应用型本科自动控制原理课程体系改革

刘 琪 张鸿辉

摘要 自动控制原理是自动化专业非常重要的专业基础课程。根据应用型本科教育的培养目标,对自动控制原理课程体系进行改革,并通过教学实践证明,效果良好。

关键词 应用型本科;自动控制理论;教学改革

中图分类号:G652 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2009)24-0041-01

Reform of Applied Undergraduate Course System for Automatic Control Theory//Liu Qi, Zhang Honghui

Abstract Automatic Control Theory is a very important specialized basic courses of Automation Specialty. According to training objectives of applied undergraduate education, a series of measures must be taken to improve teaching quality in adjusting the structure of Automatic Control Theory.

Key words applied undergraduate; automatic control theory; teaching reform

Authors address Zhoukou Normal University, Zhoukou, Hennan, 466001, China

2000年以来我国新增本科院校469所,这些院校大多定位于应用型本科。应用型本科教育属于较高层次的技术教育,它同研究型本科相比具有鲜明的技术应用性特征,它以应用为主旨和特征构建课程和教学内容体系,重视应用能力的培养。

自动控制原理是自动化专业非常重要的专业基础课程,是自动化专业的方法论,是研究控制系统的普遍规律[1]。应用型本科作为一种新的教育形态,对自动控制原理课程体系提出新的问题和挑战。

1 现有课程体系存在的问题

1.1 技术手段落后1)现有课程体系中详细介绍了根轨迹、频率特性曲线、相平面图的手工画法,而计算机辅助分析工具能快速、准确地绘制出上述曲线。2)现有课程体系一般以连续控制系统的分析与设计为主,随着计算机作为数字控制器广泛应用于控制系统中,离散控制系统内容亟待加强。3)MATLAB已成为控制系统分析与设计的必备软件,但现有课程体系未能结合实例将其列入。

1.2 结构不合理1)稳定性是对控制系统最基本的要求,也是课程体系中最重要的内容。其分析方法有代数稳定判据、奈奎斯特判据、相平面法等,现有课程体系中这些方法分散在各章。2)自动控制原理只是自动化专业的一门课程,但现有课程体系大多包含状态空间分析法等现代控制理论内容,显得臃肿且与后续课程重复。

1.3 工程实例少对应用型本科而言,应更加强调在工程一线运用知识来解决实际问题。现有课程体系缺少与工程实际紧密联系的实例。

2 改革办法

1)删减根轨迹、频率特性曲线、相平面图等的手工画法,增加用MATLAB辅助绘制上述曲线的方法,利用MATLAB对控制系统进行分析与设计。2)增加离散控制系统分析与设计内容,将其置于与连续控制系统同样重要的位置。3)整合各种稳定性分析方法,包括连续和离散控制系统、线性和非线性控制系统的代数稳定判据、奈奎斯特判据、相平面法等。4)整合控制系统动态性能分析的内容,包括连续和离散控制系统的动态性能和稳态性能分析等。5)增加一些与工程实际紧密联系的实例,例如数字PID控制,提高学生运用控制理论分析和设计控制系统的能力。6)删除经典控制理论之外的内容,将其安排到现代控制理论等后续课程中。

3 应用型本科自动控制原理课程体系摘要

1)自动控制系统的概念;2)连续控制系统的数学模型,主要内容包括微分方程、传递函数、结构图、信号流图、频率特性等;3)离散控制系统的数学模型,主要内容包括信号的采样与保持、差分方程、离散状态方程、Z变换与反变换、Z传递函数等;4)控制系统稳定性分析,主要内容包括稳定性定义与稳定性条件、连续控制系统和离散控制系统的代数稳定判据、奈奎斯特稳定判据及相对稳定性分析、描述函数法、相平面法等;5)控制系统动态性能分析,主要内容包括控制系统的动态性能指标、线性连续控制系统的动态性能分析、线性离散控制系统的动态性能分析、线性连续控制系统的稳态性能分析、线性离散控制系统的稳态误差分析等;6)线性系统的设计方法,主要内容包括连续控制系统的设计方法、离散控制系统的设计方法等;7)PID控制系统的分析与设计,主要内容包括PID控制器及其参数调整、数字PID控制等。

参考文献

[1]刘琪.自动控制原理及应用[M].长春:吉林大学出版社,2009