独立学院“自动控制系统”实验室的建设与规划

闻凯　董敏

摘要：独立学院为培养具有创新精神和实践能力的应用型人才，必须大力加强实验室建设。以“自动控制系统”实验室为例，介绍实验室建设过程中的总体思路和具体规划，学生通过实验操作来提高自身的实践创新力和社会竞争力。

关键词：独立学院 自动控制系统 实验室建设

21世纪的大学教育发生了深刻的变革，最显著的特征是实践应用教育被提高到前所未有的高度，这是一种正确的回归。高校作为面向社会企业的人才工厂，承担为社会企业培养应用技术人才的重任。教育部发布的《普通高等学校独立学院教育工作合格评估指标体系》中有一条重要政策：“独立学院根据自身条件和发展潜力，适应地方、区域经济和社会发展需要，确立教学型大学的类型定位和培养具有创新精神和实践能力的应用型人才的目标定位”，把学生实践能力的提高作为办学定位提出。由此，全国三百所独立学院都在着力培养基础知识扎实、工程实践能力较强的专业型人才，与之配套的专业实验室建设，是突显独立学院自身特色、提高人才培养质量、增强综合实力和竞争力的基本环节和重要途径。

一、实验室建设的总体思路

作为在实践中发展的自动化学科，如何构建一个完善的自动化实践平台，是学科建设的重中之重。其中，“自动控制系统”作为自动化专业学生的必修课程，课程特点是：综合应用性广泛，理论知识面丰富，与实践环节联系紧密。在学生了解控制原理的基础之上，接触控制系统集成的概念，实现硬件和软件的综合、元件与系统的综合，真正进入“应用与实践”相结合的学习模式。在理论教学的基础之上，设置实验教学和课程设计，通过建立“自动控制系统”实验室，提高学生的实践动手能力，有利于学生理解和掌握该课程的知识点，从而对自动化学科甚至是专业产生系统性的认知。

基于以上出发点，自动控制系统实验室的建设必须具备如下要求，以实现建设功能最全面、技术最先进的示范自动化实验中心的目的。

1.既满足基本的本科基础实验教学，又可以作为学生和教师的创新研究平台和技能测试平台。

2.在一个实验室实现多平台要求，为实践教育提供认知控制理论，实践自动化技术的基本实验平台；为创新实践提供可组合的设计性实践平台；为教师科研提供体现当前自动化与计算机技术最新发展的软硬件环境。

3.系统方案考虑网络化特征，整个实验室系统建立在以太网网络之上，体现自动化系统的网络发展，并为实验室网络信息化管理提供基础。

4.控制系统实现多样化，包括智能仪表、直接数字控制系统，可编程逻辑控制系统等，必须把工业企业中获得广泛应用的控制系统纳入到实验室系统中来。

5.实验室方案采用模块化设计，实现实验室设备的可组合性、开放性、可发展性。

6.要有完善的实验软环境，即在实验内容设置、实验指导书、实验多媒体系统要完善。

二、实验室建设的具体规划

遵循“自动控制系统”实验室建设的基本要求，实验平台的选型主要以离散运动控制系统和工业过程控制系统为主。运动控制包括倒立摆控制系统、磁悬浮控制系统、球杆控制系统、数字随动控制系统等，这些系统都是自动控制学习中的经典实验教学设备，是典型的开环、非线性不稳定系统，它的许多特性都是控制领域的热点问题，需要学生独立自主地来完成控制器分析和设计，其对于控制理论学科来讲，都是非常适于基础实验和开发研究的教学平台。

而工业过程控制系统可以对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制策略进行控制，不仅是“自动控制系统”课程实验教学的基本内容，同时也可满足“过程控制”“控制仪表”“自动检测技术与传感器”“计算机控制系统”等其他自动化专业课程的实验开发与设计，内容包括对象特性研究、位置控制，手动控制，程序控制，PID控制，串级控制，前馈控制，滞后补偿控制，解耦控制等经典控制。为降低实验成本和提高设备利用率，选用小型过程控制系统，为学院教师和学生的科技创新活动提供一个研究平台，进行控制理论实践，满足认知教学的需要。以小型过程控制系统为例，阐述学生完成实验实践操作的过程。

图1 小型过程控制系统工艺流程图

该系统提供两路动力支流（如图1所示），可以满足两个学生同时进行压力，流量和液位测试实验，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干扰，阀门JV13和JV23提供泄漏干扰。控制系统通过并口连接到计算机上，所有调速器和涡轮流量计变送器进行封装。三容水箱对整体系统提供支撑，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系统。

如进行流量液位串级控制，第一支路：水介质由泵P101从储水箱V4中加压获得压头，经由阀门JV11进入水箱V1，通过阀门JV31回流至水箱V4而形成水循环；其中，给水流量由FT101测得，液位由LT101获得。用阀门JV31的开启程度来模拟负载的大小。设置定值自动调节系统，调速器U101转速为操纵变量，FT101为副回路被测量，LT101为被控变量，采用PID串级调节来完成。第二支路：水介质由泵P102从储水箱V4中加压获得压头，经由阀门JV22进入水箱V3，通过阀门JV33回流至水箱V4而形成水循环；其中，给水流量由FT102测得，液位由LT103获得。用阀门JV33的开启程度来模拟负载的大小。设置定值自动调节系统，调速器U101转速为操纵变量，FT102为副回路被测量，LT101为被控变量，采用PID串级调节来完成，如图2所示。

图2 小型过程控制系统实物

学生在实验室面对具体的过程控制系统，不仅能将理论课上所学的基本原理和基本方法通过实验进行验证，加深了对理论知识的理解和掌握，同时也加强了自身的动手操作能力和团队协作能力，在“学”与“用”的交替过程中，能动性地提出自己的问题和见解，通过进一步探究以达到专业知识的活学活用。

三、实验室建设的应用成效

“自动控制系统”实验室现有12套教学设备，不仅仅能够完成课内实验教学、课程设计和毕业设计，也能够作为教师和学生的创新平台，积极拓展课外训练，提高师生的科研能力，如指导学生完成省级、院级创新项目，带领学生参加全国大学生电子设计竞赛，都获得了优异成绩。“自动控制系统”实验室努力建成开放性实验室，不仅自动化专业的学生，其他专业学生只要有兴趣、有能力，都能进入实验室完成自己的创新设计，真正做到学以致用，打造成独立学院的“创新梦工厂”。

参考文献：

[1]罗正祥.基于应用型人才培养的独立学院实验室建设实践与体会[J].实验技术与管理，2011（7）：1-4.

[2]陈汉英，侯超.加强实验室建设是独立学院发展的必由之路[J].实验室研究与探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李莹，胡宪武.独立学院实验室建设的探索与实践[J].中国电力教育，2012（28）：123-124.

[4]张惠强.浅谈独立学院实验室建设与管理[J].吉林工程技术师范学院学报，2009，25（11）：68-69.

[5]周卫红，潘惠.基于应用型人才培养的独立学院实验室构建[J].中国校外教育，2009（7）：18.

[6]周双喜，裴国兵.自动控制专业实验室建设的构思[J].实验室研究与探索，2009（10）：155-158.

作者简介：

闻凯（1983— ），男，汉族，江苏江阴，南京航空航天大学金城学院讲师，主要从事自动控制系统、智能控制研究。

（责编 田彩霞）

摘要：独立学院为培养具有创新精神和实践能力的应用型人才，必须大力加强实验室建设。以“自动控制系统”实验室为例，介绍实验室建设过程中的总体思路和具体规划，学生通过实验操作来提高自身的实践创新力和社会竞争力。

关键词：独立学院 自动控制系统 实验室建设

21世纪的大学教育发生了深刻的变革，最显著的特征是实践应用教育被提高到前所未有的高度，这是一种正确的回归。高校作为面向社会企业的人才工厂，承担为社会企业培养应用技术人才的重任。教育部发布的《普通高等学校独立学院教育工作合格评估指标体系》中有一条重要政策：“独立学院根据自身条件和发展潜力，适应地方、区域经济和社会发展需要，确立教学型大学的类型定位和培养具有创新精神和实践能力的应用型人才的目标定位”，把学生实践能力的提高作为办学定位提出。由此，全国三百所独立学院都在着力培养基础知识扎实、工程实践能力较强的专业型人才，与之配套的专业实验室建设，是突显独立学院自身特色、提高人才培养质量、增强综合实力和竞争力的基本环节和重要途径。

一、实验室建设的总体思路

作为在实践中发展的自动化学科，如何构建一个完善的自动化实践平台，是学科建设的重中之重。其中，“自动控制系统”作为自动化专业学生的必修课程，课程特点是：综合应用性广泛，理论知识面丰富，与实践环节联系紧密。在学生了解控制原理的基础之上，接触控制系统集成的概念，实现硬件和软件的综合、元件与系统的综合，真正进入“应用与实践”相结合的学习模式。在理论教学的基础之上，设置实验教学和课程设计，通过建立“自动控制系统”实验室，提高学生的实践动手能力，有利于学生理解和掌握该课程的知识点，从而对自动化学科甚至是专业产生系统性的认知。

基于以上出发点，自动控制系统实验室的建设必须具备如下要求，以实现建设功能最全面、技术最先进的示范自动化实验中心的目的。

1.既满足基本的本科基础实验教学，又可以作为学生和教师的创新研究平台和技能测试平台。

2.在一个实验室实现多平台要求，为实践教育提供认知控制理论，实践自动化技术的基本实验平台；为创新实践提供可组合的设计性实践平台；为教师科研提供体现当前自动化与计算机技术最新发展的软硬件环境。

3.系统方案考虑网络化特征，整个实验室系统建立在以太网网络之上，体现自动化系统的网络发展，并为实验室网络信息化管理提供基础。

4.控制系统实现多样化，包括智能仪表、直接数字控制系统，可编程逻辑控制系统等，必须把工业企业中获得广泛应用的控制系统纳入到实验室系统中来。

5.实验室方案采用模块化设计，实现实验室设备的可组合性、开放性、可发展性。

6.要有完善的实验软环境，即在实验内容设置、实验指导书、实验多媒体系统要完善。

二、实验室建设的具体规划

遵循“自动控制系统”实验室建设的基本要求，实验平台的选型主要以离散运动控制系统和工业过程控制系统为主。运动控制包括倒立摆控制系统、磁悬浮控制系统、球杆控制系统、数字随动控制系统等，这些系统都是自动控制学习中的经典实验教学设备，是典型的开环、非线性不稳定系统，它的许多特性都是控制领域的热点问题，需要学生独立自主地来完成控制器分析和设计，其对于控制理论学科来讲，都是非常适于基础实验和开发研究的教学平台。

而工业过程控制系统可以对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制策略进行控制，不仅是“自动控制系统”课程实验教学的基本内容，同时也可满足“过程控制”“控制仪表”“自动检测技术与传感器”“计算机控制系统”等其他自动化专业课程的实验开发与设计，内容包括对象特性研究、位置控制，手动控制，程序控制，PID控制，串级控制，前馈控制，滞后补偿控制，解耦控制等经典控制。为降低实验成本和提高设备利用率，选用小型过程控制系统，为学院教师和学生的科技创新活动提供一个研究平台，进行控制理论实践，满足认知教学的需要。以小型过程控制系统为例，阐述学生完成实验实践操作的过程。

图1 小型过程控制系统工艺流程图

该系统提供两路动力支流（如图1所示），可以满足两个学生同时进行压力，流量和液位测试实验，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干扰，阀门JV13和JV23提供泄漏干扰。控制系统通过并口连接到计算机上，所有调速器和涡轮流量计变送器进行封装。三容水箱对整体系统提供支撑，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系统。

如进行流量液位串级控制，第一支路：水介质由泵P101从储水箱V4中加压获得压头，经由阀门JV11进入水箱V1，通过阀门JV31回流至水箱V4而形成水循环；其中，给水流量由FT101测得，液位由LT101获得。用阀门JV31的开启程度来模拟负载的大小。设置定值自动调节系统，调速器U101转速为操纵变量，FT101为副回路被测量，LT101为被控变量，采用PID串级调节来完成。第二支路：水介质由泵P102从储水箱V4中加压获得压头，经由阀门JV22进入水箱V3，通过阀门JV33回流至水箱V4而形成水循环；其中，给水流量由FT102测得，液位由LT103获得。用阀门JV33的开启程度来模拟负载的大小。设置定值自动调节系统，调速器U101转速为操纵变量，FT102为副回路被测量，LT101为被控变量，采用PID串级调节来完成，如图2所示。

图2 小型过程控制系统实物

学生在实验室面对具体的过程控制系统，不仅能将理论课上所学的基本原理和基本方法通过实验进行验证，加深了对理论知识的理解和掌握，同时也加强了自身的动手操作能力和团队协作能力，在“学”与“用”的交替过程中，能动性地提出自己的问题和见解，通过进一步探究以达到专业知识的活学活用。

三、实验室建设的应用成效

“自动控制系统”实验室现有12套教学设备，不仅仅能够完成课内实验教学、课程设计和毕业设计，也能够作为教师和学生的创新平台，积极拓展课外训练，提高师生的科研能力，如指导学生完成省级、院级创新项目，带领学生参加全国大学生电子设计竞赛，都获得了优异成绩。“自动控制系统”实验室努力建成开放性实验室，不仅自动化专业的学生，其他专业学生只要有兴趣、有能力，都能进入实验室完成自己的创新设计，真正做到学以致用，打造成独立学院的“创新梦工厂”。

参考文献：

[1]罗正祥.基于应用型人才培养的独立学院实验室建设实践与体会[J].实验技术与管理，2011（7）：1-4.

[2]陈汉英，侯超.加强实验室建设是独立学院发展的必由之路[J].实验室研究与探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李莹，胡宪武.独立学院实验室建设的探索与实践[J].中国电力教育，2012（28）：123-124.

[4]张惠强.浅谈独立学院实验室建设与管理[J].吉林工程技术师范学院学报，2009，25（11）：68-69.

[5]周卫红，潘惠.基于应用型人才培养的独立学院实验室构建[J].中国校外教育，2009（7）：18.

[6]周双喜，裴国兵.自动控制专业实验室建设的构思[J].实验室研究与探索，2009（10）：155-158.

作者简介：

闻凯（1983— ），男，汉族，江苏江阴，南京航空航天大学金城学院讲师，主要从事自动控制系统、智能控制研究。

（责编 田彩霞）

摘要：独立学院为培养具有创新精神和实践能力的应用型人才，必须大力加强实验室建设。以“自动控制系统”实验室为例，介绍实验室建设过程中的总体思路和具体规划，学生通过实验操作来提高自身的实践创新力和社会竞争力。

关键词：独立学院 自动控制系统 实验室建设

21世纪的大学教育发生了深刻的变革，最显著的特征是实践应用教育被提高到前所未有的高度，这是一种正确的回归。高校作为面向社会企业的人才工厂，承担为社会企业培养应用技术人才的重任。教育部发布的《普通高等学校独立学院教育工作合格评估指标体系》中有一条重要政策：“独立学院根据自身条件和发展潜力，适应地方、区域经济和社会发展需要，确立教学型大学的类型定位和培养具有创新精神和实践能力的应用型人才的目标定位”，把学生实践能力的提高作为办学定位提出。由此，全国三百所独立学院都在着力培养基础知识扎实、工程实践能力较强的专业型人才，与之配套的专业实验室建设，是突显独立学院自身特色、提高人才培养质量、增强综合实力和竞争力的基本环节和重要途径。

一、实验室建设的总体思路

作为在实践中发展的自动化学科，如何构建一个完善的自动化实践平台，是学科建设的重中之重。其中，“自动控制系统”作为自动化专业学生的必修课程，课程特点是：综合应用性广泛，理论知识面丰富，与实践环节联系紧密。在学生了解控制原理的基础之上，接触控制系统集成的概念，实现硬件和软件的综合、元件与系统的综合，真正进入“应用与实践”相结合的学习模式。在理论教学的基础之上，设置实验教学和课程设计，通过建立“自动控制系统”实验室，提高学生的实践动手能力，有利于学生理解和掌握该课程的知识点，从而对自动化学科甚至是专业产生系统性的认知。

基于以上出发点，自动控制系统实验室的建设必须具备如下要求，以实现建设功能最全面、技术最先进的示范自动化实验中心的目的。

1.既满足基本的本科基础实验教学，又可以作为学生和教师的创新研究平台和技能测试平台。

2.在一个实验室实现多平台要求，为实践教育提供认知控制理论，实践自动化技术的基本实验平台；为创新实践提供可组合的设计性实践平台；为教师科研提供体现当前自动化与计算机技术最新发展的软硬件环境。

3.系统方案考虑网络化特征，整个实验室系统建立在以太网网络之上，体现自动化系统的网络发展，并为实验室网络信息化管理提供基础。

4.控制系统实现多样化，包括智能仪表、直接数字控制系统，可编程逻辑控制系统等，必须把工业企业中获得广泛应用的控制系统纳入到实验室系统中来。

5.实验室方案采用模块化设计，实现实验室设备的可组合性、开放性、可发展性。

6.要有完善的实验软环境，即在实验内容设置、实验指导书、实验多媒体系统要完善。

二、实验室建设的具体规划

遵循“自动控制系统”实验室建设的基本要求，实验平台的选型主要以离散运动控制系统和工业过程控制系统为主。运动控制包括倒立摆控制系统、磁悬浮控制系统、球杆控制系统、数字随动控制系统等，这些系统都是自动控制学习中的经典实验教学设备，是典型的开环、非线性不稳定系统，它的许多特性都是控制领域的热点问题，需要学生独立自主地来完成控制器分析和设计，其对于控制理论学科来讲，都是非常适于基础实验和开发研究的教学平台。

而工业过程控制系统可以对温度、压力、流量、液位等过程参数应用多种控制策略进行控制，不仅是“自动控制系统”课程实验教学的基本内容，同时也可满足“过程控制”“控制仪表”“自动检测技术与传感器”“计算机控制系统”等其他自动化专业课程的实验开发与设计，内容包括对象特性研究、位置控制，手动控制，程序控制，PID控制，串级控制，前馈控制，滞后补偿控制，解耦控制等经典控制。为降低实验成本和提高设备利用率，选用小型过程控制系统，为学院教师和学生的科技创新活动提供一个研究平台，进行控制理论实践，满足认知教学的需要。以小型过程控制系统为例，阐述学生完成实验实践操作的过程。

图1 小型过程控制系统工艺流程图

该系统提供两路动力支流（如图1所示），可以满足两个学生同时进行压力，流量和液位测试实验，也可以一路用于提供水流，一路用于提供干扰，阀门JV13和JV23提供泄漏干扰。控制系统通过并口连接到计算机上，所有调速器和涡轮流量计变送器进行封装。三容水箱对整体系统提供支撑，取不同高度的液位值即可形成水平或垂直的多容系统。

如进行流量液位串级控制，第一支路：水介质由泵P101从储水箱V4中加压获得压头，经由阀门JV11进入水箱V1，通过阀门JV31回流至水箱V4而形成水循环；其中，给水流量由FT101测得，液位由LT101获得。用阀门JV31的开启程度来模拟负载的大小。设置定值自动调节系统，调速器U101转速为操纵变量，FT101为副回路被测量，LT101为被控变量，采用PID串级调节来完成。第二支路：水介质由泵P102从储水箱V4中加压获得压头，经由阀门JV22进入水箱V3，通过阀门JV33回流至水箱V4而形成水循环；其中，给水流量由FT102测得，液位由LT103获得。用阀门JV33的开启程度来模拟负载的大小。设置定值自动调节系统，调速器U101转速为操纵变量，FT102为副回路被测量，LT101为被控变量，采用PID串级调节来完成，如图2所示。

图2 小型过程控制系统实物

学生在实验室面对具体的过程控制系统，不仅能将理论课上所学的基本原理和基本方法通过实验进行验证，加深了对理论知识的理解和掌握，同时也加强了自身的动手操作能力和团队协作能力，在“学”与“用”的交替过程中，能动性地提出自己的问题和见解，通过进一步探究以达到专业知识的活学活用。

三、实验室建设的应用成效

“自动控制系统”实验室现有12套教学设备，不仅仅能够完成课内实验教学、课程设计和毕业设计，也能够作为教师和学生的创新平台，积极拓展课外训练，提高师生的科研能力，如指导学生完成省级、院级创新项目，带领学生参加全国大学生电子设计竞赛，都获得了优异成绩。“自动控制系统”实验室努力建成开放性实验室，不仅自动化专业的学生，其他专业学生只要有兴趣、有能力，都能进入实验室完成自己的创新设计，真正做到学以致用，打造成独立学院的“创新梦工厂”。

参考文献：

[1]罗正祥.基于应用型人才培养的独立学院实验室建设实践与体会[J].实验技术与管理，2011（7）：1-4.

[2]陈汉英，侯超.加强实验室建设是独立学院发展的必由之路[J].实验室研究与探索，2010（9）：171-172.

[3]沈良忠，李莹，胡宪武.独立学院实验室建设的探索与实践[J].中国电力教育，2012（28）：123-124.

[4]张惠强.浅谈独立学院实验室建设与管理[J].吉林工程技术师范学院学报，2009，25（11）：68-69.

[5]周卫红，潘惠.基于应用型人才培养的独立学院实验室构建[J].中国校外教育，2009（7）：18.

[6]周双喜，裴国兵.自动控制专业实验室建设的构思[J].实验室研究与探索，2009（10）：155-158.

作者简介：

闻凯（1983— ），男，汉族，江苏江阴，南京航空航天大学金城学院讲师，主要从事自动控制系统、智能控制研究。

（责编 田彩霞）