，对于关键问题概念模糊，影响课程学习，最终自暴自弃只求通过期末考试，达不到工程教学的目的。本文以开闭环、误差传递函数，系统类型，典型数学模型之间转换关系三个易混淆关键问题为研究对象，利用举例、专题教学、课程讨论等教学方法开展课程学习，由浅入深帮助学生理清关键问题的概念，有助于学生更好的掌握课程知识主线，开展后续课程学习。

2开闭环、误差传递函数

2.1开闭环、误差传递函数概念分析

闭环控制系统典型结构如图1所示。图中C(s)为被控量，R(s)为给定信号，B(s)为反馈量，E(s)为误差信号，D(s)为扰动信号。开环传递函数定义为反馈量与误差信号的比值，根据定义可写为式1。闭环与开环概念不同，需分两种情况讨论。当给定信号R(s)作用时，忽略D(s)，可将图1化简为图2，由图2可得此时闭环传递函数为式2。当扰动信号D(s)作用时，忽略R(s)，此时一定要明确输入信号为扰动信号。以此为依据，可将图1化简为图3，由图3可得此时闭环传递函数为式3.误差传递函数与开闭环最大的区别为其输出信号为误差信号，与闭环传递函数类似，也需分两种情况讨论[2]。当给定信号R(s)作用时，忽略D(s)，可将图1化简为图4，由图4可得此时误差传递函数为式4。当扰动信号D(s)作用时，忽略R(s)，可将图1化简为图5，由图5可得此时误差传递函数为式5。

2.2开闭环、误差传递函数举例分析

取G1(s)=2/(s+5)，G2(s)=5/s，H(s)=2，D(s)=-1(t)，代入图1可得图6。由图6可容易求出G(s)=10/(s2+5s)，由式1可得开环传递函数Gk=20/(s2+5s)。由式2、式3可得给定信号R(s)作用时与扰动信号D(s)作用时闭环传递函数分别为Φ(s)=10/(s2+5s+20)，Φd(s)=(s+5)/(0.2s2+s+4)。由式4、式5可得给定信号与扰动信号作用时误差传递函数分别为Φer(s)=(s2+5s)/(s2+5s+20)，Φed(s)=-(s+5)/(0.1s2+0.5s+2)。在实际工程中，若所给结构图与典型结构图形式不符时，可利用结构图等效化简将其化为典型结构求解相关问题[3]。开闭环、误差传递函数概念对后续课程学习至关重要，经过对概念深入剖析以及例证法练习强调，学生基本可以掌握这一易混淆知识点。

3系统类型

自控理论教学过程中，发现学生对于控制系统稳态误差分析、伯德图绘制等知识点往往基本概念清楚，但实际应用易出错[4]。究其原因，是与之相关的系统类型相关概念掌握薄弱。在因式中常数项为1的前提条件下，控制系统开环传递函数一般式可写为式6。式中，常数K即为系统开环增益；系统类型数或称为无差度为积分环节个数v；v的个数直接对应于系统型别，如v值为0，1，2分别对应为0型、Ⅰ型、Ⅱ型系统。Ⅲ型及更高型别系统在控制工程领域一般不会出现，故我们仅研究Ⅲ型以下系统即可。设系统1、系统2开环传递函数分别为G1(s)=7/[s(s+1)]，G2(s)=(s+1)/[s2(s+2)]。将系统1开环传递函数G1与式6对比，可发现其符合一般形式，可直接判断其是开环增益为7的Ⅰ型系统。对于系统2，经过与式6对比，发现其不符合一般形式。将其传递函数除以2得G2(s)=[0.5(s+1)]/[s2(0.5s+1)]，此时符合一般形式，容易判断系统2为开环增益为0.5的Ⅱ型系统。以概念分析加例证分析后，学生对于这一易混淆知识点基本能够掌握，为后续学习打下了一定的基础。

4典型数学模型之间转换关系

自控课程概念多，理论性强，特别是关于数学模型的定义以及分类，由于定义抽象，大部分学生概念模糊，影响对于课程的学习[5]。控制系统数学模型可分为时域、复域、频域三种，比较重要的是时域中的微分方程、复域中的传递函数、频域中的频率特性。学生在课程后半段学习接触到频率特性时，往往概念模糊，难以与所讲传递函数建立联系。频率特性定义为稳态输出与输入复数之比，经过进一步分析可得式7。分析式7可以清晰传递函数与频率特性之间的联系，结合课程中微分方程与频率特性、传递函数关系，可将三种典型数学模型之间转换关系总结为图7。典型RLC网络微分方程为式8，由图7将式8中所有d/dt对应为s，结合传递函数定义可得式8所对应传递函数为式9。将式9所有s对应为jω可得其频率特性为式10。将式8所有d/dt直接对应于jω，结合频率特性定义同样可得式10。这也间接证明了图7所示三种典型数学模型之间转换关系的正确性。对于这一关键问题，利用图7进行总结，有助于学生更好的理清典型数学模型之间关系，更好的完成后续课程的学习。

5结束语

本文以例证、专题教学、课程讨论等教学方法开展了自控课程开闭环、误差传递函数，系统类型，典型数学模型之间转换关系三个易混淆关键问题课程教学。经过实践表明，教学效果良好，学生不仅对三个易混淆关键问题进一步加深了印象，理清了课程知识主线。同时，也在一定程度上增强了学习兴趣，为后续课程学习奠定了良好的基础。

参考文献

[1]胡寿松.自动控制原理基础教程(第四版)[M].北京:科学出版社,2019.

[2]刘宏业,杨晖,陈晓荣,等.基于“工程教育认证”理念的自动控制原理教学模式改革探索[J].教育教学论坛,2020(27):234-235.

[3]赵月容,史丽萍.“自动控制原理”课程思政建设的实践与探索[J].黑龙江教育(理论与实践),2019(12):5-6.

[4]施建中.自动控制系统仿真在《现代控制理论》教学中的应用研究[J].中国电力教育,2019(6):61-62.

自动控制原理范文篇3

关键词:《自动控制原理》;教学改革;实践教学

自动化是支撑国民经济发展的重要学科，自动化技术已应用了现代科技各个领域。目前，产业结构调整是我国经济发展的战略重点，发展以智能化、数字化为特征的先进制造业更是保证我国经济持续健康发展的重中之重［1－4］。东莞市是我国制造业重地，被誉为“世界工厂”，在大力建设粤港澳大湾区的背景下，东莞制造业的发展也将迎来新的机遇和挑战。在制造业转型升级过程中，越来越多的用人单位已深刻意识到高素质人才是企业转型发展的重要保障，这对东莞理工学院人才培养方式提出了更高要求［5－6］。如何更好地为地方经济和企业发展培养适合人才，一直是东莞理工学院教学科研方面的首要课题。笔者参加了由中国教育部和德国BSK国际教育机构合作举办的“中国高等学校骨干教师赴德国高校访学项目”，在德国德累斯顿工业大学进行为期三个月的访学交流。访学期间，笔者在德累斯顿工业大学电气与信息工程学院进行有关专业培养方案、课程体系、教学内容、教学方法等方面的学习和交流。其中，对《自动控制原理》课程的教学内容和教学模式进行了深入的学习。基于对该门课程内容调研的启发，为东莞理工学院和国内其他高校《自动控制原理》课程未来的教学改革方向提供参考和借鉴。

1自动控制原理课程教学改革背景

《自动控制原理》是自动化、电气工程及其自动化等专业的一门重要专业基础必修课程。该课程是后续专业课程《现代控制理论》、《计算机控制系统》、《过程控制》和《运动控制》等课程的基础，对于帮助学生在专业学习过程中建立完备的知识体系具有至关重要的作用［7－10］，因此该课程教学内容的合理设置和教学方法的改进对于提升教学质量、提高学生对该课程内容的掌握程度具有重要的实际意义。从该课程的实际教学效果来看，现有教学内容和方法主要存在以下问题:1)课程具有很强的理论性和工程应用背景，但实际教学过程中将理论部分和应用部分的合理衔接一直是该课程的教学难点。现在该课程采用的教学方法依然是基于传统的理论课堂教学+课后实验的模式。理论教学重视严格的数学推导，较为抽象;课后实验安排以Matlab仿真实验为主，学生较难从仿真结果中感受到在实际应用中的效果以及理论知识在实际应用中应满足的约束条件。学生学完该课程后不能很好地建立理论内容与实际工程应用之间的联系。2)现有教学内容主要依赖于教材，且教材选择比较单一，任课教师会指定一本教材作为课堂教学依据。虽然《自动控制原理》课程教材的出版物较多，但教材内容基本相似，同质化严重。从教材内容的安排来看，章节之间的安排比较重视理论部分的逻辑连贯性和知识深度，一旦学生前期基础没有打好，学习该门课程时会感觉非常困难。3)学生在学习过程中缺乏独立思考和钻研精神。由于课程的理论教学内容较抽象，教师在课堂上讲授完知识点后，学生在课后还需要花大量时间认真复习才能较好地掌握知识架构，但多数学生课后投入的时间较少，因此知识点的掌握程度难以保障。其原因可以归结为:a)现有课程考核主要以期末考试的方式为主，缺少过程考核，因此学生日常学习较为松懈;b)理论教学内容相对枯燥，课堂上较难激发学生的学习兴趣。综上所述，现有《自动控制原理》课程的教学内容和方法不能很好地引导学生探究该门课程在实际应用领域的兴趣，难以达到人才培养的预期目标，因此有必要对课程的教育实践进行教学改革。

2德国大学自动控制原理课程的借鉴

德国是世界工业强国，德国工业企业自动化程度较高，在自动控制理论和工业应用结合方面具备良好的引领和示范作用。根据德国高校专业设置情况，德国高校没有单独设置自动化这门专业课程，自动化是作为电气工程专业下一个研究方向而设立。从专业设置模式可以看出，自动化需要依托具体的工业背景，因此，自动控制原理这样的课程教学也应该和实际应用背景紧密结合。有关德国高校《自动控制原理》课程教学的模式与方法，笔者以在德累斯顿工业大学电气工程专业对《自动控制原理》课程的调研内容进行分析。2.1德累斯顿工业大学。《自动控制原理》教学内容国内《自动控制原理》教材的教学主要内容包含:自动控制系统的基本组成和结构、系统的数学模型(时域、频域、复频域)及建模、控制系统时域和频域的性能分析(稳定性、准确性、快速性)、控制系统的综合(复频域)等［11－13］。教师在教学过程中可根据选定的教材、学时数及大纲要求等对讲授内容进行适度调整，但必须依托于教材内容。德累斯顿工业大学《自动控制原理》课程的教学内容则由任课教师决定，校方并不指定具体的教材，学生的教学资料主要是教师的讲义或PPT，教师会列出一些参考书目(实际上，德国的大学几乎所有课程的教学内容均由任课教师决定的)。德累斯顿工业大学的任课教师基本都是教授，在德国只有在本学科具有特别高水平的人才能被评为教授，因此教授对其讲授的内容具有很好的全局性把握和深度理解。基于此，课堂上教授基本不指定具体教材，都是以自己的讲义为准。德累斯顿工业大学《自动控制原理》课程具体的教学内容安排和知识体系结构如图1所示。结合该图所示的德累斯顿工业大学《自动控制原理》课程知识体系，并对照东莞理工学院该课程目前教学内容，可以总结出德累斯顿工业大学该课程的特点如下:1)德累斯顿工业大学《自动控制原理》教学内容比较深入，和东莞理工学院本科教学内容相比，增加了一些在国内研究生阶段才讲授的内容(如状态空间建模、Lyapunov稳定性分析)。一方面的原因是该课程的定位是为了给后续专业课打下更扎实的基础，因此对该门课程理论深度的要求也更高;另一方面原因是德国高校工科专业普遍采用5年制的理工科硕士(Diplom)学制，学生在高年级时需要做一些研究工作，所以相应地增加了教学内容的深度和广度。2)教学主线清晰，逻辑连贯性好。虽然最核心的教学内容与国内该课程的教学内容基本一致，但是老师在授课时会以自己对系统的理解，采用学生更为接受的循序渐进的方式进行讲授。即:以稳定性为中心→稳定性判据→控制系统校正(调节)→具体调节方法(时域、频域、复频域)→控制系统性能分析(稳态误差、瞬态响应)为教学顺序，做到环环相扣，使学生对理论知识的前后衔接关系更为清晰。3)引入典型工程应用案例帮助学生理解理论内容与系统实际应用之间的对应关系。教师采用直流电机调速控制为案例，该案例贯穿课程所有理论知识，让学生学习相对枯燥的理论知识时能理解此类内容在实际系统中该是如何应用的。这种以一个典型应用案例将前后知识点有机串联的方法能有效地帮助学生克服学新忘旧的问题，有利于学生对知识点的掌握。2.2德累斯顿工业大学《自动控制原理》课程课堂教学模式与方法。德累斯顿工业大学的教师在讲授该门课程所采用的教学方法与东莞理工学院该课程的教学模式基本相同，是以PPT辅以板书的形式进行教学。值得指出的是，PPT基本是任课教师提前编制好的讲义提要，里面涉及的具体数学推导等相关内容的深度解释主要在课堂上进行板书演示。该教学方式的优点主要有:1)板书形式的数学推导有利于帮助学生顺应老师的思路和节奏，如果推导部分不分步骤地全部放在PPT中，学生则难以做到思维跟随。2)由于没有指定教材，并且PPT上只保留知识点的提纲。板书主要是PPT上没有的内容，因此学生在听课时，会根据老师的板书做课堂笔记，进而加深对知识点的掌握。由于学生在课堂上基本全程都在抄写笔记，因此教师与学生之间的课堂互动较少，但实际上并不是老师的一言堂。德国大学学生的学习主动意识较好，在课堂遇到任何不懂的问题可随时举手提问，老师也会及时予以解答。该门课程学习之后的考核方式与国内考核模式相似，均以期末考试的方式进行。但是德累斯顿工业大学的该门课程还会穿插一些过程测试环节，其测试成绩会占到期末总成绩的一部分比例。课后答疑方面，德累斯顿工业大学采取助教制。该课程有专门的习题课，习题课是由助教给学生进行指导，学生会把平时遇到不懂的问题和课后作业中出现的问题汇总并请助教解答。2.3学生在课程教学过程中的表现。德国的综合性大学(包括德累斯顿工业大学等理工院校)秉持宽进严出的培养制度，学生的学习压力总体较大，因此学生学习的主动性非常强。具体表现在:1)上课时注意力比较集中，几乎没有课上玩手机或做其他事的情况，课堂中都会认真抄写老师的板书，遇到不懂的问题随时提问。2)学生学习的独立性、自主性都较好，课后学习投入时间较多，主要用于消化笔记、完成作业和小组讨论等。学生完成作业不是为了应付老师，所以不存在抄作业的情况。2.4对东莞理工学院自动控制原理课程教学改革的启示。结合德累斯顿工业大学《自动控制原理》课程教学模式的长处，对东莞理工学院该门课程教学改革提出以下建议:1)脱离固定教材对课堂教学的束缚。任课教师可以选择指定教材作为教学内容的支撑材料，但在课堂讲授时，在保证基本知识点完全覆盖的情况下，可以采用更灵活的知识点讲授或组织方式，以使前后内容的衔接关系更有逻辑性，从而让学生能更好地理解消化。2)鼓励教师采用自编讲义辅以参考教材的形式向学生提供该课程的参考资料。自编讲义建议任课教师结合课程理论内容和地方产业特色设计具体的工程应用案例。比如，制造业是东莞市的支柱和特色产业，制造业中的各个环节都有自动控制的应用案例，例如:机械手臂的控制、无人小车的控制、工厂循环水温度控制等。如果教师能把类似这样的实际案例和课程理论内容进行深度结合则可以提高学生的学习兴趣并增强学生对抽象知识的接受度。3)该课程理论部分有严密的数学推导，因此这部分内容建议教师采用传统的板书形式配合PPT进行讲授。单纯依靠PPT讲解的方式不利于课堂节奏的控制，推导过程若不能循序渐进地呈现给学生，不利于学生对知识的理解和掌握。采用板书的形式与节奏可以根据学生的课堂反馈进行调整，让学生的思路可以与教师的思路保持同步，以形成比较好的课堂教学互动，以增强知识点的传递效果。4)为增强学生的自主学习能力，建议教师增加课程过程考核环节，比如平时的小测试，这样可以督促学生课后主动复习。此外，教师还可以布置一些开放型的工程案例供学生课后完成，以配合课后作业，让学生有更多运用理论知识的实践机会。5)建议引入助教制度。很多学生平时遇到不懂的问题不愿意主动请教老师，若让在校研究生作为课程助教则可以很大程度上减少本科生因存在对老师的敬畏和排斥心理而不愿意主动问问题的情况。因为研究生与本科生均为在校学生且年龄相仿，基本没有代沟隔阂，可以更有效沟通，所以遇到不懂的问题时，学生找自己的学长请教是一种更为可取的方式，同时此方式对研究生也是一种锻炼和提高，既有助于研究生加深和巩固本专业的基础知识，也可以提高他们对所学知识的输出能力。

3结语

自动控制原理范文篇4

［关键词］自动控制原理；混合式教学；教学模式；MOOC

在新媒体时代，随着互联网技术的日益发展，高等教育信息化程度不断提高，大规模在线开放课程MOOC（MassiveOpenOnlineCourse）作为一种新兴的教学和学习模式，在2008年由加拿大学者DaveCormier和BryanAlexander提出。MOOC是一种将课程资源和参与者聚集到开放式网络平台上，对学习者进行知识讲解和问题讨论的互联网教学模式，具有开放性、大规模和社会性等特点［1］。2011年秋季，美国斯坦福大学开设了人工智能免费课程，网上注册人数超过了16万，目前在Cours⁃era、Udacity、edX等国内知名MOOC网站提供的课程数量有上万门。2013年秋季，我国清华大学首先开放了2门MOOC课程。随后，国内一流高校都相继在中国大学MOOC网、学堂在线、超星等公共平台上推出了各具特色的MOOC课程。这些课程突破了传统课堂授课模式在时间和空间上的限制，实现了课程内容和资源的开放，便于学生利用碎片化时间反复学习。总体而言，MOOC在线教育模式是提升高质量教学资源公开性和教育过程公平性的一个重要举措，现如今它已引起了全球教育界的广泛关注［2-3］。自动控制原理课程不仅是自动化、电气工程及其自动化的专业核心课程和考研科目，同时也在机械制造及自动化、测控技术与仪器以及系统工程、电力、冶金等专业开设，具有广泛的学生基础［4-5］。另外，本课程要求掌握工业自动化应用技术的理论基础，强调理论分析联系工程实际，在当前工业智能自动化制造背景下具有十分广泛的社会需求。因此，依托自动控制原理这门课程，将MOOC在线课程资源建设与课堂教学相融合，开展线上与线下信息融合的混合式教学模式的研究与实践，通过线上与线下课堂教学和互动讨论，能进一步加深学生对自动控制基础知识点的理解和掌握，并让学生学会利用数学、物理等基础知识表达和描述自动控制系统的工程问题，加深学生对自动控制原理这门课程的基本知识点和系统设计方案的理解，同时这对提升课程的校内外影响力和辐射力也具有重要的意义。

一、现状分析

目前在中国大学MOOC网站开放自动控制原理课程的主要有华中科技大学、西安交通大学、南京航空航天大学、江南大学和南京邮电大学等，但更多的高校依然是以传统课堂教学的方式开设该课程。该课程对于学生的预备知识，如数学、物理等自然科学和工程实践类知识的要求较高，传统课堂教学方法具有可以为学生进行面对面精讲细讲的优势，便于学生理解和掌握该课程知识，但在各高校普遍压缩课程学时的背景下，这种传统课堂教学方法也随之暴露了以下一些弊端。1.课堂知识传播在大多数情况下是单向的，以教师为主体，缺乏广泛的互动研讨；2.多数采用封闭式课堂教学和课后答疑模式，教师与学生，学生与学生之间缺乏大规模的交流公共平台；3.教学资源以纸质教材、讲稿和电子PPT为主，不够丰富和生动；4.考试以笔试为主，缺乏对学生综合能力和学习过程的评测；5.课程教学主要面向少数校内学生，社会影响力和受益人数受限。MOOC在线课程的开设可以为学生学习课程带来时间和空间上的诸多便利，但单纯以MOOC在线课程平台开展互联网线上教学活动也存在以下一些问题。1.无法有效监督学生的学习过程，当前大多数在线开放课程公共学习平台上开展的教学活动仅停留在控制访问时间的层次上；2.对自学能力差的学生来说，在没有教师针对性的答疑解惑的情况下，他们对知识的掌握一知半解，反复学习的效率低下；3.网络考试的真实性和公平性在现今的公共学习平台上存在漏洞和争议；4.学生学习自觉度较低，在MOOC课程网站完成整个在线学习的人数比例较低。从上述分析可知，在传统教学模式中，少量学生是通过固定时间、固定地点在课堂上获取教师讲授的知识，但课堂时间短且学习者往往是被动的获取知识，这使得知识理解和消化往往发生在课外。但线上MOOC课程教学的优势则在其开放性和个性化，让校内外学生都可以通过互联网在任意时间和地点主动获取知识，使其变成学习的主动者，但总体知识深度和个体学生知识掌握的真实度不够。

二、改革思路和措施

因此，针对传统课堂教学和MOOC在线课程这两种教学模式的优劣，将线上MOOC教学的优势与线下传统课堂教学相结合的混合式教学模式目前得到了广泛的关注，尤其是对于那些知识点多、分析复杂、逻辑严谨、工程背景强的一些工科专业核心课程而言，混合式教学模式对提升学生知识和技术能力以及提高教师的教学水平都可以起到很好的促进作用［6-7］。我们广泛征求意见，总结教育教学方法，研究在当今移动互联网新媒体的大时代背景下，在社会专业知识更新迅速、个人知识面需求广、学习时间碎片化等条件下，该如何针对自动控制原理课程知识点多、逻辑性强、应用性强、社会需求量大的特点，通过互联网公共平台完善“十三五”江苏省在线开放课程自动控制原理课程建设；在MOOC教育背景下开展自动控制原理课程线上与线下信息融合的混合式教学模式的研究与实践，融合MOOC网络在线教育与课堂线下教育，全方位改革课程教学大纲、教学方法、师资队伍、考核评价方法与实践教育环节，从广度与深度上全面提升学生的学习自主性、增加学生获取资源的自由性，以及运用本课程专业知识解决各种实际问题的实践性，满足多行业背景下自动化专业对“厚基础、宽口径”工程实践创新人才的培养需求，提升课程教学质量并辐射影响其他相关课程建设。（一）重新梳理知识点重新梳理知识点，修订线上与线下教学融合的课程大纲。传统课堂教学模式以章节与固定课时为单元进行授课，而MOOC在线课程教学则以知识点和10分钟左右的不固定课时为单元进行授课。因此，开展混合式教学需要首先重新设计教学内容以顺利衔接线上教学与线下教学过程。我们以“系统建模、系统分析、系统设计、系统应用”为逻辑主线重新梳理出自动控制原理课程的58个知识点，并通过课程组教师研讨和调研学习，以MOOC知识点和该课程支撑的工程教育专业认证中自动化专业学生毕业要求为目标修订课程大纲。同时，在课程大纲中明确校外学生的基础性普适教学知识点范围和校内学生的拓展性拔尖教学知识点范围，为课程组教师规范开展自动控制原理课程的混合式教学提供总体指导。（二）开展翻转课堂与引导式教学相融合的教学方式。在“自动控制系统基本概念与组成、自动控制性能要求”等知识点的课堂教学过程中，引用具体自动控制工程系统的分析与设计案例，以设疑的方式引导学生思考问题的解决思路，然后再指引学生去不限于本校的MOOC在线课程开放平台的对应单元获得更多的课外知识链接和具体讲解，然后在MOOC网络公共平台上开展线上讨论与线下教师点评。此外，对于“控制系统根轨迹分析法”“控制系统结构图与信号流图”等某些相对独立、完整的MOOC教学知识点，考虑把这些知识点作为翻转课堂的素材，要求学生在指定的时间内完成在线学习，在确认所有学生都完成了该部分内容的学习后，再开展围绕这一知识点的课堂讨论和头脑风暴活动，增加学生的学习自由度，加深其对知识点的理解。（三）组建多专业教师混合的并行教学课程师资队伍。江南大学的自动控制原理课程除了在自动化、电气工程及其自动化专业开设以外，在物联网工程、计算科学与技术、机械工程及其自动化等专业也有类似课程开设，教师分布在各个专业独立教学。考虑到各专业对该课程知识点的侧重点会有不同，线下教学依然以各专业教师为主，同时融合各专业教师组成MOOC课程建设师资队伍开展线上教学活动。对于各专业都适用的知识点由MOOC在线课程教师进行讲解，专业教师线下点评；对于各专业不同的知识点，先由专业教师独立讲解，然后所有专业学生都可以在MOOC课程公共平台进行研讨，增加不同专业学生和教师间的互动，从而构建多位教师并行教学的课程师资队伍。（四）制定线上互评与线下考评融合的综合评学方式。该课程改变单纯以线下教育结果评价学生能力的评价方式，在面向校内外全体学生的在线课程讲授过程中，我们设置平时作业、单元测试、期末考试、互动讨论等教学环节，主要把MOOC在线课程的知识点学习结果作为学生互评的基础，实施在线激励性措施，开展互评互动，互评结果作为校外学生学习的主要考核指标，以及校内学生学习的阶段性考评结果，并在最终的总分考核结果中适当增加15%的在线学习成绩比例以突出学生自主学习能力的评价，使学生意识到MOOC在线学习内容与线下课堂讲授内容的同等重要性。同时，为保证校内学生最终学习成绩考核的公平性，线下的测试、讨论和实践等环节的考评结果将依然作为综合评价校内学生学习能力的重要环节。（五）设计理论知识与实践教学融合的工程教育环节。考虑到自动控制原理课程的授课对象主要是工科学生，这类学生在工程教育过程中非常重视动手实践能力的培养，但是校外学生受具体实验条件的限制，不能像校内学生一样开展实物操作，因此本课程学习要求学生掌握基础的计算机控制仿真技能，依托MATLAB软件，在MOOC在线教学环节中加入磁盘读取系统、伺服电动机等工程仿真案例分析，并利用线上教学与线下练习的课外时间针对这些工程对象进行连续或离散建模、稳态和动态性能分析和串联滞后或超前校正的编程指导，从而让学生通过仿真进一步验证和深化所学的自动控制理论，熟悉解决工程控制问题的基本步骤。自动控制原理课程是江南大学首批卓越课程，经过一定的建设实施课程取得了一定的实效，主要体现在以下几个方面。1.线上与线下学习资源相结合，提高了校内外学生学习的自主性与选择性，现已有校内学生300余人，校外学生近500人在中国大学MOOC网站进行了学习。2.线上与线下教学相结合，增加了教师与学生间互动交流学习的机会，做到校内学生及时答疑，校外学生网站答疑基本保证在48小时内。3.线上与线下考核相结合，提升了对学生学习效果与自学能力考评的全面性，校内学生的成绩优良率提升了10%，不及格率降低了5%；校外学生完成所有课程知识点学习并合格的人数比例为2%，且还有持续提高的空间。另外，该课程的混合式教学模式在实施过程中还存在一些问题，需要进一步完善和探讨，具体如下。1.线上与线下混合教学的MOOC课程知识点与现有课程大纲中课堂教学知识点不一致，缺乏细化、精炼和模块化改造，因此混合式教学的首要目标是进一步解决线上与线下教学活动的衔接问题，扭转教师和学生的学习惯性思维。2.解决线上教学内容短而不深与线下教学内容深而不广的问题，混合式教学方法改革需要根据知识点的不同将讲授式、问题研讨式、项目驱动式等多种教学方法合理融合，但在线上进行项目驱动式的项目指导存在各种局限性，今后将考虑引入远程实验的指导教学方式。3.混合式教学方式将不同专业背景的教师组成师资队伍，解决了教师知识单一性的问题，实现了教师的时间和知识的互补，但面向大规模不同专业背景的在线学生和不同行业的工程问题进行针对性教学和解答时，有时需要集体讨论，教师的混合式教学能力需进一步提升。4.混合式教学需加入学生学习过程的评学考评，可以初步解决线下考评与线上考评的综合性评价问题，但是对于线上考评成绩的公平真实性问题由于互联网学习的特点，目前尚未解决。

三、结束语

自动控制原理范文篇5

论文摘要：自动控制原理课程不仅是控制类专业而且是电子信息类专业的重要专业基础课。主要介绍了自动控制原理课程建设与改革的实践和体会。总结了教学、教改工作中所取得的成果，提出了一些具体做法和措施，着重对课程教学内容、教学体系的整合和优化以及实验内容、实验教学方法与实验组织方式进行了讨论，旨在突出教学重点，增强学生的动手能力，提高教学质量。实践证明，效果良好，并对该课程的进一步改革提出了一些设想。

论文关键词：自动控制原理教学改革教学质量

引言

自动控制理论发展的历史并不长，从二十世纪三十年代开始，不过几十年的发展，而真正进入高等学校课程还是二十世纪五六十年代。它的出现给高等教育注入了新的活力，目前这门理论课程已是控制类和电子信息类专业的主要专业基础课之一，是一门知识覆盖面广、课程内容多、更新发展快且应用性很强的课程，该课程对学生建立系统和工程的概念具有十分重要的意义。

1改革教学内容，提高教学质量

随着控制理论的发展和计算机技术的应用，新的控制方法和控制手段也越来越多，为了适应时代要求，根据本科专业培养目标和专业特点，我们对自动控制课程的内容进行了重新整合，选用优秀教材，制定了新的教学大纲、实验大纲和考核大纲。适时地把一些新内容、新的教学成果、应用实例融合到教学内容中，做到课程内容的基础性和先进性相结合，把握经典与现代、本课程与其他相关课程内容的关系处理。大幅度减少了学时数，将经典控制理论与现代控制理论结合起来讲授，重点讲解控制理论的基本知识及应用，理清思路，了解方法，增强系统性。

自动控制原理的教学内容有一条主线：系统分析和系统设计。围绕这条主线，把教学内容划分为六大块：自动控制的一般概念、数学基础与数学模型、系统的分析、系统的设计、采样控制系统的分析和非线性系统的分析。对于系统分析是重点讲解部分，介绍了各种分析方法：时域分析法、根轨迹法、频域分析法，状态空间法等，进行有关系统的动态、静态分析，以及能控性和能观性分析；在系统设计这一重点部分的讲解中，介绍了根轨迹设计法、频域设计法和状态控制设计法，与系统分析相呼应，使学生在整个学习过程中，围绕“系统分析和设计”这条主线进行，做到举一反三，从而对自动控制理论有一个完整清晰的理解。

在分析设计这个主线下，以稳定性指标为辅线。在各个有关章节的小结中对稳定性都予以重点讨论，通过对各种稳定性判断方法的分析，把前后的知识点加以衔接联系，并综合应用。

在讲清系统物理概念的基础上，结合课程内容，引入先进的计算机辅助教学手段。将Matlab软件在控制系统中的应用引人课堂教学，在诸多课堂教学环节中实现了Matlab仿真演示，增强了学生对抽象理论的感性认识，收到了良好的教学效果。

为体现教学内容的先进性、科学性和前沿性，引导学生进一步学习的兴趣，对目前控制理路研究的热点和发展趋势作一些简要介绍，如模糊控制、智能控制等。

2改革教学方法，提升教学手段

自动控制原理对学生的定性分析能力、定量估算能力、综合运用能力、数—形结合能力有一定的要求，并需具有扎实的数学基础，学生在学习中经常会感到困难而产生畏难情绪，影响学习效果。因此，改革传统教学方法和教学手段，进而提高教学质量，是课程改革的重中之重

2．1采用现代教育技术与手段提高教学效果

在以信息、知识爆炸为特征的今天，传统的教学手段以不能适应时代的需要，教学手段的改革势在必行。在《自动控制原理》课的多媒体教学实践中，我们努力探索如何使多媒体这一先进的教学手段更好地服务于课堂教学。开发了《自动控制原理多媒体课件》、(Mat—lab仿真软件包》等CAI课件，．采样了多媒体与板书相结合的教学方法，既充分利用了多媒体教学的生动、逼真、容量大的优点，又充分利用了板书教学的严谨性、逻辑性强的优点。实践证明，这一方法取得了良好的教学效果，受到了学生的认可，对教学质量的提高起了一定的积极作用。转贴2．2加强实践教学环节，增强学生的动手能力

注重实践能力的培养，坚持理论联系实际的原则，加强学生动手训练，培养学生的创新能力。学生对新知识的理解，仅仅通过课堂讲解还很不够，必须通过实践教学这一环节，使学生对知识有一个感性认识。

实践教学是提高学生创新精神和能力的重要途径，在教改过程中，我们加强实验室建设，彻底改造了原有的实验内容，开发了综合设计实验及课程设计，目的在于通过实践教学，培养学生应用控制理论的方法解决实际问题、将实际问题抽象为理论问题的能力。实验只提目标和要求，没有详细的实验步骤和实验电路图。学生根据个人情况自主选择难度等级不同的实验，根据系统的性能要求，独立完成系统设计，系统搭建和调试，记录原始数据和图形，写出实验报告。所有这些都极大地调动了学生学习的主动性和积极性，巩固了课程理论，激发了学生学习的热情，培养了学生的动手能力和独立思考的能力，使其观察、分析和解决问题的能力都有很大的提高。

为了加强学生理论联系实际的能力，在教学过程中还增加了课程设计这一教学环节，通过课程设计，使学生了解到了Matlab软件在自动控制系统中的应用，拓宽学生的知识面，加深学生对(lf动控制原理》这门课程的基本概念，基本的分析方法及设计方法的理解。

3以教学推动科研，以科研促进教学

对于普通高等教育来说，教学固然重要。科研也不可以忽视。教学和科研是相辅相成的两个方面，两者不可分割。从自动控制理论来讲，它近几十年才建立起来，与工程实际联系较广，特别是在发展过程中，数学和计算机起了很大的作用，成为控制理论的重要工具。因此可以说，控制理论是工程与数学、计算机科学相互作用的前沿。在教学中讲授理论知识的同时，可以增加一些与科研结合的内容，如在同学中选一些成绩较好，对科研又有一定兴趣的同学，参加有关教师的科研项目，也可为学生科技活动中心提供一些课题，指导学生参与科研。这样，一方面调动了学生的积极性，培养了学生的动手能力，另方面，也可为科研活动的开展打好基础。学生通过参与科研，学习兴趣更加浓厚了，求知的欲望更强了。

4下一步改革设想

该课程的教学改革已在我校实施。取得了良好的教学效果，学生的基本知识、专业能力、实践技能乃至学习兴趣等。都较以往有较大的提高。教学改革的路子还很长。尚需继续探索和实践，使之不断完善，下一步改革的设想有四点：

(1)从课程的实际及教学规律出发，以培养和提高学生的创新精神和实践技能为宗旨，真正探索出一种新的实践教育模式。

自动控制原理范文篇6

基于自动控制原理课程特点，一般意义上的Sem-inar教学并不适用。可在课程教学过程中穿插Seminar教学模式，一个学期内进行2~3次即可。归结起来，这种Seminar教学模式可分三部分：任务布置，课堂交流，成绩评定。

1.任务布置。在课程进行到某一阶段，将任务分配给学生。任课教师向学生提供一份详细的Seminar课程计划，内容包括Seminar教学目标、Seminar选题范围、成绩考评标准以及关于各个选题的相关参考。根据班级人数具体情况和选题范围，将学生分成若干小组，此环节教师要干预，保证每个小组既有成绩好的学生也有成绩较差的学生，这样既避免了小组间的优劣悬殊，又可以达到好学生带动差学生的目的。然后学生自由选题，每个小组领到一个题目，经过1~2周的课下准备，进行具体的课堂交流。

2.课堂交流。不同于一般的Seminar教学，每次只进行一个主题。在自动控制原理课程的Seminar中，要进行多个题目的讨论，每个题目为时20~30分钟，共计100分钟。首先每个小组选择代表宣讲或演示所选题目的分析研究结果，然后其他组员给予补充，时间约为8~10分钟。其后，教师和学生们在此基础上展开积极提问和热烈讨论，发表自己的不同意见，时间约为10~15分钟。随着讨论的不断深入，新的问题和观点会不断涌现，教师在Seminar上除了倾听、参与和评价学生们的讨论之外，还要注意控制讨论节奏，引导学生发言，保证课堂上每一个学生都有机会充分表达自己观点。最后，再由教师对整堂课的内容做出简明的梳理、总结、扩展和引申，时间约为3~5分钟。Seminar的目的在于使学生处于一个相对轻松、平等的环境，对课堂上学习过的一些知识，勇于发表自己的见解，进行观点交流、碰撞、融合和分享，使存在于学生内心深处的问题浮出表面。

3.成绩评定。教师对学生在Seminar的成绩评定，将作为期末成绩的组成部分。学生Seminar成绩的评定由课堂宣讲、个人发言对集体讨论的贡献情况、书面报告、出勤率四部分组成。课堂宣讲以小组为单位，或以多媒体辅助进行，它是学生口头展示分析结果，引发Seminar讨论的基础，教师根据学生准备情况评分，口头表达的学生代表酌情加分。Seminar上的集体讨论有助于学生在现有的分析总结基础上深化对于自己题目的认识，开展进一步的探索和分析，以形成完整的书面报告。书面报告所涉及分值将占Seminar成绩评定的较大分值，教师对书面报告要严格把关，同一小组的学生的书面报告不能雷同，应给予学生充裕的时间去完成。个人发言和出勤率，是用于衡量学生在参与Seminar讨论时的表现。一般情况下，个人发言和参与讨论情况所占分值比例较出勤率要高，因为讨论部分是Seminar最核心内容，是用于激励学生不再仅仅满足于“身在课堂上”，从而脱离他人讨论时的“旁观者”的身份，改被动为主动，积极参与发言。教师根据发言情况和发言的质量评定成绩。

二、实施Seminar教学的关键问题

1.构建具有自动控制原理课程特色的Seminar模式。自动控制原理课程是本科专业的专业基础课，其内容繁多，理论性和基础性较强，课程的特点并不适合一般意义上的Seminar教学模式。需根据自动控制原理课程的实际情况构建适合它的Seminar模式。不适合整个学期采用Seminar教学，最好在学期中，课程进行到某一阶段，适当地组织Seminar教学。任课教师根据实际情况制定选题范围，并给出成绩评定，作为学期成绩的重要组成部分。这样，教师应用两种不同的教学模式———传统的课堂讲授的教学模式和Seminar教学模式，引导学生进行探究式的教学活动。Seminar的引入，不是原有的课堂教学的对立或重复，而是对整个教学过程的一种有益补充、深化和应用。在这期间，采用一种任务驱动模式，引导学生探索主动学习。因此，适时引入Seminar教学模式进行教学改革，不失为自动控制原理教学过程的一种有益的尝试和探索。

2.制定合适的选题范围。Seminar的主题内容要兼顾课程的整体性、层次性，且具有一定的系统性、可讨论性和拓展性。任课教师需拟定详细的、条理清晰的整体筹划纲要，形成一以贯之的学术脉络，并将课程内容分割形成具体的、可操作性的相关主题，能够使讨论有序进行。

3.设立严格规范的课堂交流制度。Seminar教学活动不能简单化地等同一般的课堂讨论，否则将失去Seminar教学的意义，因此必须制定严格规范的交流制度。在制度的运作上，必须严格、公正、一视同仁，奖惩分明，评分严格。若有的同学出现抄袭报告的情况，雷同报告一起作废。表现优秀的同学要适当加分。交流过程中，及时控制讨论节奏，避免使活动流于一般的泛泛而谈，甚至出现游离于主题之外的闲聊和不负责任的空发议论，从而走向歧途。

4.任课教师应具备良好的素养和较强的控场能力。Seminar教学模式对任课教师的综合素质提出了更高的要求，要求任课教师具有较高的专业水平和奉献精神。能够即时把握学科发展动向，收集相关素材，提炼升华课程内容，以战略性的眼光制定选题范围，既能适合目前学生特点，又能体现专业课程内容的特点。Seminar教学模式的引入，无形中增加了教师的工作量，备课难度增大，课外指导学生的时间增加，批阅书面报告的时间和精力增加。这都要求教师具有敬业奉献精神，孜孜不倦，无怨无悔。在学生的讨论交流过程中，教师要善于及时地捕捉有价值的信息，例如新观点、建议和学生的困惑，以便有效进行下一步的教学。

三、Seminar教学模式在本科生培养中的积极意义

1.全面调动学生的积极性，变被动为主动。Semi-nar模式最大的特点是改变传统的学生只听不讲这一垂直的单向教学模式。要求学生根据指定任务主动去探索，寻找答案，然后在相对开放的平等空间里，亮出自己的答案，也亮出自己。这种模式也为参与者提供了相互激励的空间背景。

2.培养学生的查阅资料能力、表达能力。Seminar教学模式的引入，要求学生课前准备阶段必须广泛查阅资料，自主分析总结，这样他们将提前接触各类数据库的文献检索，并熟练操作技能。在语言表达能力方面，Seminar的讨论需要学生逻辑清晰地表达观点，重点明确地回答疑问，有理有据地进行辩论，积极理性地说服他人；在书面写作能力方面，学生对于选题的最终研究成果都要以报告的形式出现。

3.培养学生的团队合作精神。自动控制原理是专业基础课，面向学生90人左右，必须分成若干小组进行Seminar教学，设一组长负责联络本组同学，同一小组的同学面向同一任务，这时候需要小组成员分工合作，共同查阅资料，分析整理研究，课堂交流进程中，作为一个团体，回答其他小组的发问质疑，并提出问题。在整个准备过程中，相互学习，相互促进，相互激励，增进同学之间的学习情谊和集体荣誉感，培养他们的团队合作精神。

4.平等互动的独特模式，达到教学相长、共同提高的目的。Seminar教学模式的独特性体现在师生之间的平等关系，大家可以任意提出问题，发出质疑，双方平等互动。这个平等、公正、亲和的结构空间，“师不必贤于弟子，弟子不必不如师”，为“教学相长”的现实化提供了真正的可能。教师在整个讨论过程中，根据学生的提问、回答，不断地总结自己的教学经验和处理问题的经验。教与学有机地、动态地融合在一起。

四、结论

自动控制原理范文篇7

关键词：自动控制原理；Labact实验箱；实验教学

中国工程教育认证标准要求高校培养的学生具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力。掌握必要的工程基础知识以及本专业的基本理论、基本知识；受到本专业实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练，具有创新意识和对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力[1]。在大学本科教学过程中，实验教学是非常重要的一个环节，是理论教学的有益补充，可以培养学生的创新精神和创新能力，训练学生基本技能。

1理论教学过程中存在的问题

“自动控制原理”是东北电力大学电气工程及其自动化专业的一门专业基础课程，知识覆盖面广、内容多、理论性强[2]。老师在本科教学的过程中，通常采用理论教学，复杂的理论和公式推导过程枯燥无味，学生们学习的积极性不高，老师无法通过课堂教学把知识点传授给学生。

2实验教学的主要目标

通过实验教学可以解决课程理论教学中存在的问题。“自动控制原理”实验教学的主要目标包括以下几点。（1）培养学生分析问题的能力。根据中国工程教育认证标准的要求，通过引用实用型、设计型实验，让同学们去验证课堂上学习到的知识，分析实验结果。（2）培养学生的创新能力。依据课堂所学，设计新的实验，鼓励学生完成，充分调动学生的学习热情，加强老师与学生的交流，提高学生的创新能力。（3）培养学生的动手能力。结合“自动控制原理”课程的教学大纲，在实验过程中，使学生充分掌握实验所用仪器、仪表的使用方法，为将来的工作打下基础。（4）提高学生的综合素质。学生通过实用型、设计型实验能够综合运用所学的专业知识，全面提高学生的综合素质。

3课程实验设计

3.1设计案例。“自动控制原理”的教学中，控制系统的时域分析是一个教学难点。根据“自动控制原理”课程的教学大纲，学生应掌握二阶系统对阶跃输入信号的响应。由于二阶系统的阶跃响应存在欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况，在本科教学过程中，若只采用理论教学方法，学生将会缺少形象认识，接受效果不是十分理想[3]。考虑到二阶系统的阻尼比、极点位置和阶跃响应曲线形状间存在一一对应的关系，在理论教学之后，应用Labact实验箱，搭建一个典型的I型二阶系统，注入单位阶跃信号，让学生观察和分析系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，并测量动态性能指标Mp和tp值。3.2原理分析。设计搭建的I型二阶单位反馈闭环系统模拟电路如图1所示。主要由积分环节（A2单元）和惯性环节（A3单元）的构成。模拟电路的闭环传递函数为：可推导得到阻尼比ξ和开环增益K满足以下关系。（1）临界阻尼响应：ξ=1，可推得K=2.5，选取R=40kΩ。（2）欠阻尼响应：0＜ξ＜1，选取R=4kΩ，K=25，ξ=0.316。（3）过阻尼响应：ξ＞1，选取R=70kΩ，K=1.43，ξ=1.32>1。3.3结果考察。学生结合“自动控制原理”课程所学的知识，计算该系统在阶跃信号输入时的动态性能指标Mp和tp，填入实验表格如表1所示。学生应用Labact实验箱，搭建I型二阶闭环系统模拟电路，改变惯性环节中的输入电阻R（A11）来改变系统的开环增益K，进而改变系统的结构参数[4]。观察和分析I型二阶闭环系统在欠阻尼，临界阻尼，过阻尼的瞬态响应曲线，如图2所示。测量动态性能指标Mp和tp值，填入实验表格。

4结语

“自动控制原理”课程知识覆盖面广、内容理论性强。基于理论联系实际的思想，引用实用型、设计型实验，使学生加深对自动控制原理课程基本理论与基本概念的理解，培养了学生的思维能力和创新能力，教学效果显著。

[参考文献]

[1]刘惠敏.基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验教学平台设计[J].实验室科学，2016（3）：48-52.

[2]强盛，史小平，何朕.基于项目的“自动控制原理课程设计”改革探索[J].实验室研究与探索，2013（11）：416-418.

[3]顾九春，王品，宋进桂，等.《自动控制原理》课程虚拟实验平台的设计[J].高校实验室工作研究，2008（1）：50-53.

自动控制原理范文篇8

关键词：无线通信；列车自动控制系统；施工工艺

基于无线通信的列车自动控制系统具有先进性，可以保障列车运行的安全性和准时性，同时还具有较快的速度，因此需要加强研究基于无线通信的列车自动控制系统。这一系统利用列车定位技术和无线通信技术等创新传统的信息传输方式，利用双向传输模式，保障信息传输的连续性。当前轨道交通发展的主要方向就是基于无线通信的列车自动控制系统，因此这一系统在我国具有良好的发展前景，通过利用这一系统可以提高城市化发展进程，有效缓解城市交通拥堵问题，提高城市居民生活的便利性。

1基于无线通信的列车自动控制系统的工作原理和特点

1.1工作原理

基于无线通信的列车自动控制系统运行阶段，启动轨道旁接入点之后，将会和无线接入控制器交换数据信息，以此作为轨旁接入点的运行内容，如果出现非法侵入的无线接入控制器和轨旁接入点，系统可在完成识别工作之后停止运行。在实际工作过程中，轨旁接入点可以利用天线发送信息，车载移动终端接收信息之后，同时保障信号强度在车载移动终端接入阈值以上，移动终端将传输有关轨旁接入点的信息，此外轨旁接入点也会发送认证信息，完成并联接入之后即可实现通信。另外，利用基于无线通信的列车自动控制系统，车载控制单元利用数据库信息数据，可以确定列车的实际位置，同时利用速度传感器计算列车行驶距离等；利用轨旁区域控制器可以接收列车运行请求，根据列车实际位置工作命令。轨旁区域控制器接收工作指令之后，将会向轨旁连锁装置发送工作命令信息，转变信号机工作状态为允许信号[1]。深入研究基于无线通信的列车自动控制系统的原理，掌握相关的关键技术，有利于开展基于无线通信的列车自动控制系统施工和调试工作。管理人员深入掌握基于无线通信的列车自动控制系统原理性知识，有利于进一步理解施工和调试工作，更加合理地安装相关设备，同时还可以提高设备调试效率。管理人员可以勇于创新，增加工艺的多种造型，以提高工艺的美观性，如果工作现场存在较多的不确定因素，则需要合理调整工作方案，以便管理人员可以更加快速地处理问题。熟练掌握基于无线通信的列车自动控制系统的原理性知识和硬件设备，提高设备安装和联调联试的效率，不仅可以节省工作时间，而且还可以减少财力和物力的投入量。

1.2特点

近些年，我国不断发展自动化技术，并且在人们的日常生活中广泛应用，在列车行驶过程中应用，其可以提高人们出行的安全性，减少列车调度时间，提升整体工作的便利性。以下是基于无线通信的列车自动控制系统的特点：1.2.1列车可以根据不同的运行区段采取不同的闭塞控制模式，保障列车自动控制模式符合该区段的特点，最优化利用列车自动控制系统[2]。1.2.2在利用列车自动控制系统的过程中，可以人性化地设定系统，为人们提供针对性的服务内容，最大程度地满足人们的出行要求，规避传统运行模式的不足，促使更多的人认可列车自动控制系统。1.2.3列车自动控制系统在我国处于初期发展阶段，具有巨大的发展潜力，通过利用新技术和新理念，可以创新改革列车自动控制系统，促使列车自动无线通信的列车自动控制系统施工研究吴永深（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111）摘要：随着我国科学技术水平的不断提高，基于无线通信的列车自动控制系统得到进一步发展，同时不断拓展系统控制系统更加符合我国交通运输特征[3]。

2基于无线通信的列车自动控制系统的优势

2.1安全性

基于无线通信的列车自动控制系统利用传统信号传输系统的设计理念，同时坚持安全性和可靠性的设计原则，将安全网关设置在网络入口部位，进而提高整体网络的安全性。通过发送认证信息，有效隔绝非法信息，提高整体系统运行的安全性，利用动态加密措施，避免泄漏重要的信息。利用调频技术，在车场和线路交叉部位可以产生多个频率，避免各个频率之间相互干扰。通过总结工作经验，利用IEEE无线数据通信控制系统，Wi-Fi和蓝牙设备之间不会相互干扰[4]。

2.2兼容性

在实际工作中，利用开放式信号标准可以降低通信成本，实现兼容性目标。当前主要是利用IEEE标准，在连续传输数据包的过程中，可以提高组合和无缝拆封的便利性。当前也可以兼容信号开放标准和IEEE标准，利用IEEE媒体接入控制层可以实现无线移动，同时还可以高效地连接移动无线信号。基于无线通信的列车自动控制系统主要是利用IEEE自有频段，另外也可以利用其他频段。

2.3灵活性

基于无线通信的列车自动控制系统利用列车定位技术，无须利用轨道电路，可以节省列车运行过程的间隔时间，降低设备工作压力，减少设备使用量，提高列车定位的精确性，同时运行不同模式的列车；简化无线设备安装、部署工作，将移动无线设备安装在每台列车上，实现车与地的通信。虽然需要定制一部分特殊设备，但是其他的设备购买都十分方便。另外，数据传输系统具有较大的容量，在实际工作中可以全面满足信息传输要求，为企业IP或者媒体IP提供数据[5]。

3基于无线通信的列车自动控制系统的组成部分

3.1ATP系统

在列车自动控制列车信号的过程中，ATP系统发挥着重要的作用。ATP系统可以控制列车运行的安全性，控制列车的速度和列车之间的距离，避免发生超速问题，提高列车运行的安全性，在高速运行阶段监督列车运行的安全性。另外，ATP系统可以实时开展安全检查工作，避免发生安全事故。与此同时，利用ATP系统的过程中需要结合实际情况，不断调整整个系统。虽然在列车自动控制中ATP系统发挥着重要的作用，但是ATP系统的使用效率相对较低，在后续发展过程中需要解决这一问题。以下是ATP系统的详细功能：3.1.1速度监督：ATP系统可以实时比较分析列车实际运行速度和限制速度，如果列车实际速度超过了限制速度，系统将会发出警报，同时发出制动工作指令，并且启动制动器制动列车，保障列车在允许的行驶速度范围内[6]。3.1.2超速防护：发挥出超速防护功能，有利于保障列车运行的安全性，在限制速度范围内安全的运行。列车限制速度包括临时限速和固定限速两种类型，固定限速信息包括列车最大运行速度允许值和区间最大匀速允许值，通常是在系统设计过程中设置。在特殊情况下，例如：在施工现场发生临时性危险，则可以利用临时限速的方式适当降低列车运行速度。3.1.3测速、测距：利用ATP系统可以测定列车实际运行速度和距前方目标点距离。ATP系统在测速阶段主要是利用车载设备自测和系统测量，以此测定列车即时速度。其中，车载设备自测主要是利用路程脉冲发生器和测速发生器等，系统测量是利用雷达测速和卫星测速等方式[7]。

3.2ATO系统

在列车自动控制中，ATO系统也发挥着重要的作用，ATO系统包括列车设备和计算机设备以及列车识别系统等部分。在列车自动控制过程中，ATO系统主要发挥着协调作用，有利于调整和规划列车形式情况。如果列车发生事故，ATO系统可以疏散人员，快速地传输信息，避免发生更加严重的安全事故。在实际应用阶段，ATO系统的使用率更高一些，利用ATO系统可以高效地控制列车，避免浪费资源。ATO系统详细功能分析如下：3.2.1列车自动驾驶：利用ATO系统可以实时比较列车即时运行速度和列车最大允许运行速度等，从而实时调整列车在线运行速度，保障列车运行的安全性，避免相互转换牵引和制动等模式。通过ATO系统检测，如果列车安全条件符合标准，系统将会发出启动命令，转入列车的牵引驱动状态，实现列车加速[8]。3.2.2列车无人自动折返，这是ATO系统一种特殊的驾驶模式，列车处于这一工作模式，将锁闭列车所有控制台，在这一工作过程中司机无须干预，处于自动运行状态。

4ATS系统

在列车自动控制中，可以利用上述两个系统优化列车运行，为了避免发生安全问题，保护人们的生命财产安全，同时还需要利用ATS系统。根据列车自动控制系统设计ATS系统，以原有的安全监测为基础，再设置安全监测屏障，可以进一步增强列车自动运行系统的使用性能，使列车运行的安全性得到提高[9]。

5基于无线通信的列车自动控制系统的核心内容

5.1基于无线通信的列车自动控制系统的工作原理和功能

基于无线通信的列车自动控制系统的最小单元并不是闭塞分区，其主要是利用新型移动闭塞技术。这一技术在指令信息传输阶段无须利用轨道电路，可以直接利用无线通信技术实现车地通信。列车在运行阶段可以实时传输列车的位置信息，方便控制中心操控。基于无线通信的列车自动控制系统在实时控制列车的过程中，需要综合利用列车自动监控和自动运行以及自动防护等子系统。CI系统指的是连锁子系统，连锁子系统可以保障列车通信设备运行的安全性，在列车行驶阶段可以准确地连锁轨道和信号机等区段。ATO系统指的是最高层次环节，有利于提高列车运行效率和安全性，保障列车运行的综合效益。ATS系统指的是列车自动监控系统，可以保障列车运行的稳定性，提高整体服务水平，保障列车运输的效率。

5.2车地无线通信

首先需要建立车地无线通信方案，车地通信关系到列车运行的安全性，为了保障技术应用效果，在车地通信中可以利用WLAN技术，根据ATC系统构建车地通信的局域网，开放公共信号之后，可以实现列车运行信息的双向传输。因为利用的设备具有较小的体积，同时可以控制整体建设成本，因此其得到广泛利用；但是这种方式的覆盖难度较大，同时缺乏安全性。除此之外，还可以利用TD-LTE技术，这种技术主要是利用国际通用标准，数据下载速度非常快。TD-LTE技术中融合各种先进的技术，可以更加高效地传输数据，同时具有很强的抗干扰性，可以保障无线通信运行的安全性。通过对比我们可以明确得知，TD-LTE技术可以更好地满足车地通信的需求，在实际发展过程中我们要不断完善这项技术，在城市轨道交通建设中推广利用。

5.3车地无线通信传输方案

基于无线通信的列车自动控制系统利用单独天线方式和漏泄同轴电缆方式以及波导管方式传输无线信息，同时也可以组合其中两种方式。利用天线天台，辐射符合标准的无线接入点信号，保障天线信号传播特性满足自由空间要求。天线方式传输距离可以达到400m以上，但由于轨道交通路线将会穿越不同的区域，涉及较多的弯道和坡道，无线场强覆盖难度因此增加。另外，无线电台具有较小的体积，可以更加灵活地安装无线电台，但是其也存在干扰问题，需要加强测试现场场强。利用漏泄同轴电缆方式，在漏泄同轴电缆内传输AP发出的无线信号。利用漏泄同轴电缆方式，可以保障传输特性和衰减特性，同时整体传输距离比较远，可以均匀地覆盖沿线无线场强，利用方向性分布方式。另外，安装漏泄同轴电缆的过程中并没有提出较高的要求，完成安装调试工作之后整体维护工作难度比较低，整体工作量也比较少[10]。利用波导管方式，在波导管内传输AP发出的无线信号，在波导管上开孔，在开孔中泄漏无线信号，以此和车载无线设备通信。波导管具有良好的波导管物理特征和衰减特征，同时可以实现远距离传输，均匀地覆盖沿线无线场强，利用方向性分布方式，提高整体抗干扰能力。波导管传输距离要优于漏泄同轴电缆，列车无须切换各个AP，可以保障无线传输的连续性和可靠性。

6结语

研究应用基于无线通信的列车自动控制系统，可以保障列车的综合效益，对比传统的信息系统，基于无线通信的列车自动控制系统的施工成本比较低，维护管理工作难度也比较低，同时可以高效地传输数据，并且不断改进和发展这项技术，在社会发展过程中将会不断拓展基于无线通信的列车自动控制系统的发展空间，促进我国城市轨道可持续发展，满足人们的出行要求，缓解当前城市的交通压力。

参考文献：

[1]石晓雯.列车安全防护包络对CBTC列车影响的研究[J].铁路通信信号工程技术，2021（1）：71-75.

[2]张振波.车地无线通信延迟对地铁自动控制系统中列车追踪间隔的影响研究[J].电子世界，2020（12）：65-66.

[3]王俊锋.浅谈城轨交通列车运行控制系统大修改造[J].铁道通信信号，2019（12）：86-89+93.

[4]张琪琪，程晓旭，高文秀.自动控制在地铁自动驾驶控制系统中的应用[J].山东工业技术，2019（4）：139+147.

[5]方必胜,吕丰武,施韧.基于多列车能量优化的列车速度控制策略[J].铁道通信信号，2018（11）：82-83.

[6]南洋.城轨列车运行自动控制实践教学系统的设计与开发[J].现代制造技术与装备，2018（4）：169-170.

[7]栾维磊.基于无线通信的列车自动控制系统施工技术研究[J].中小企业管理与科技，2018（4）：148-149.

[8]李海威，赵霞，刘循.轨交车辆自动驾驶控制关键技术设计[J].传感器与微系统，2018（3）：72-74+77.

[9]张胜平.基于改进PID算法的列车自动驾驶控制方法研究[J].铁道通信信号，2017（10）：27-30.

自动控制原理范文篇9

自动控制课程是大多数工科大学的重要专业基础课，自动控制技术已经广泛应用于国民经济的各个领域。一个优秀的控制系统设计人员必须具备广博的知识和精湛的技能，必须能够把这些知识灵活地运用到实际工作当中。作为自动控制课程的教学人员，既要交给学生深厚的理论知识，又要培养学生的工程能力、理论知识以及一些与数学有关的技能，可以利用传统的课堂教学方式，较好的教给学生。然而，工程能力的培养则是课堂教学所不能达到的[1]。以往的工程设计人员，是通过长期的实际工作的磨练来逐步提高自己的工程能力的。计算机网络技术的飞速发展，为实施素质教育、培养学员的创新能力，提供了一条新的途径。应用计算机能够设计出非常好的人机交互式教学软件，以其形象的图形界面和高度的交互性培养学员对工程问题的直觉和敏锐的洞察力。应用网络技术，将先进的教学、实验软件移植到网上，以达到远程教学、远程实验的目的，改传统的“定时定点”的教学方式为“随时随地”的教学方式，培养学员的自学与创新能力，达到课堂教学所达不到的教学效果。本文将自动控制课程的人机交互式教学软件与计算机网络技术进行了有机的结合，对自动控制课程交互式远程教学系统进行了初步研究。

二、组成及原理

2.1硬件

自动控制课程远程教学系统的原理框图如图1所示。该系统由服务器、教员工作站、实验室工作站、小功率随动系统、教室工作站、学员工作站等组成。

每一个可以上网的终端都可访问本系统。教学服务器作为本系统同外部窗口，所有的信息均在此。虚线以下部分为教学楼内各工作站。教员工作站分布在各个办公室，供教员写教案、改作业、答疑等；教室配置一台无盘工作站、投影仪和大屏幕，上课时用来调用服务器上的电子教案；实验室配置一台实验工作站、小功率随动系统及小摄像头，完成远程实验；建立一个学员工作站房，供学员自习、考试。

2.2软件

为了能够更好地配合课堂教学，本系统严格按照自动控制课程教学的各个环节来组织内容。软件部分包括远程授课、远程实验、网上答疑以及讨论、网上练习及试题库、电子教案、网上考试系统和网上教学评估等七个子系统等，与相应的硬件相配合，形成一个完备的多媒体网络教学系统。

自动控制课程远程授课子系统用于自动控制课程的远程教学，同时也为部队的继续教育提供服务；远程实验子系统用于通过网络向学员提供实验；网上答疑和讨论子系统用于教员通过网络对学员学习过程中所遇到的问题进行答疑，也可用于与学员进行网上交互式讨论教学；网上练习及习题库子系统用于向学员提供全面新颖的练习题，供学生自我测试对所学知识加深理解；电子教案子系统供教员开发电子教案，制作各类图表、曲线、演示稿等。网上考试子系统用于对学生学习情况进行检测，系统根据难度系数随机组成试题，尤其适用于远程的函授，和小范围的补考，对于大面积的考试也可以利用该系统出题；教学评估子系统，用于对教学情况进行评估与分析。限于篇幅，本文着重介绍院承授课及远程实验子系统。

三、远程授课系统

该系统是一个具有良好交互性的多媒体教学软件。不同的学生可以根据自己的具体情况来使用该系统。比如在学习绘制根轨迹的法则时，甲学生要了解某一条法则的证明，它就可以通过单击窗口的选择证明按钮调出证明过程。乙学生需要做一道例题加深一下理解，也可以单击窗口的例题按钮调出一道相关例题。该系统可以充分利用现有的计算机软硬件功能，更形象、更直观地把抽象的知识传授给学生。

四、远程实验子系统

该子系统用于自动控制课程的远程实验，旨在帮助学生理解教学难点，掌握教学重点并提高学生的实际工程能力。数字仿真由一套完整的实验软件构成。远端用户，可以通过现有校园网访问本系统，下载并运行自己所需要的专题实验。数字仿真实验，涵盖了整个自动控制课程的实验。如时域法中的二阶系统仿真、高阶系统仿真；根轨迹法中的根轨迹绘制；频域法中的频率特性；系统校正；相轨迹绘制等。另外，该子系统还提供了部分实物，给学生提供了实际的设计、分析和综合自动控制系统的实验环境。由实验室工作站(实验台)和数控小功率随动系统组成，其原理框图如图5所示。学生可以对控制系统设计、研究并选择合适的校正装置；从原理上研究各种控制理论的应用。包括：最优控制、自适应控制、变结构控制和智能控制。具体办法为：实验者在远程终端上通过网络将控制器参数发给本系统服务器，由服务器通知实验平台准备实验，并将参数传给实验台，由实验台控制小功率随动系统进行实验。应用摄像头可以拍摄实验过程并发给远端用户。数据采集接口将按要求采集实验结果经实验台处理后发回远程用户，以便对实验结果进行分析。

自动控制原理范文篇10

关键词：MATLAB；Simulink；建模

一、项目研究的现状

电气工程专业的主干课程有《电机与电气控制技术》《电力拖动自动控制系统》《电力电子技术》《自动控制原理》[1]，这些课程理论知识抽象深奥，工作原理推导繁琐，并且涉及的电路图复杂，波形分析、电路解析和计算推导较多。使用传统的板书、挂图、PPT三种形式相结合的教学手段想要把基本原理讲清楚需要花费大量的时间，但按照该专业的人才培养方案，理论讲授课时一再被压缩，而教学大纲要求的知识目标却有增无减，教师为了在规定课时内完成教学任务，就会出现有些知识点讲解不透彻，因此学生理解得也不够深刻，教学效率偏低，迫切需要借助于直观、生动、高效的教学手段提高教学效率。随着计算机技术、数学建模技术的不断发展及系统控制理论研究的不断深入，计算机仿真以其成本低、高效、形象生动、受硬件约束小等优势已经成为了工程设计和科学研究中不可或缺的工具。计算机仿真软件的种类繁多，MATLAB软件就是其中的佼佼者，在许多国际一流学术刊物上都有应用。1998年加拿大魁北克电力公司的专家们率先在MATLAB环境下，开发了电力系统分析模块（PowerSystemBlock），凭借其强大的科学计算能力，简便绘图能力，可视化的仿真环境，使其成为电力分析领域最有效工具。

二、MATLAB在电气工程专业主干课程教学中的应用

1.MATLAB在自动控制原理中的应用。自动控制原理课程主要是研究系统的组成及结构；自动控制系统的稳态分析、动态分析及相关的性能指标；各种类型的自动控制系统的特点；自动控制系统的时域、频域分析及相关设计[2]。通过本课程的学习使学生了解自动控制系统的工作原理，分析控制器参数对系统性能的影响，掌握自动控制系统的设计方法等。MATLAB在建立控制系统模型时，目前主要采用两种方式：（1）采用LTI对象来建立数学模型，根据系统的特点有传递函数模型、零极点增益模型、状态方程模型三种。该方法的缺点是学生需要记忆大量的函数，这对于非计算机专业的学生来讲存在很大的困难。（2）采用Simulink环境，通过鼠标建立模型，系统结构使用方框图绘制，可通过示波器直观地观察到各变量的变化过程。其优点是设计方便，通过鼠标拖拽模块来搭建电路模型代替编程；分析简单，使用者不需要考虑系统模块内部结构，只要考虑系统中各模块的输入输出；仿真准确，通过人机交互智能化地建立各环节的相关方程，在要求精度下以快速地进行电路仿真，结果准确。学生对Simulink建模更感兴趣，下面为利用Simulink模型创建一个使用PID控制器控制三阶系统，并查看其输出响应的实例（如图1）。该系统建模主要调取Sources库中的阶跃Step信号作为输入信号；调取MathOperations库中的Gain模块、Add模块；调取Continuous库中的Derivative模块、Inte-grator模块构成PID控制器；调取Continuous库中三个TransferFcn构成三阶系统，最后调取Sinks库中的Scope示波器模块显示最终的输出响应信号。2.MATLAB在电力电子技术中的应用。电力电子技术课程主要研究利用电力电子开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制[3]。下面以单相桥式全控整流电路为例（如图2），其工作原理是：当电源输入为u2正半周期时，VT1、VT4在控制角α处通过加触发信号导通，输出电压ud=u2，而负载中的电流由于有电感的存在不能突变；当电源输入为u2负半周期时，VT2、VT3在控制角π+α处通过加触发信号导通，输出电压ud=u2，负载电流任然不能突变。采用Simulink建模如下图3，调取SimPowerSystems库的powergui模块；调取ElectricalSources库中的ACVoltageSource作为交流电源；调取4个PowerElectronics库中的Thyristor作为晶闸管器件VT1、VT2、VT3、VT4；调取Elements库中的SeriesRLCBranch模块作为负载RL；调取Sources库中的2个PulseGenerator模块作为触发脉冲；调取SingleRouting库中的2个Selector模块作为选择晶闸管输出的电压信号输出的示波器；最后调取Sinks库中的Scope示波器模块显示各信号。3.MATLAB在电机与电气控制技术的应用。电机与电气控制技术主要研究变压器、交流电动机、直流电动机、低压电器及电气控制电路。下面以三相异步电动机直接启动的建模与仿真为例（如图4）。建模过程类似上例，此处略。

三、教学效果评价

本项目研究将MATLAB仿真技术引入到电气工程及其自动化本科专业主干课程的课堂教学和实验教学中，使抽象难懂的知识“活”起来，有效降低理解难度，较大程度提高学生的学习趣味性、积极性和主动性，实现课堂教学效果和质量的提升。将MATLAB仿真技术引入到这些课程的实验教学中，有效缓解实验设备缺乏和使用紧张的压力，规避了由于学生误操作而引起设备毁坏以至于人身安全受到侵害等安全隐患的发生。另外，在很大程度上减少实验设备维护和维修的费用，节省购买实验耗材的开支。从学生培养角度来看，学生既学习了专业知识和实践技能，又在一定程度上掌握了MATLAB仿真技术，该技术是目前国际上公认的在工程设计和科学研究领域较为前沿的技术，使学生逐步提高利用科学手段分析问题和解决专业问题的能力，为学生参加大学生科研、技能竞赛及做本科毕业设计进行有效的知识储备，为学生在学业上继续深造奠定科研基础，在就业中增加竞争力。

参考文献：

[1]苏良昱,赵忠彪.MATLAB在电气工程及其自动化专业教学中的应用研究[J].科技信息,2011,(18):11-12.