应用型本科院校自动控制原理实验教学改革与探索

党楠

摘 要 通过分析自动控制原理实验教学中存在的问题，探讨自动控制原理实验教学的改革措施，从改革实验教学方法和手段、优化实验内容、加强对MATLAB软件学习等方面进行探索，提高学生的实践应用能力和创新能力，为社会培养高等技术应用型人才。

关键词 应用型本科院校；自动控制原理；实验教学；MATLAB

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）10-0133-02

1 前言

自动控制原理是高校相关专业在课程设置中的一门必修课程，课程的主要内容为自动控制系统的一般规律、系统分析、系统设计等。教学内容概念性强、信息量大，学生在学习过程中不好理解，很难将理论知识与实际自动控制系统联系在一起，需结合相应的实验。学生通过实践操作，才能更快掌握控制理论课程中的知识内容。在具体教学环节当中，采用实验教学模式能够将理论与实际进行结合，不仅能够培养学生的理论能力，更是能够不断提高学生的实践水平。

该课程中的控制理论被广泛应用到军事、工业、通信、交通、经济、生态环境等方面，不仅可以为相关专业后续专业课程的学习打下坚实的基础，而且能够提高学生在面对具体问题时解决实际问题的素质。

2 实验教学中存在的问题

实验教学内容不全，新技术引入不及时 当前，在很多学校教学当中，由于受到客观条件的限制，导致实验器材比较落后，实验教学的作用难以发挥；传统的实验教学内容结构比较单一，没有一个完整的体系，大都依课程而设，综合性、设计性及创新性的实验比较少，学生很少有发挥主观能动性的余地。随着多媒体技术的发展，一些新技术很快被用到教学上，但实验教材的更新远没有跟上教育技术的发展。

缺少实践操作 应用型本科院校在教学中，注重根据市场对人才的需要，培养高素质的应用型人才，因此在理论教学的基础上需要加强实践教学的比重。自动控制原理实验内容大部分是验证性的，孤立而不连贯，而实验方式也大多是让学生按指定的步骤去做。由于参与实验的人数比较多，而学校提供的器材比较少，因此导致学生亲自动手的机会少，时间比较零散。学生的动手能力得不到实质上的提高，导致理论基础与实际控制系统的操作相脱节，更谈不上创新能力的培养，不利于应用型人才的发展，是传统的实验教学模式的通病。

实验教学设施陈旧 实践教学场所短缺，实验设备陈旧。在实验过程中，由于线路老化，学生需要反复调试、检验，才能得出结果。这样消耗时间长，难免会大大降低学生的积极性。

3 自动控制原理实验教学改革方案

针对现存自动控制原理实验教学方案的不足之处，在现有的实验教学的基础之上，优化实验内容，增加相关软件的学习应用及实际控制系统的动手实践操作，做到知识与运用并重，理论与实际结合，形成多角度、多层次、多元化的教学体系。

改革实验教学方法和手段 在当今互联网信息时代，应用型本科院校应该改变传统的课堂教学模式，应把多媒体技术和网络技术等应用到自动控制原理实验教学课件中。如利用Authorware、Photoshop、PowerPoint等软件制作图文结合的实验教学课件，通过课件来演示实际控制系统的工作过程，易于学生理解，同时可以激发学生的学习兴趣。将实验室安排信息发布在学校网络平台上，方便学生信息查询及使用，提高实验室使用效率。

优化实验内容 从自动控制原理实验教学大纲入手，不断优化实验教学内容，在原有实验教学内容的基础上进行改进和完善，加强设计性、综合性实验。让学生参与实践课题的全过程，从而得到一个完整系统的全面培训。教师给出实验目的、实验要求和实验条件，让学生自行设计内容并得出结果，目的是训练学生综合应用课程知识来解决实际问题的能力，提高学生的创新意识，使他们的综合素质得到提高。

商洛学院为学生设计了完整的实验教学训练体系，培养学生的创新能力。

首先，阶段性培训。实验教学内容采用单元式或模块化的结构体系，从易到难，由局部到整体进行分段培养，如二阶系统阶跃响应实验、控制系统的稳定性分析实验等验证性实验。

其次，设计性培训、综合性培训，如虚拟仪器设计实验，控制系统设计、分析实验等。

加强对MATLAB软件的学习 针对在控制系统分析、建模、求解过程中计算量的复杂程度，应加强学生对MATLAB软件的学习，引入MATLAB语言辅助教学，帮助学生解决复杂的计算难题。如在控制系统辨识算法模型仿真的问题上，MATLAB能够快速计算并有效显示出模型的状态信息。下面对基本随机梯度下降辨识算法（SG）进行仿真。

系统输入为M序列，所加噪声为白噪声，σv=0.05，信噪比SNR=26.159。仿真模型为时滞误差输出模型：

其中，[a1，a2，b1，b2，d]=[-1.385，0.472 4，0.324 6，0.237 5，

16]。对模型在MATLAB软件上进行仿真，结果如下：

当k=50时，a1=-0.102 39，a2=-0.047 16，b1=-0.202 46，

b2=0.010 39，d=0，err=99.989%，SNR=26.113；

当k=100时，a1=-0.145 65，a2=-0.056 809，b1=-0.336 17，

b2=0.015 68，d=0，err=99.982%，SNR=26.113；

当k=500时，a1=-0.548 02，a2=-0.355 14，b1=-0.309 81，

b2=0.118 5，d=0，err=93.565%，SNR=26.113；

當k=1000时，a1=-1.175 9，a2=0.263 4，b1=0.235 99，endprint

b2=0.478 87，d=1，err=93.363%，SNR=26.113；

……

由于运行结果数据较多，这里只选取几个特殊点的运行结果进行概述。

通过运用MATLAB对系统辨识模型辨识算法的仿真分析，快速准确地表明了系统的参数及状态信息。在自动控制原理实验教学中引入MATLAB软件教学，可以将抽象的问题具体化，简化问题求解过程，不但能加深学生对课程内容的理解和掌握，而且能提高学生的实际动手能力，激发学生学习这门课程、这门学科的热情。

开放实验教学 为了扩大学生的发展空间，增加学生的发展机会，实行实验室开放制度。向学生全面开放，不管是从实验实践、内容还是教学形式，增加学生实际控制系统的动手操作。为学生建设专门的虚拟实验室，如MATLAB

计算机虚拟仿真实验室、微机控制实验室和PLC控制实验室等。让学生在虚拟实验室进行上机操作，在掌握了自动控制原理课程理论知识的前提下，边复习理论边实践，使其加深对该课程的理解。由基础实验逐渐过渡到综合性、设计性实验，训练学生掌握扎实的基本技能后，培养学生的综合应用能力和设计能力。开放式的实验平台，可以让学生不受固定模式约束地发挥想象力和创造力。

调整实验教学课时 自动控制原理实验课程是一门实践性非常强的课程，通过实验操作，学生应该掌握控制模拟实验的基本原理，控制系统时域性能指标的测量方法，学会根据系统阶跃响应曲线确定传递函数，对给定系统进行串联校正设计等。学生要彻底掌握知识，就必须要保证实践与理论教学工作相互结合，提高实验教学比重。因此，在具体教学当中，教师需要根据教学需要在人才培养目标的指导下增加课时，此外要有目的性地引导学生在课外进行学习。

4 结语

自动控制原理实验教学环节是应用型本科院校课程教学体系中的重要组成部分，只有不断提高教学质量、完善教学内容，培养学生的综合性、设计性、创新性能力，才能培养出适应社会的高素质创新型人才。

參考文献

[1]丁莉芬，郑安平，安小宇，等.“自动控制原理”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2012（13）：68-69.

[2]燕涛，朱莉，翁智.“自动控制原理”实验教学改革探索与实践[J].实验室研究与探索，2013（11）：389-392.

[3]吴文进.自动控制原理课程的MATLAB辅助教学[J].安庆师范学院学报：自然科学版，2010（1）：114-116.endprint