《自动控制原理》实验教学研究

张 慧

(电子科技大学成都学院 电子工程系，成都 611731)

《自动控制原理》实验教学研究

张 慧

(电子科技大学成都学院 电子工程系，成都 611731)

《自动控制原理》实验教学方法探讨，紧扣学生的学习过程，针对现在个性突出的大学生，改变旧的实验模式，加入自主设计实验元素和实践环节，使学生思考问题的模式系统化。实践证明，采取合适的实验教学方法可以调动学生的积极性，提高学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。

自动控制原理；实验教学；教学研究；Matlab软件

《自动控制原理》课程是电子电气类专业一门很重要的专业基础课。对于这类课程，若以教师为主导的知识灌输式的教学，由于理论知识涉及面广泛，专业知识难度很大，内容很丰富，想真正的教好学好，教师和学生都要付出很多的心血。而且对于如此枯燥的理论，能真正理解和掌握的学生屈指可数。因此，在近年的《自动控制原理》教学实践中，我们逐渐转变了教学观念，加入了实验环节，不再把知识内容的灌输放在绝对重要的位置，而是更突出了以学生为主体的创新型教学模式，经过对学生的跟踪考察取得了一定的效果[1-5]。

1 课程背景

目前，电子工程系开设的《自动控制原理》课程共48课时，实验只有8个课时。这门课本身存在内容多、课时少的问题，有时为了完成教学任务，就只有学生自己去完成实验，这样就大大降低了学生的积极性；另外，实验内容也大多是对所学内容的验证，没有学生自主分析和设计的环节。针对这些不足，提出了对自动控制实验课程的改革思路。

和前几年相比，我们当前的教育对象发生了变化。现在的大学生多是独生子女，他们多数都有很好的家庭经济条件，在家庭里都受到了超量的关爱，每个人都很有个性和主张，交际能力强、沟通能力强、社会活动能力强，这是他们的优点；但他们身上同样也有不足，比如缺乏刻苦精神、韧性、团结合作精神、牺牲精神等。对此，教师应该有一个清晰的认识，如果无视教学对象的变化，不因材施教，可能会直接影响教学效果。

2 主要思路和目标

实验教学是理论教学的延伸和补充，搞好实验教学是整个自动控制原理教学的重要环节，可以使学生更好地理解基础知识，更好地实现理论和实际的有机结合。该课程理论性强，学习时必须辅以足够的实验，才能使学生真正理解自控系统中的各种典型环节与系统的特性、信号响应情况，以及控制指标的分析、设计与校正方法，取得较好的学习效果。

2.1 增加实验课时

针对实验课时数少的问题，结合本科相关专业的实际情况，修订培养方案，适当增加课程的课时数，特别是实验课时数。目前，2013年的培养方案已经增加了实验课时，随着各方面条件的改善，以后还将考虑增加专门的实验课程。

2.2 建立专业的实验平台

建立以自动控制为基础的自动化实验平台，利用Matlab软件结合实验箱，从硬件设施上提供学生工程实践的机会。目前，我系还没有专门的自动控制实验室，更没有实验箱，主要是学生利用自己的课余时间做一些简单的Matlab仿真实现。基于《自动控制原理》课程的特点，加之学生对于实验课的兴趣要高于理论课，故建立专业的实验平台有利于提高教学效果。例如，已知系统的开环传递函数为：

(1)

在求单位反馈闭环系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应时，利用Matlab可以很方便地求出，结果如图1和图2所示。

图1 单位阶跃响应

图2 单位斜坡响应

M文件为：

num=1.06;

den=conv(conv([1 0],[1 1]),[1 2]);

g= tf(num,den);

sys=feedback(g,1);

g1=tf(1,[1 0]);

syst=sys*g1;

figure(1)

Step(sys)

grid

figure(2)

Step(syst)

grid

如果采用Simulink解题，则如图3所示。

图3 Simulink解题方法

2.3 团队协作机制

在课时和硬件条件均有保障的基础上，就要充分发挥学生的主观能动性了。要在学生掌握了基本专业理论、基本实验技能和方法的基础上，引导学生设计创新型实验。教师要及时了解本专业新技术发展情况并简要地介绍给学生，从身边科学入手，身边资源开始，引导学生由浅入深地开展实验；从验证书本理论开始，过渡到选学实验，以及学生自己设计的小型系统，教师要给予及时的指导和帮助。针对本科生的特点，在学生完成了基本实验的基础上，开展综合性实验设计，让学生自由分组，根据学生的兴趣自由选择一些创新型实验。在这个过程中，既能培养学生综合运用知识的能力，又能培养学生创新意识和团队协作精神。另一方面，也提高了学生发现问题、分析问题及解决问题的能力。

3 进一步的思考

从客观上，增加实验课时和建立自动控制实验平台是行之有效的解决方案；从主观上，采取合适的实验教学方法调动学生的积极性，提高学生的动手能力、创新能力、团队协作能力，对于培养应用型人才也具有重要的意义的。另外，还可以将自动控制与其他课程结合，让学生真正理解所学课程的意义及与其他课程的关联性，也能加深学生对本专业的认识，带动学生对自己专业学习的积极性。在教学过程中，要注重实践教学和理论教学相结合，要求既有严密的理论体系，又有生动的工程实例；注重对基本概念和基本方法的介绍，在理论推导中引出工程应用的概念，在实例分析中强化理论概念，加深学生对自动控制理论的认识和理解。《自动控制原理》课程理论多，与实际工程结合紧密，在教学过程中加入工程应用实例可以大大激发学生的学习兴趣。如在讲解自动控制的概念时，可以从人工控制的特点出发，结合水池水位控制系统这样一个简单的实例，并以图形描述结构。

另外，有条件的话，可以建立实际的实验教学系统，比如温度控制系统、液位控制系统等综合实验教学系统，还可以带领学生去实际的工业现场实习，使学生实战操作，真切体会控制器参数对系统性能的影响。这样，学生的动手能力可以得到很好的锻炼，对于《自动控制原理》这门课程理解更加系统，更好地将理论知识应用于实践。

4 结束语

自动控制实验教学研究紧扣学生的学习过程，针对现在个性突出的大学生，改变旧的实验模式，加入自主设计实验元素和实践环节，使学生思考问题的模式系统化，联系所学的理论知识和分析方法，分析一个自动控制系统“稳、准、快”三个基本方面的性能。最终通过这次实验改革，能使电气自动化、机械自动化及电子信息工程专业的学生深刻地掌握所学的内容，发挥学生的积极性、主动性，培养他们的创新精神和团队协作精神，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，有效提高教学质量和教学效果。

[1]余成波．自动控制原理[M]．2版.北京：清华大学出版社，2009．

[2]胡寿松．自动控制原理[M]．5版.北京：国防工业出版社，2006．

[3]柳明，王海军，郭庆业．自动控制原理实验教学改革与实践[J]．实验室科学，2012,15(4)：58-59．

[4]付主木，高爱云．《自动控制理论》实践教学的研究与探索[J]．实验科学与技术，2012,10(6)：101-103．

[5] 肖理庆，李巍．自动控制原理实验教学改革[J]．电气电子教学学报，2012(3)：67-70.

Research on Experiment Teaching ofAutomaticControlTheory

ZHANG Hui

(Department of Electronic Engineering, Chengdu college of University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China)

Experiment teaching methods ofautomaticcontroltheory, closely learning process, for ninety prominent personality changed after the old experimental model, adding their own elements and practical aspects of designing experiments, so that students think up a model system. Practice has proved, to take appropriate experimental teaching methods can mobilize the enthusiasm of students, improve students’ practice ability, innovation ability and teamwork.

automatic control theory; experimental teaching; teaching research; Matlab software

2013-10-03；修改日期：2013-06-04

张 慧(1984-)，女，硕士，讲师，主要从事自动化专业的教学和科研工作。

G642.0；TP13

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.048